仪器分析：第12章 离子选择性电极
《离子选择电极》课件
晶体膜电极的制备
要点一
总结词
晶体膜电极通常采用沉淀法或气相沉积法制备，其制备过 程相对复杂，需要精确控制反应条件和结晶过程。
要点二
详细描述
晶体膜电极的制备通常包括以下步骤：首先选择适当的反 应物和溶剂，并控制反应条件，如温度、压力、浓度等； 然后通过沉淀法或气相沉积法使反应物在基底上形成结晶 ；接着对这些结晶进行热处理和退火处理，以优化结晶结 构和性能；最后对结晶进行研磨和抛光，制成敏感膜。
环境监测
离子选择电极可用于检测水体、土壤等环境样品中的离子 浓度，如pH值、氯离子、氟离子等，有助于环境质量的 评估和污染治理。
医学诊断
离子选择电极在医学诊断中用于监测体液中离子的浓度变 化，如血液中的钾离子、钠离子等，对于诊断和治疗疾病 具有重要意义。
食品分析
在食品分析中，离子选择电极可用于检测食品中的矿物质 、添加剂和有害物质，如硝酸盐、亚硝酸盐等，以确保食 品的安全和品质。
液体膜电极的制备
总结词
液体膜电极通常采用涂布法或浸渍法制备，其制备过程 相对简单，需要选择合适的液态敏感膜材料和基底。
详细描述
液体膜电极的制备通常包括以下步骤：首先选择适当的 液态敏感膜材料和基底；然后将液态敏感膜材料涂布或 浸渍在基底上；接着对这些涂布或浸渍后的基底进行干 燥和固化处理；最后对固化后的膜进行研磨和抛光，制 成敏感膜。
离子选择电极的原理
离子选择电极的敏感膜对目标离子具有选择性响应，能够结合目标离子，从而改变膜电位。膜电位的 变化与目标离子的浓度成一定关系，通过测量膜电位的变化可以推算出目标离子的浓度。
内参比电极的作用是提供稳定的电位参考点，而内参比溶液则维持一定的离子强度，以便进行准确的 浓度测量。
《现代仪器分析》_第二版-刘约权-课后习题答案
现代仪器分析习题解答20xx年春第12章电位分析及离子选择性电极分析法P2161．什么是电位分析法？什么是离子选择性电极分析法？答：利用电极电位和溶液中某种离子的活度或浓度之间的关系来测定待测物质活度或浓度的电化学分析法称为电位分析法。
以离子选择性电极做指示电极的电位分析，称为离子选择性电极分析法。
2．何谓电位分析中的指示电极和参比电极？金属基电极和膜电极有何区别？答：电化学中把电位随溶液中待测离子活度或浓度变化而变化，并能反映出待测离子活度或浓度的电极称为指示电极。
电极电位恒定，不受溶液组成或电流流动方向变化影响的电极称为参比电极。
金属基电极的敏感膜是由离子交换型的刚性基质玻璃熔融烧制而成的。
膜电极的敏感膜一般是由在水中溶解度很小，且能导电的金属难溶盐经加压或拉制而成的单晶、多晶或混晶活性膜。
4. 何谓TISAB溶液？它有哪些作用？答：在测定溶液中加入大量的、对测定离子不干扰的惰性电解质及适量的pH缓冲剂和一定的掩蔽剂，构成总离子强度调节缓冲液（TISAB）。
其作用有：恒定离子强度、控制溶液pH、消除干扰离子影响、稳定液接电位。
5. 25℃时，用pH=4.00的标准缓冲溶液测得电池：“玻璃电极｜H+（a=X mol?L-1）║饱和甘汞电极”的电动势为0.814V，那么在c(HAc)=1.00×10-3 mol?L-1的醋酸溶液中，此电池的电动势为多少？(KHAc=1.8×10-5,设aH+=[H+])解：∵E1=φ(+)--φ(-)=φ（+）-（K-0.0592pH1）E2=φ(+)--φ(-)=φ（+）-（K-0.0592pH2）∴E2- E1= E2-0.814=0.0592(pH2- pH1)∴E2=0.814+0.0592(-lg√Kc－4.00)=0.806（V）6．25℃时，用pH=5.21的标准缓冲溶液测得电池：“玻璃电极｜H+（a=X mol?L-1）║饱和甘汞电极”的电动势为0.209V，若用四种试液分别代替标准缓冲溶液，测得电动势分别为①0.064V；②0.329V；③0.510V；④0.677V，试求各试液的pH和H+活度解：（1）ΔE1=0.064-0.209=0.0592(pH1-pHs)∵pHs=5.21∴pH1=2.76 aH+=1.74×10-3 mol?L-1（2）ΔE2=0.329-0.209=0.0592(pH2-pHs)∵pHs=5.21∴pH2=7.24 aH+=5.75×10-8 mol?L-1（3）ΔE3=0.510-0.209=0.0592(pH3-pHs)∵pHs=5.21∴pH3=10.29 aH+=5.10×10-11 mol?L-1（4）ΔE4=0.677-0.209=0.0592(pH4-pHs)∵pHs=5.21∴pH4=13.12 aH+=7.60×10-14 mol?L-17．25℃时，电池：“镁离子电极｜Mg2+（a=1.8×10-3mol?L-1）║饱和甘汞电极”的电动势为0.411V，用含Mg2+试液代替已知溶液，测得电动势为0.439V，试求试液中的pMg值。
仪器分析：电化学分析-离子选择性电极(ISE电极)
电化学分析（二） 凌悦菲
目
录
