Mire való? Hogyan kell használni és karbantartani?


Az ionszelektív elektródok (idegen rövidítéssel ISE) fogalma talán bonyolult lehet első hallásra, de ha megértjük működésüket, illetve hogyan célszerű használni és karbantartani őket, akkor számos gyakori probléma megelőzhető. A helytelen tárolás vagy mérési gyakorlat pontatlanságot, rosszabb esetben az érzékelő károsodását okozhatja. Az alábbiakban leírjuk, mindez hogyan kerülhető el.


Hogyan működnek az ionszelektív elektródok?


Az elektród típusát, kialakítását a mérendő ion (e cikk esetében a nitrát) határozza meg. Ettől függ, hogy milyen érzékelő-technológiára vagy mérési elvre van szükség.

A nitrát ISE polimer membrános érzékelőt használ (ezt folyadék-membránnak is nevezik). A szerves ioncserélő anyag a membránba van ágyazva. Az ioncserélők a nitrát-ionok kiszűrésére képesek, de hasonló méretű és töltésű egyéb ionok interferenciát okozhatnak, ha a kelleténél nagyobb koncentrációban találhatók meg a vizsgált mintában.

A nitrát mérése során interferenciát okozhat (fontossági sorrendben) a perklorát, a jodid, a nitrit, a karbonát, a klorid és a fluorid. Fontos megjegyezni még, hogy szerves oldószer sem lehet a mintában, mert az a membrán sérülését okozhatja. Az ilyen és hasonló problémákkal kapcsolatban az elektród használati utasítása tartalmaz további információkat.

Egyes interferenciák lehetővé teszik bizonyos anyagok vizsgálatát (mint például az anionos vagy kationos felületaktív anyagok, erről később ejtünk szót).


Ionhordozók


A membránban található ionhordozóknak affinitást kell mutatniuk a kérdéses ion irányába. Ha ezek a hordozók megkötnek egy iont és azt átviszik a membránon (vagy membránba), akkor mV-mértékegységben kifejezhető elektromos potenciál jön létre. Ha ezt összevetjük a referenciaelektród által generált állandó potenciállal, akkor a Nernst-féle egyenlet alapján meghatározható a nitrát-ionok koncentrációja. Aki esetleg olvasta azt a cikkünket, amelyik a pH-elektródok kapcsán ezt megemlítette, akkor láthatjuk, hogy ez ugyanígy működik az ionszelektív elektródok esetében is.


Mikor kell az ionszelektív elektródokat használni?


Számos alkalmazási terület létezik, ahol akár közvetlen méréssel, akár titrálással mérik a nitrát koncentrációját. Ilyen például az ivóvíz- és szennyvízkezelés vagy a környezetvédelem. Az ivóvízbe a talajvízből, illetve mezőgazdasági tevékenység eredményeként kerülhet. Egészségkárosító hatása miatt csak minimális mennyiségben lehet jelen a vízben, ezt szabályok írják elő. A szennyvíz estében is fontos a nitrát-koncentráció ismerete, mert a kiengedett kezelt szennyvíz is csak minimális nitrátot tartalmazhat (ezt is szabályok írják elő) a környezet és a természetes ivóvízkészlet védelmének érdekében. A víz nitráttartalmának ionszelektív mérése a 4500-NO3-D metódus alapján hajtható végre.

A nitrát ionszelektív elektródok használatának másik példája az anionos és kationos felületaktív tisztító- és fertőtlenítőszerek gyártása. Mivel a nitrát ISE reagál a felületaktív anyagok koncentrációjának változásaira, az ilyen anyagok titrálási végpontjának jelzését is lehetővé teszi, legyen szó fürdőszobai tisztítószerektől vagy élelmiszeripari fertőtlenítőkről. Az erre szolgáló metódusok az ASTM D4261 és az ASTM D5806.

A leggyakrabban alkalmazott mérési technikák az ionerősség szabályzók alkalmazása, az elektród kondicionálása, a standard oldatok és minták keverése, az elektród megfelelő kalibrálása és a közvetlen mérés. Ezekről az alábbiakban írunk.


1. Az ionerősség szabályzók alkalmazása

Ha közvetlen mérésre használjuk az elektródot, akkor elengedhetetlen az úgynevezett ionerősség szabályzók (ISA) vagy az interferencia csökkentésére szolgáló ISA (ISISA) oldatok használata. Titráláshoz nincs szükség ilyen oldatokra.

Az ISA oldat hatással van az ionos aktivitás és a koncentráció kapcsolatára, alkalmazása révén az ionos aktvitás váltakozása csökkenthető, ez a megfelelő pontosság miatt szükséges. Az ISISA ezen kívül eltávolítja, megköti az interferenciát okozó egyéb ionokat is. Fontos, hogy ISA vagy ISISA oldatok használata esetén ugyanolyan arányban kell azt a mintába ÉS a standard oldatokba tenni, ellenkező esetben a mérések nem lesznek pontosak.


2. Az elektródot mindig kondicionálni kell

Új érzékelő használata előtt azt célszerű ISA oldatot nem tartalmazó hígított nitrát standard oldatba meríteni. Az ilyen kondicionálással csökkenthető a válaszidő, illetve pontosabb lesz a kalibrálás. Fontos, hogy az elektródot ne hagyjuk sokáig az oldatban, mert az csökkenti a membrán élettartamát.

