正文 第十章 電解質及血氣分析(二)(1 / 3)

三、離子選擇性電極分析法

離子選擇性電極是一種化學傳感器,它的特點是可對某特定離子作出選擇性的響應。

在臨床電解質分析方麵,ISE法與其他分析方法MV&JI有許多特點:①ISE是一種直接的、非破壞性的分析方法,因而可以反複測量,且不受樣品溶液的顏色、渾濁等因素的幹擾。②ISE法分析速度快,單次分析通常隻需1-2分鍾,適宜在急診和手術室中應用。③測量範圍寒,通常可達4—5個數量級,而且由於電極的響應為對數特因此在整個測量範圍內具有同樣的準確度。④ISE法測量的是離子活度,這對於臨床醫學和基礎醫學更有實用意義,也是其他分析方法無法取代的。⑤所需設備簡單,操作方便。

1.基本琢理和分類ISE分析法是以測量電池的電動勢為基礎的定量分析方法。將ISE和一個參比電極通過查伏計連接起來,插入待測的電解質溶液中就構成了一個測量電池。

在很稀的溶液中(通常認為10mol以下),活度係數接近於1,此時活度與濃度相等。實際測量時,還可在標準溶液和樣品溶液中加入一種本底鹽以固定值,當標準溶液和樣品溶液的離子強度相同時,活度係數是一個常數,這時可進行濃度測量。

根據1975年國際純粹化學和應用化學協會(IUPAC),依據膜電位的響應機理、膜的組份和結構,將離子選擇性電極分為以下幾類:

2.離子選擇性電極的性能

(1)線性範圍和檢測下限:在實際測量過程中,離子選擇性電極電位值的變化隨著被測離子活度的降低而逐漸變小,開始偏離Nernst響應。當被測離子的活度小到一定程度時,電極電位的變化越來越小,直至無電位變化(無響應)。線性範圍是指以被測離子活度(或濃度)與電極電位在半對數坐標紙上作圖,得到一校準曲線,此校準曲線的直線部分即為離子選擇性電極響應的線性範圍。一般電極響應的線性範圍可達4-5個數量級。

檢測下限是指能檢測被測離子的最低濃度。根據IUPAC的建議,離子選擇性電極的檢測下限定義為:離子活度-電極電位曲線兩端直線部分外推線的交點所對應的活度(或濃度)即為離子選擇性電極的檢測下限,大多數商品電極的檢測下限在10.5-10.7mol範圍內。

(2)選擇性:離子選擇性電極的選擇性主要取決於電

(3)斜率及轉換係數,電極斜率是在恒定溫度下,電極在Nernst響應的線性範圍內,主要離子活度變化10倍,所引起的電位變化值。在一定的溫度下,對於給定的電極,其理論斜率是為59,16mV,二價離子電極的理論斜率為29,58mV,三價離子的理論斜率為19.7mV。但實際上,許多電極的響應斜率與理論值不一致,大多數情況是低於理論斜率,這與實際檢測條件並非處於理想狀態有關。

轉換係數K,,反映了電極將變化10倍時的活度轉換為電位的能力。通常實際轉換係數達到理論值的90%以上的電極,其性能就認為是比較好的,越接近100%,電極性能就越好。

(4)響應時間:根據IUPAC推薦,離子選擇性電極的響應時間是指從離子選擇性電極和參比電極一起接觸試液算起,到電極電位值的變化在1mV以內所經過的時間。實際上這個時間是以組成某一測量電池後測量的,它應是整個電池動力學平衡的時間,包括了離子選擇性電極膜電位的平衡時間、參比電極的穩定性、液接電位的穩定性以及溶液溫度、濃度等因素的綜合影響。性能良好的電極一般反應時間很短(1分鍾以內),被測溶液濃度接近檢測下限時,響應減慢。

(5)穩定性:電極的穩定性通常可用電極漂移和電極重現性二個參數來表示。漂移是指在一段時間內連續測M時,電極電位的波動範圍。一支好的電極,24小時漂移值應小於2mA電極的重現性則是指多次測量時,電極電位的重觀程度。電極的穩定性與試驗時溶液的溫度、濃度等條件有關。根據電極的穩定性可以估計電極測量結果的精密程度。

(6)電極內阻與不對稱電位:電極內阻包括膜電阻及內充液和內參比電極的電阻,由於後兩者的電阻比膜電阻小得多,因此電極內阻主要取決於膜內阻。膜內阻與敏感膜的類型、厚度、組成成分等有關。晶體膜電極的內阻較低,為10-104Ω;液膜電極的內阻為玻璃電極的內阻最高,在107-108Ω。內阻高的電極對測量儀器的輸入阻抗及對導線的絕緣、屏蔽要求高,因此電極的內阻要越小越好。

電極的不對稱電位是由於膜二邊結構上的差異而引起的,與膜表麵的均勻程度、膜的厚度、組成等因素有關,其數值一般在幾毫伏。

(7)電極壽命:離子選擇性電極使用一段時間後會逐浙老化,此時電極響應時間延長、斜率降低,甚至失去工作能力。電極的壽命取決於製作電極的材料、結構、和正確地使用與保管情況。長期測量較高濃度的樣品,亦會降低電極的壽命。