Contents
1 2 3 4
指示电极 电极分类 离子选择性电极 常用离子选择性电极
仪器分析
二、离子选择性电极（ISE电极）
电化学分析（二）
组成：电极管、内参比电极、内参比溶液、敏感膜
膜电位（Ф膜）：敏感膜内外两个相界面处由于 离子交换、扩散产生的电位差。
仪器分析
二、离子选择性电极（ISE电极）
电化学分析（二）
Ф膜=K± lnai=K±
lgai（25℃）
n:离子电荷数，若离子带负电荷前面取“-”
ISE的电极电位 ФISE=Ф内参+Ф膜
仪器分析
电化学分析（二）
ISE的性能：选择性、响应时间、稳定性 选择性系数K =
ij
式中 ：i—待测离子；
j—共存干扰离子
稳定性：漂移程度、重现性（三次测定值的平均偏差）
仪器分析
思是否越有利？为什么？ 电极的稳定性和响应时间，是否是同一意思？
Kij的取值范围应该是多少？由其值可以说明什么？
感谢观看
《仪器分析》思考题与习题答案
第二章电化学分析法1．电极电位是否是电极表面与电解质溶液之间的电位差？单个电极的电位能否测量？答：电极电位是电极表面与电解质溶液之间的电位差. 就目前为止,单个电极的电位不能测量.2. 用离子选择性电极测定离子活度时，若使用标准加入法，试用一种最简单方法求出电极响应的实际斜率。
答：标准加入法3. 根据1976年国际纯粹与应用化学联合会（UPAC）推荐，离子选择性电极可分为几类？请举例说明。
答：三类:晶体膜电极；.非晶体膜电极；敏化电极；4. 电极电位和电池电动势有何不同？答：电池电动势等于阴极电极电位减去阳极电极电位5.简述一般玻璃电极的构造和作用原理。
答：玻璃电极下端是由特殊成分的玻璃吹制而成的球状薄膜，膜的厚度为30~100 μm。
玻璃管内装有pH值为一定的内参比溶液，通常为0.1 mol/LHCl溶液，其中插入Ag-AgCl 电极作为内参比电极。
敏感的玻璃膜是电极对H+，Na+，K+等产生电位响应的关键。
它的化学组成对电极的性质有很大的影响。
石英是纯SiO2结构，它没有可供离子交换的电荷点，所以没有响应离子的功能。
当加入Na2O后就成了玻璃。
它使部分硅－氧键断裂，生成固定的带负电荷的硅－氧骨架，正离子Na+就可能在骨架的网络中活动。
电荷的传导也由Na+来担任。
当玻璃电极与水溶液接触时，原来骨架中的Na+与水中H+发生交换反应，形成水化层。
即-+++++-NaGH=G+NaH上式中，G代表玻璃骨架。
由图可知，在水中浸泡后的玻璃膜由三部分组成，即两个水化层和一个干玻璃层。
在水化层中，由于硅氧结构与H+的键合强度远远大于它与钠离子的强度，在酸性和中性溶液中，水化层表面钠离子点位基本上全被氢离子所占有。
在水化层中H +的扩散速度较快，电阻较小，由水化层到干玻璃层，氢离子的数目渐次减少，钠离子数目相应地增加。
6.计算[OH –] = 0.05 mol/L ，p (O 2)=1.0×103 Pa 时，氧电极的电极电势，已知O 2 +2H 2O+4e= 4OH –，φθ=0.40 V 。
离子选择性电极工作原理
离子选择性电极工作原理离子选择性电极是一种能够测量特定离子浓度的电化学传感器。
它主要由离子选择性膜、内部电解质和参比电极等部分组成。
离子选择性膜是该电极的核心部分，它能够选择性地吸附特定离子，而不受其他离子的干扰。
离子选择性电极的工作原理主要包括膜电位理论、Nernst方程和电极响应等方面。
首先，离子选择性膜的工作原理是基于膜电位理论。
当离子选择性膜与待测溶液接触时，膜内外的离子浓度差异会导致膜内外电位差，这种电位差即为膜电位。
膜电位的大小与膜内外离子浓度比例有关，因此可以通过测量膜电位来确定溶液中特定离子的浓度。
其次，Nernst方程是描述离子选择性电极工作原理的重要方程之一。
Nernst方程表明了电极电势与离子浓度之间的关系。
对于特定离子选择性电极，其电势E与该离子浓度的对数呈线性关系，即E=K+RT/zFln[a]，其中E为电极电势，K为常数，R为气体常数，T为温度，z为离子电荷数，F为法拉第常数，[a]为离子浓度。
通过Nernst方程，可以准确地计算出溶液中特定离子的浓度。
最后，电极响应是离子选择性电极工作原理的另一个重要方面。
当离子选择性电极与待测溶液接触时，离子选择性膜内外的离子浓度差异会引起电极的响应。
这种响应可以通过测量电极的电位变化来确定溶液中特定离子的浓度。
电极响应的快慢和稳定性直接影响着离子选择性电极的测量精度和灵敏度。
综上所述，离子选择性电极的工作原理主要包括膜电位理论、Nernst方程和电极响应等方面。
通过这些原理，离子选择性电极能够准确、快速地测量溶液中特定离子的浓度，具有广泛的应用价值。
希望本文能够帮助读者更好地理解离子选择性电极的工作原理，并在实际应用中发挥其优势。
第12章 电位分析法讲解
入微孔膜，但不溶于水，故不能进
入试液溶液。 二癸基磷酸根可以在液膜-试液两相界面间传递钙离子，