A kondicionálás az instabil, ingadozó mért értékek esetén, illetve magas iontartalmú minták mérése előtt is segíthet. A membrán helyes kondicionálásának érdekében a standard oldat értéke a vizsgálandó minta esetében mérhető értéknél alacsonyabb legyen. Az ajánlott oldat a 0,01 M értékű nitrát standard oldat. Azonban alacsonyabb mérési eredmények esetében ennél hígabb standard szükséges.


3. Mindig keverjük meg a standard oldatokat és a mintát

Ugyanúgy, mint a pH-mérés esetében, a mintát keverni kell a mérés során. Az állandó áramlás növeli a pontosságot. A legcélszerűbb egy mágneses keverő használata mind a minta, mind a standard oldat esetében, így biztosítható az ugyanakkora sebességű, egyenletes keverés.

Fontos megjegyezni, hogy ha a keverő hőt ad le, akkor szigetelni kell, mert a minta hőmérsékletének változásával változik az ionos aktivitás, így a mérési pontosság is.


4. Kalibráljuk rendszeresen az elektródot

Közvetlen mérésnél vagy egy növekményes metódus alkalmazásakor fontos, hogy a műszer megfelelően kalibrálva legyen. A kalibráláshoz mindig friss oldatokat használjunk. Ha lehetséges, akkor az oldatok értékei a várható mért értékek közelében legyenek (alatta és felette), így biztosítható, hogy a mérési eredmény a kalibrált tartományba essen.


5. Közvetlen mérés és ismert koncentrációjú anyag hozzáadása

A mérésnek két módja van. Ha ismerjük a mérendő minta hozzávetőleges koncentrációját, akkor előbb kalibráljuk az elektródot a várható érték közelébe eső értékű standard oldatokkal (mint ahogyan azt fentebb írtuk), majd hajtsuk végre a közvetlen mérést.

A másik módszer az ismert koncentrációjú anyag hozzáadása. E módszer akkor hasznos, ha nem ismerjük a várható mérési eredményt, illetve ha nagyon alacsony ionkoncentrációt kell mérni (amelynek esetében az elektród válasza nem lineáris).

Az ismert koncentrációjú standard oldat hozzáadásával a minta koncentrációja olyan tartományba hozható, amely pontosabban és megbízhatóan vizsgálható az elektróddal. Tehát először megmérjük a mintát és lejegyezzük a mért mV-értéket, majd ismert koncentrációjú nitrát-oldatot adunk a mintához, és ismét megmérjük. A két kapott mV-érték alapján kiszámítható a tényleges koncentráció.


Az ionszelektív elektródok karbantartása


Az elektród megfelelő használatával és karbantartásával növelhető a pontosság és a megbízhatóság, illetve maximalizálható az elektród élettartama. Ennek három fő lépése van. Ezek az elektródban található elektrolit oldat feltöltése, a megfelelő tárolás, illetve a membrán rendszeres cseréje.


1. Az elektrolit oldat utántöltése

Az elektród működésének egyik legfontosabb tényezője a referencia feltöltőoldat. Ennek mindig megfelelő mennyiségben kell az elektródban lennie. Használat előtt mindig ellenőrizzük, és szükség esetén töltsük fel az oldatot. Az oldat felszíne legfeljebb 2-3 cm távolságra lehet a feltöltőlyuk alatt. A kalibrálás és a mérés előtt a feltöltőnyílás kupakját vegyük le. A megfelelő mennyiségű elektrolittal biztosítható a legpontosabb mérésekhez szükséges nyomás. A nitrát ISE esetében a HI 7078 oldatot kell használni elektrolitként.


2. Az elektród megfelelő tárolása

Az élettartam a megfelelő tárolással maximalizálható. A rövid ideig tartó tárolás lépései:

  • Töltsük fel az elektrolit oldatot.
  • Csavarjuk a helyére a feltöltőnyílás kupakját.
  • Az elektródot álló helyzetben tároljuk.
  • Az elektródot szárazon tároljuk.

A hosszabb ideig tartó tárolás előkészületei:

  • Távolítsuk el a feltöltőoldatot az elektród belsejéből.
  • Szereljük szét az elektródot.
  • Az alkatrészeket öblítsük le ioncserélt vízzel.
  • A belső részen található kerámia átvezetőt tekerjük szigetelőanyagba (például parafilm).
  • A modult vegyük ki, hagyjuk száradni, majd tegyük hűtőbe (ez lelassítja az érzékelő öregedését).

Ügyeljünk, hogy a modul kiszerelése során ne érjünk a membránhoz, mert az megrongálódhat.


3. A membrán rendszeres cseréje

Az érzékelőmodul élettartama a használat gyakoriságától, a minták jellegétől és a tárolás módjától függ. E tényezők fényében egy modul 3-6 hónapig használható rutinszerű mérések mellett. A modul állapota a slope ellenőrzésével becsülhető meg. Ez három egyszerű lépésből áll:

  • Egy mérőedényt töltsünk meg 100 ml ioncserélt vízzel és 1 ml nitrát standard oldattal.
  • Mérjük meg az elektród mV-értékét és jegyezzük le.
  • Adjunk az oldathoz további 10 ml standardot. Jegyezzük le a mV-értéket.

Ha a modul állapota jó, akkor a két lejegyzett érték közötti különbség 56±4 mV 20-25 °C hőmérséklet esetén. Ha nem ennyi, akkor sem biztos, hogy baj van. Kondicionáljuk az elektródot és ismételjük meg az ellenőrző mérést.


Bár az ionszelektív elektródok használata első pillantásra kihívásnak tűnhet, a megfelelő ismeretek birtokában és helyes karbantartás mellett nem jelenthet semmilyen problémát.



HANNA Instruments Service Kft. © 2020.