直至达到平衡。由于Ca2+在水相（试液和内参比溶液）中的活度与 有机相中的活度差异，在两相之间产生相界电位。液膜两面发生的 离子交换反应： [(RO)2PO]2 - Ca2+ (有机相) = 2 [(RO)2PO]2 -(有机相) + Ca2+ (水 相)
E 0'
RT 2F
ln Ca2
(4)零类电极
系指惰性金属电极，Pt，C，Au等。 Fe3+，Fe2+︱Pt
(5) 膜电极
膜电极组成的半电池，没有电 极反应；相界间没有发生电子交换 过程。表现为离子在相界上的扩散， 造成双电层存在，产生界面电位差。 该类主指离子选择性电极。
§12-2 膜电位与离子选择电极
定义：利用电极电位与浓度的关系测定物 质含量的电化学分析法称为电位分析法。
电位分析法分为直接电位法和电位滴定法。 电位分析法最显著特点是：仪器设备简单， 操作简便，价格低廉。现已广泛普及应用。
§12-1 金属基指示电极
(1) 一类电极
指金属与该金属离子溶液组成的体系， 其电极电位决定于金属离子的活度。
变化，这种变化由复合电极进
行检测。 PH玻璃电
极如作C为O2指气示敏电电极极，，中用
介液为0.01mol/L的碳酸氢钠。
二氧化碳与水作用生成碳酸，
从而影响碳酸氢钠的电离平衡
来指示CO2 。
五、酶电极（略）
六、离子敏感场效应晶体管
随着医学研究的进展以及临床诊断工作的需 要，对传感一器的要求有了新的发展．希望传感器 能具有以下特点：
仪器分析第十二章电位分析法
RT ln aM (外) nF aM (内)
22
由于内参比溶液中Mn+的活度不变
E膜常 数R nF TlnaM(外 )
23
4.离子选择性电极的作用原理
离子选择性电极的电位为内参比电极的电位 与膜电位之和，即：
10
2.银—氯化银电极
首先在银丝或铂丝上镀一层纯银，将其洗 净后，再电解（作阳极）在电极上覆盖一 层淡紫色的AgCl，再将其浸在用AgCl饱和 的含氯离子的溶液中。
半电池：Ag︱AgCl(s)︱Cl-(xmol·L-1)
半反应：AgCl+e
Ag+Cl-
电极电位：
11
三、第三类电极 此类电极是指金属与两种具有共同阴离子
组成：金属与该金属离子溶液组成
半电池：M︱Mn+(x mol·L-1)
半反应：Mn+ +ne
M
电极电位：
常见电极：Ag、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb.
用上述电极可以测定这些离子的活度。
7
二、第二类电极
此类电极是指在金属上覆盖它的难溶化合 物（如盐、氧化物、氢氧化物、络合物 等），并浸在含难溶化合物的阴离子溶液 中构成。以MA为难溶化合物，则
4
衡电位。 例如用金属银电极和饱和甘汞电极组成电
池来测量电解质溶液中银离子的含量。 请同学们写出电池表达式和电池电动势的
表达式。
5
12.2金属基指示电极(经典电极)
金属基指示电极按其组成体系及响应机理 的不同，可分为下列几类：
第一类电极
金属基指示电极
第二类电极 第三类电极
零类电极
仪器分析(简答、名词、计算)
名词解释及简答1【简答题】为什么离子选择性电极对欲测离子具有选择性?如何估量这种选择性?答：离子选择性电极是以电位法测量溶液中某些特定离子活度的指示电极.各种离子选择性电极一般均由敏感膜及其支持体,内参比溶液,内参比电极组成,其电极电位产生的机制都是基于内部溶液与外部溶液活度不同而产生电位差.其核心部分为敏感膜,它主要对欲测离子有响应,而对其它离子则无响应或响应很小,因此每一种离子选择性电极都具有一定的选择性.可用离子选择性电极的选择性系数来估量其选择性2【简答题】举例说明生色团和助色团，并解释红移和蓝移答、能吸收紫外-可见光而使电子由一个轨道(通常是含一对孤对电子的n轨道或成键轨道)向另一个轨道(通常是反键轨道)跃迁的基团称为生色团(或发色团)，如C=O，C=N，C=C 等；助色团是在生色团上的取代基且能使生色团的吸收波长变长或吸收强度增加(常常两者兼有)的基团，一般是含杂原子的饱和基团；如—Cl，—NHR，—OR，—OH，—Br等。
加入基团或改变溶剂等实验条件使化合物的最大吸收波长(Amax)向长波移动(深色移动)称为红移，使最大吸收波长向短波移动(浅色移动)称为蓝移。
3【简答题】原子发射光谱是如何产生的?原子发射光谱为什么是线状光谱?答、当物质的原子或离子受到外界能量(如热能﹑电能等)作用时，其外层电子可从基态跃迁到更高的能级上，形成不稳定的激发态原子或离子。
当原子或离子从激发态返回基态或较低的能级时。
多余的能量就会以光的形式释放出来，产生原子发射光谱。
原子光谱发射线的波长取决于原子外层电子跃迁前后两个能级的能量差△E。
由于原子或离子的各个能级是不连续的(量子化的)，且各能级所对应的能量范围很窄,因此得到的原子或离子光谱是线状光谱。
4【简答题】产生红外吸收的条件是什么?是否所有的分子振动都会产生红外吸收?为什么?答、产生红外吸收的条件是激发能与分子的振动能级差相等，同时有偶极矩的变化。
并非所有的分子振动都会产生红外吸收光谱，具有红外吸收活性，只有发生偶极矩变化的振动时才会产生5【简答题】仪器分析中主要有哪些定量分析方法?这些方法的优缺点是什么?答、仪器分析中的定量分析方法主要包括校准曲线法、内标法和标准加入法。
《仪器分析》离子选择性电极的性能参数
电位滴定的类型及终点指示电极的选择
酸碱滴定
可以进行某些极弱酸（碱）的滴定。指示剂法滴定弱酸碱时，准确滴定 的要求必需 ≥10-8，而电位法只需≥10-10；电位法所用的指示电极为pH电极。
氧化还原滴定
指示剂法准确滴定的要求是滴定反应中，氧化剂和还原剂的标准电位之差 必需△φo ≥0.36V（n＝1），而电位法只需≥0.2V，应用范围广；电位法采用的 指示电极一般采用零类电极（常用Pt电极）。
E 常数 RT ln 常数 RT ln C
zF
zF
微分，可得： dE RT • dC zF C
E RT • C / CБайду номын сангаасzF
C zF • E 3900• z • E% C RT
对一价离子，ΔE=±1mV，则浓度相对误差 可达±4%，对二价离子，则高达±8%。
8.6.电位滴定法
电位滴定的基本原理与普通容量分析相 同，其区别在于确定终点的方法不同。它 是以测量滴定过程中指示电极的电极电位 （或电池电动势）的变化为基础的一类滴 定分析方法。滴定过程中，随着滴定剂的 加入，发生化学反应，待测离子或与之有 关的离子活度（浓度）发生变化，指示电 极的电极电 位（或电池电动势）也随着发 生变化，在化学计量点附近，电位（或电 动势）发生突 跃，由此确定滴定的终点。
电位滴定装置
滴定终点 的确定 有作图法 和二级微 商计算法.
(1)E-V曲线法：图（a） 简单，准确性稍差。
(2)ΔE/ΔV - V曲线法：图（b）
一阶微商由电位改变量与滴定
剂体积增量之比计算之。
曲线上存在着极值点，该点对
应着E-V 曲线中的拐点。
(3)Δ2E/ΔV 2 - V曲线法：图（c）
离子选择性电极工作原理
离子选择性电极工作原理
离子选择性电极是一种用于测量特定离子浓度的传感器，它在
化学分析和生物医学领域有着广泛的应用。
其工作原理主要基于离
子在电解质溶液中的活度与浓度之间的关系。
本文将从离子选择性
电极的结构、工作原理和应用方面进行介绍。
首先，离子选择性电极通常由玻璃膜、内部填充溶液和电极组成。
玻璃膜是离子选择性电极的关键部分，它能够选择性地与特定
离子发生化学反应。
内部填充溶液则是为了保持电极内部的离子浓
度不变，以确保电极的稳定性。
电极则是用于测量电位差的部分，
通过测量电位差来确定溶液中特定离子的浓度。
其次，离子选择性电极的工作原理是基于Nernst方程的。
Nernst方程描述了溶液中离子活度与电位之间的关系。
当离子选择
性电极与待测溶液接触时，离子会在玻璃膜上发生化学反应，导致
电位差的变化。
根据Nernst方程，我们可以通过测量电位差来计算
出溶液中特定离子的活度或浓度。
最后，离子选择性电极在生物医学领域有着广泛的应用。
例如，pH电极可以用于测量生物体内部的酸碱平衡，钾离子选择性电极可
以用于监测血液中的钾离子浓度。
此外，离子选择性电极还可以用于环境监测、食品安全检测等领域。
总之，离子选择性电极是一种重要的传感器，它通过测量电位差来确定溶液中特定离子的浓度。
其工作原理基于Nernst方程，通过选择性地与特定离子发生化学反应来实现。
离子选择性电极在化学分析和生物医学领域有着广泛的应用前景，为相关领域的研究和应用提供了重要的技术支持。
离子选择性电极的性能参数
(二)氟离子选择性电极（晶体膜电极）
1. 氟离子选择性电极的构造
内参比电极 Ag – AgCl电极
内参比溶液 0.1mol.L-1NaCl 0.1mol.L-1NaF LaF3单晶掺杂EuF2或CaF2制 成2mm厚的薄片
敏 感 膜 由 LaF3 单晶片制成，其 组成为：少量 0.1% ～ 0.5%EuF2 和 1% ～ 5%CaF2, 晶 格 点 阵 中 La3+ 被 Eu2+ ， Ca2+ 取 代，形成较多的 晶格空穴，增加 导电性。
2.303RT 常数 lg a（m） 内参比 nF 2.303RT K lg a(m) nF 2.303 RT 阳离子 K lg a(m) nF 2.303 RT 阴离子 K lg a( R) nF
三、离子选择性电极的分类
**
**
(一） pH玻璃电极 （非晶膜电极）
+ 阳离子 - 阴离子
§ 9-3 离子选择性电极的性能参数
一、线性范围和检测限
响应：电极的电位随离子活度变化的特征 通过实验可绘制任一离子选择性电极的 E ~lga 关系曲
线
E
E~lga关系曲线
lg a
E E2 E1 lg a
lg a1
lg a2
E~lga关系曲线
曲线的直线部分所对应的离子活度范围称为离子选择
7. 使用玻璃电极的注意事项
① 酸差：测定溶液酸度太大（pH<1）时, 电位 值偏离线性关系，产生误差；pH增高 ② “碱差”或“钠差” ：pH>10或Na+浓度较 高时产生误差，主要是Na+参与相界面上的交换 所致pH降低； ③不对称电位：膜两侧α1= a2时，则：φ膜 =0 ， 但实际上φ膜≠0 此电位称为不对称电位 产生的原因: 玻璃膜内、外表面含钠量、 表面张力以及机械和化学损伤的细微差异所引 起的。长时间浸泡后（24小时）恒定（1～ 30mV）
仪器分析电位分析2
Ag, AgCl | HCl | 玻璃膜 | 试液溶液 KCl(饱和） | Hg2Cl2， Hg
2.303RT E K pH ， F 25 C : E K 0.0592pH
式中常数 K´包括： E外参比 、E内参比、 E不对称、E液接
12
（3）比较法确定待测溶液的pH： 标准校正法测定溶液的pH
19
总离子强度调节缓冲溶液 总离子强度调节缓冲液
（Totle Ionic Strength Adjustment Buffer，TISAB）
TISAB的作用：
①保持较大且稳定的离子强度，使活度系数恒定；
②维持溶液适宜的pH范围，满足电极和离子的要求；
③掩蔽干扰离子。 例如： 测定F-时的TISAB的组成与作用： NaCl，使溶液保持较大稳定的离子强度； HAc-NaAc, 使溶液pH在5-6； 柠檬酸钠, 掩蔽Fe3+、Al3+等干扰离子。
15
2.标准曲线法：
E
2.303 RT E K lg ai nF
2.303 RT 令：S ，则 nF E k’Slga i
用测定离子的纯物质 配制一系列不同浓度的 标准溶液，分别测定各 溶液的电动势，并绘制 E – lgai（或lgci ) 关系曲线，即标准曲线。 根据未知试液的电动 势值，可在标准曲线上 求得对应的活度或浓度。 16
（9-21） （9-22）
5
§8-5
离子选择电极的选择性
阳离子电极，取“+”； 阴离子的电极，取“-”。
一．有干扰离子时的膜电位
RT E膜 K ln a nF
共存的其它离子对膜 电位的产生有贡献吗?
式中：测定离子为i，电荷为ni；干扰离子为j，电荷为nj。
仪器分析简答题
1．为什么离子选择性电极对欲测离子具有选择性?如何估计这种选择性? 解:由于离子选择性电极都是由对特定离子有特异响应旳敏感膜制成. 可以用选择性电极旳选择性系数来表征.称为j 离子对欲测离子，i 旳选择性系数. 离子选择性电极是以电位法测量溶液中某些特定离子活度旳批示电极.多种离子选择性电极一般均由敏感膜及其支持体,内参比溶液,内参比电极构成,其电极电位产生旳机制都是基于内部溶液与外部溶液活度不同而产生电位差.其核心部分为敏感膜,它重要对欲测离子有响应,而对其他离子则无响应或响应很小,因此每一种离子选择性电极都具有一定旳选择性.可用离子选择性电极旳选择性系数来估计其选择性.2．电位分析过程中与否有电流流过电极，测量旳电位值与什么有关?解: 电位分析过程中是有电流流过电极3．批示电极和参比电极旳作用各是什么?如何选择批示电极?答：批示电极电极电位随待测离子活度变化而变化，与电位恒定旳参比电极插入待测溶液中，构成工作电池，并测量电动势。
根据金属离子性质，状态选择，可以发生可逆氧化还原反映旳金属选择金属——金属离子电极；在氧化还原对中，如果氧化态和还原态都是离子状态，则需用惰性金属电极输送电子。
4. 直接电位法旳重要误差来源有哪些?应如何减免之?答：①温度，重要影响能斯特响应旳斜率，因此必须在测定过程中保持温度旳恒定。
②电动势测量旳精确性。
一般，相对误差=4n △E ，因此必须规定测定点位旳仪器有足够高旳敏捷度和精确度。
③干扰离子，但凡能与欲测离子起反映旳物质，能与敏感膜中有关组分起反映旳物质，以及影响敏感膜对欲测离子响应旳物质均也许干扰测定，引起测量误差，因此一般需要加入掩蔽剂，必要时还需分离干扰离子。
④溶液旳pH ，欲测离子旳浓度，电极旳响应时间以及迟滞效应等都也许影响测定成果旳精确度。
5．在用氟离子选择性电极时，常使用柠檬酸盐缓冲溶液，且控制溶液旳pH 在5．0—7．0之间，为什么?6．离子选择性电极旳测量过程中，为什么要使用电磁搅拌器搅拌溶液?7．在用pH 玻璃电极测定溶液pH 时，为什么要选用与待测试液pH 相近旳pH 原则溶液定位?8.使用玻璃电极需注意什么?答：1、玻璃电极要在蒸馏水中浸泡24小时，检查玻璃电极球泡透明、无裂纹。
离子选择性电极
分类方法
按敏感膜类型分类
可分为晶体膜电极、液膜电极、气膜电极 和生物膜电极等。
按响应离子类型分类
可分为阳离子选择性电极、阴离子选择性 电极和两性离子选择性电极等。
按应用领域分类
可分为环境监测电极、生物医学电极、食 品分析电极和工业过程控制电极等。
常见类型及其特点
晶体膜电极
以晶体材料为敏感膜，具有高选择性和稳定性，但响应时 间较长。如氟离子选择性电极，用于测定水样中的氟离子 含量。
检测土壤中的重金属离子（如镉、铅等）含量，评估 土壤污染程度。
大气污染监测
用于大气颗粒物中有害离子的检测，揭示大气污染来 源和程度。
水体富营养化监测
监测水体中的磷酸根离子、硝酸根离子等营养盐含量 ，评估水体富营养化状况。
其他领域的应用拓展
食品工业
检测食品中的添加剂和有害离子含量，确保食品 安全。
农业领域
生物医学领域的应用
血液分析
用于血液中钾离子、钠离子、钙 离子等关键离子的检测，辅助诊
断疾病。
药物分析
检测生物样品（如尿液、血清等） 中药物离子的浓度，评估药物治疗 效果。
生物传感器
将离子选择性电极与生物识别元件 相结合，构建高灵敏度的生物传感 器，用于生物分子识别和检测。
环境科学中的应用
土壤污染监测
用于土壤和肥料中关键离子的检测，指导农业生 产。
能源领域
在电池、燃料电池等能源转换和存储技术中，离 子选择性电极可用于监测和优化离子传输过程。
谢谢您的聆听
THANKS
离子扩散
待测离子在溶液中扩散至电极膜 表面。
离子交换与迁移
待测离子与膜内离子载体进行交 换，并在膜内迁移。
离子选择性电极实验报告
离子选择性电极实验报告离子选择性电极实验报告引言：离子选择性电极（ISE）是一种用于测量溶液中特定离子浓度的电化学传感器。
它的应用范围广泛，包括环境监测、生物医学、食品安全等领域。
本实验旨在通过构建离子选择性电极，探究其原理和应用。
实验目的：1. 了解离子选择性电极的工作原理；2. 学习构建离子选择性电极的方法；3. 掌握离子选择性电极的校准和测量技术。
实验材料和方法：材料：离子选择性电极、电位计、标准溶液、待测溶液。
方法：1. 将离子选择性电极插入标准溶液中，记录电位计示数；2. 将离子选择性电极插入待测溶液中，记录电位计示数；3. 根据标准曲线，计算待测溶液中离子浓度。
实验结果：在实验中，我们使用了钾离子选择性电极进行测量。
首先，我们将钾离子选择性电极插入了一系列已知浓度的钾离子标准溶液中，并记录了相应的电位计示数。
通过绘制标准曲线，我们得到了钾离子浓度与电位计示数之间的线性关系。
接下来，我们将钾离子选择性电极插入了待测溶液中，并记录了电位计示数。
通过标准曲线，我们可以计算出待测溶液中钾离子的浓度。
实验结果表明，该方法具有较高的准确性和可靠性。
讨论：离子选择性电极的工作原理是基于离子在电极与溶液界面的选择性分配。
离子选择性电极通常由离子选择性膜、参比电极和电解质溶液组成。
离子选择性膜具有选择性地吸附特定离子，而参比电极提供了电位的参考值。
在实验中，我们使用了钾离子选择性电极进行测量。
钾离子选择性电极的离子选择性膜是由钾离子载体和聚合物材料构成的。
当离子选择性膜与待测溶液接触时，钾离子被选择性地吸附到膜内，导致电位计示数的变化。
通过与已知浓度的标准溶液进行对比，我们可以确定待测溶液中钾离子的浓度。
离子选择性电极具有许多优点，如灵敏度高、响应速度快、操作简便等。
然而，它也存在一些限制，如选择性受到其他离子的干扰、使用寿命有限等。
因此，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的离子选择性电极。
结论：通过本实验，我们了解了离子选择性电极的工作原理，并学习了构建离子选择性电极的方法。
《现代仪器分析》-第二版-刘约权-课后习题答案
现代仪器分析习题解答 2009年春第12章电位分析及离子选择性电极分析法 P2161．什么是电位分析法？什么是离子选择性电极分析法？答：利用电极电位和溶液中某种离子的活度或浓度之间的关系来测定待测物质活度或浓度的电化学分析法称为电位分析法。
以离子选择性电极做指示电极的电位分析，称为离子选择性电极分析法。
2．何谓电位分析中的指示电极和参比电极？金属基电极和膜电极有何区别？答：电化学中把电位随溶液中待测离子活度或浓度变化而变化，并能反映出待测离子活度或浓度的电极称为指示电极。
电极电位恒定，不受溶液组成或电流流动方向变化影响的电极称为参比电极。
金属基电极的敏感膜是由离子交换型的刚性基质玻璃熔融烧制而成的。
膜电极的敏感膜一般是由在水中溶解度很小，且能导电的金属难溶盐经加压或拉制而成的单晶、多晶或混晶活性膜。
4. 何谓TISAB溶液？它有哪些作用？答：在测定溶液中加入大量的、对测定离子不干扰的惰性电解质及适量的pH缓冲剂和一定的掩蔽剂，构成总离子强度调节缓冲液（TISAB）。
其作用有：恒定离子强度、控制溶液pH、消除干扰离子影响、稳定液接电位。
5. 25℃时，用pH=4.00的标准缓冲溶液测得电池：“玻璃电极｜H+（a=X mol?L-1）║饱和甘汞电极”的电动势为0.814V，那么在c(HAc)=1.00×10-3 mol?L-1的醋酸溶液中，此电池的电动势为多少？(KHAc=1.8×10-5,设aH+=[H+])解：∵E1=φ(+)--φ(-)=φ（+）-（K-0.0592pH1）E2=φ(+)--φ(-)=φ（+）-（K-0.0592pH2）∴E2- E1= E2-0.814=0.0592(pH2- pH1)∴E2=0.814+0.0592(-lg√Kc－4.00)=0.806（V）6．25℃时，用pH=5.21的标准缓冲溶液测得电池：“玻璃电极｜H+（a=X mol?L-1）║饱和甘汞电极”的电动势为0.209V，若用四种试液分别代替标准缓冲溶液，测得电动势分别为①0.064V；②0.329V；③0.510V；④0.677V，试求各试液的pH和H+活度解：（1）ΔE1=0.064-0.209=0.0592(pH1-pHs)∵pHs=5.21∴pH1=2.76 aH+=1.74×10-3 mol?L-1（2）ΔE2=0.329-0.209=0.0592(pH2-pHs)∵pHs=5.21∴pH2=7.24 aH+=5.75×10-8 mol?L-1（3）ΔE3=0.510-0.209=0.0592(pH3-pHs)∵pHs=5.21∴pH3=10.29 aH+=5.10×10-11 mol?L-1（4）ΔE4=0.677-0.209=0.0592(pH4-pHs)∵pHs=5.21∴pH4=13.12 aH+=7.60×10-14 mol?L-17．25℃时，电池：“镁离子电极｜Mg2+（a=1.8×10-3mol?L-1）║饱和甘汞电极”的电动势为0.411V，用含Mg2+试液代替已知溶液，测得电动势为0.439V，试求试液中的pMg值。
第12章 电位分析及离子选择性电极分析法(S)PPT课件
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5
12-2 离子选择性电极(ISE)与膜电位
一、电极的基本构造 半电池由膜电极组成，没有电极反应，相
界间没有发生电子交换过程。表现为离子在 相界上的扩散。
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钙电极适宜的pH范围是5～11，可测
出10-5 mol/L的Ca2+ 。
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4.敏化电极 指气敏电极、酶
电极、细菌电极及生 物电极等。这类电极 的结构特点是在原电 极（晶体或非晶体电 极）上覆盖一层膜或 物质，使得电极的选 择性提高。
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隔膜式气敏氨电极
气敏电极端部装有透气膜，气体可通过它 进人管内。管内插入pH玻璃复合电极，复合
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F-用来控制膜内表面 的电位，
Cl-用以固定内参比电 极的电位。
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（2）作用原理 晶格点阵中La3+被Eu2+、Ca2+取代，形成
较多空的F－点阵，在晶格上的F-可以移入晶 格邻近的空穴而导电。对于一定的晶体膜， 离子的大小、形状和电荷决定其是否能够进 入晶体膜内，故膜电极一般都具有较高的离 子选择性。
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酶电极： 在主体电极上覆盖一层酶，利用酶的界面
催化作用，将被测物转变为适宜于电极测定的 物质。
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如脲酶电极： 将脲酶固定在氨电极上制成的。可检测血
浆和血清中0.05～5mmol/L的尿素。
CO(NH2 )2 + H2O ─→ 2NH3 + CO2
离子选择性电极
lgKij
j
i
S
33 精选ppt
式中S为电极的实际斜率，对不同价态的离子， 则
lgKij
j i lg i
S
Zi /Zj
j
34 精选ppt
2．混合溶液法
混合溶液法是在对被测离子 与干扰离子共存时，求出选择 性系数。它包括固定干扰法和 固定主响应离子法。
35 精选ppt
如固定干扰法。该 法先配制一系列含固定 活度的干扰离子j和不 同活度的主响应离子i 的标准混合溶液，再分 别测定电位值，然后将
Kijpot有时也写成Kij，它虽为常数，数值也可以从 某些手册中查到，但无严格的定量关系，常与实验条 件有关。它可以通过分别溶液法和混合溶液法测定。
32 精选ppt
1．分别溶液法
分别配制活度相同的响应离子 i和干扰离子 j的标 准溶液，然后用离子电极分别测量电位值。
φi＝k+Slgαi φj＝k+SlgKijαj
18
精选ppt
干扰及消除
酸偏测度高定影 ； 偏H响 低+：。与O控F-H反制-与应pHL生5a-F成73可反H减F应或小释H这放F2种F-降-，干低使扰F测。-活定度结，果使 阳离子干扰：Be2+,Al3+,Fe3+, Th4+,Zr4+等可与F-络
合——使测定结果偏低，可通过加络合掩蔽剂(如 柠檬酸钠、EDTA、钛铁试剂、磺基水杨酸等)消 除其干扰。 基体干扰(以活度代替浓度)消除：标准和待测样 品中同时加入惰性电解质。 通常加入的是总离子强度调节剂(Total ion strength adjustment buffer, TISAB)，可同时控制pH、消除 阳离子干扰、控制离子强度。如通常使用的 TISAB组成为：KNO3+NaAc＋HAc+柠檬酸钾。
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例如，测定氟离子
（–）Hg |HgCl2, KCl(饱和) || 试液| LaF3膜 |NaF,NaCl,AgCl| Ag（+）
SCE
氟电极
E ( AgCl / Ag m ) (SCE l )
k
2.303RT F
lg F
K为常数，测得电池电动势E，可以计算得
到氟离子活度。
16
一般地，有
二、膜电位 跨膜两边的相界电位差：
7
二、膜电位 跨膜两边的相界电位差：
M 外 内
简单运算后可得（12-1）和（12-2）。
8
三、ISE的主要类型 按1975年，IUPAC推荐。
1、晶体膜电极 敏感膜由难溶盐的单晶、混晶、多晶 经过加压或者拉延而成。 该难溶盐的溶解度要小，且能导电。
9
非均相膜：难溶盐+惰性材料（如，PVC， 聚苯乙烯，硅橡胶）
2
电位分析法：利用电极电位与溶液中某 粒子的浓度之间的关系来进行分析 的方 法。
例如，原电池
（–）Zn | ZnSO4(C1) || CuSO4(ｃ2) | Cu（+）
3
E
E
2.303RT a(Zn2) nF lg a(Cu2)
4
测得原电池的电动势，有可能测出原电 池组成离子的活度，经过进一步处理，可得 原电池组成离子的浓度。
子的测量结果。
E k ' RT lnc nF
E RT c nF c
21
在298K，电动势用mV作单位，则
E 0.2568 c 100 nc
c 100 4nE c
22
离子价态 电动势测量误差 测定误差
1
+ 1 mV
4%
2
+ 1 mV
8%
3
+ 1 mV
12 %
23
18
TISAB：如果还需要固定酸度，则要加 入TISAB（总离子强度调节缓冲液）。 2、标准加入法（自看）ຫໍສະໝຸດ 3、直接比较法（自看）19
二、 影响测定的因素 1、温度 温度高，Nerst方程的斜率大，灵敏度高。 例如，298 K， 0.0592
293K, 0.0581
温度补偿旋钮。
20
2、电动势测量 电动势测量误差要极大地影响待测离
玻璃电极就是典型的刚性基质电极， 如：pH，pLi，pNa，pK ……
液膜电极：钙电极和硝酸根电极是 两个例子。
12
四、 ISE 的性能 1 、Nerst 响应 遵循Nerst 方程，膜电位随着离子活度的变化 而变化。
2 、线性范围和检测下限 1975年IUPAC推荐。P205图12-5中，直线部分 叫线性范围，A点所对应的待测离子浓度叫检 测下限。
13
3 、选择性 待测离子用 i表示，干扰离子用 j 表 示。定义：
Kij=ai/aj ni/nj Kij 越小越好。 10－4 以下无干扰。
4 、响应时间 2 – 15 分钟。
14
5 、电极寿命 约一年。
12-4 测定方法及其影响因素
一、直接电位法 ISE与参比电极构成电池，通过测定电池 的电动势E来确定待测离子活度。
E
k
2.303RT nF
lg
fc, 当f一定, 则
E
k
'
2.303RT nF
lgc
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具体的定量方法有： 1、标准曲线法 配制标准溶液，E和lga对画，用图解法求
得ax。
要测定浓度c，必须固定离子强度，使
活度系数为常数。办法是加入一种高浓度的 惰性电解质溶液以维持溶液的离子强度不变， 这种溶液叫ISA（离子强度调节剂）。
第12章 电位分析及离子选择性电极分析法 12-1 概述 12-2 离子选择性电极（ISE）及其性能 12-3 ISE分析法的仪器（自学） 12-4 测定方法及其影响因素
1
4-1 概述 电化学：研究电能与化学能相互转化规 律的科学。
电化学分析法：利用电化学原理和实验技 术，研究物质的化学成分与含量的方法。
如果电位分析法的两电极中，有一支电 极是离子选择性电极（ISE—ion selective electrode），则这种电位分析法叫做离子选 择性电极法。
5
方法特点： 1、设备简单，轻便，快速，连续，在线， 易自动化 ．．． 2、精密度不高。
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4-2 离子选择性电极（ISE） 及其性能
一、基本构造 关键：敏感膜
膜电极的响应机制：晶格空穴导电。
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电极例：氟电极
（–）Ag | AgCl |NaCl(c), NaF(c) |LaF3 膜|
m
外
内
k 2.303RT lg (F－)
F
干扰离子为氢氧根离子, 原因可能是 在膜表面发生下列反应：
LaF3+3OH － →La(OH)3+3F－
11
2、非晶体膜电极(自学) 有两类：刚性基质电极和液膜电极