Поделиться статьей
Вторая часть статьи посвящена различным способам проведения потенциометрического измерения ионов с помощью ионоселективного электрода (ИСЭ). Самые распространенные методы— добавление стандарта и прямое измерение.
Какой из этих двух методов лучше всего подойдет для образца? Чтобы вам было легче ответить на этот вопрос, мы расскажем про два прицнипа измерения и сравним преимущества и недостатки каждого из них. Также мы покажем два удобных чек-листа для достижения наилучшей воспроизводимости.
Перейти к теме:
- Standard addition
- Direct measurement
- Advantages and disadvantages: standard addition vs. direct measurement
- Summary
Если вы хотите узнать об основных принципах измерения ионов, ознакомьтесь с первой частью этой статьи.
Добавление стандарта
В этом методе заданные объемы стандартного раствора интересующего иона добавляются к известному объему раствора образца в несколько шагов. После каждого добавления измеряется потенциал раствора. Концентрация ионов исходного раствора может быть рассчитана по разнице между начальным потенциалом и потенциалом, измеренным после каждого добавления.
На Рисунке 1 показан пример характерной кривой добавления стандарта. Начальная концентрация образца рассчитывается на основе измеренной разности потенциалов, которая зависит от приращения добавленного объема. Первая точка измерения (красная) соответствует измеренному потенциалу раствора образца, тогда как последующие (зеленые) соответствуют измеренному потенциалу после каждого добавления стандартного раствора.
Обычно в этом методе добавляются фиксированные объемы стандартного раствора. В целях экономии времени этот метод добавок часто используется при контроле качества продукции с определенной концентрацией элементов. Современные устройства используют неизменную разность потенциалов и добавляют различные объемы стандартного раствора до тех пор, пока разница не будет достигнута. Это полезно для продуктов с колеблющейся или непостоянной концентрацией элементов. В Таблице 1 сравниваются два разных типа метода добавок.
Таблица 1. Добавление стандартного раствора фиксированным объемом или неизменной разностью потенциалов.
| Шаг | Фиксированный объем | Неизменная разность потенциалов |
|---|---|---|
| 1 | Добавьте раствор образца в химический стакан. | |
| 2 | Добавьте ISA/TISAB. | |
| 3 | Добавьте определенные объемы стандартного раствора с помощью бюретки или пипетки. |
Добавляйте стандартный раствор до получения определенной разности потенциалов с помощью бюретки. |
| 4 | Измерьте потенциал после добавления. | |
Согласно Таблице 2, стандартную концентрацию (cstd) для различных объемов бюретки (Vburet) необходимо выбирать в зависимости от концентрации пробы (csmpl), чтобы обеспечить наиболее точное выполнение метода. Таким образом, необходимо учитывать любое разбавление образца (например, разбавление TISAB).
Таблица 2. Рекомендуемое соотношение концентрации стандарта и концентрации образца в зависимости от выбранного объема бюретки.
| Vburet в мл | cstd : csmpl |
|---|---|
| 5 | 40 : 1 |
| 10 | 20 : 1 |
| 20 | 10 : 1 |
| 50 | 5 : 1 |
Мы рекомендуем использовать фиксированную разность потенциалов, так как она меньше подвержена ошибкам и дает более надежные результаты. Современные приборы Metrohm, такие как титратор OMNIS titrator, могут выполнять эти методы автоматически. Просто нажмите одну клавишу, и добавление вашего стандартного раствора будет контролироваться титратором автоматически. В том числе и расчет вашего результата будет выполняться итеративно самим устройством.
Довольно просто, неправда ли? Это решение уменьшит количество ошибок персонала и сэкономит время для более важных лабораторных задач.
Чек-лист: Добавление стандарта
Воспроизводимость результатов важна для всех, кто работает в лаборатории. Для достижения оптимальных результатов мы подготовили для вас контрольный список. Можете ли вы ответить на все эти вопросы ДА?
| Да / Нет | До измерения: |
|---|---|
| ( ) | Свежий ISE/TISAB добавлен к моему раствору образца. |
| ( ) | Количество добавлений не менее четырех. |
| ( ) | Добавленный объем не превышает 25% от объема пробы. Таким образом, нет риска ошибки разбавления. |
| ( ) | Определенная разность потенциалов составляет не менее 12 мВ на добавление. |
| ( ) | Между стандартным раствором и раствором образца нет разницы температур. |
| Да / Нет | Во время / после измерения: |
|---|---|
| ( ) | Общий объем добавленного стандарта находится в диапазоне от 10 до 90% объема бюретки. |
| ( ) | Раствор перемешивается при добавлении стандарта. |
| ( ) | В трубке нет пузырьков воздуха и блок дозирования герметичен. |
| ( ) | Измерение потенциала достигает стабильного значения потенциала между добавлениями. |
| ( ) | Полученный наклон приемлем. |
Прямое измерение
При прямом измерении ионоселективный электрод калибруется стандартными растворами измеряемого иона. А именно перед самим измерением ионов, аналогично калибровке стеклянного pH-электрода. После этого калибровку можно использовать для нескольких серий анализов.
Прочтите нашу предыдущую статью для получения дополнительной информации о калибровке pH.
При выполнении измерения ионов методом прямого определения следует учитывать следующие три момента:
- Состав калибровочных стандартов
Как правило, стандартные растворы должны иметь такой же фон ионов, что и раствор пробы. Следовательно, калибровочные стандарты должны состоять из определенной концентрации измеряемого иона, а также той же пропорции деионизированной воды к ISA/TISAB, которая впоследствии используется в самом определении. Если образец имеет высокий фон ионов, мы рекомендуем эмулировать его в стандартном растворе. Например, для измерения содержания фтора во фторированной поваренной соли рекомендуется добавлять в стандартные растворы особо чистый хлорид натрия, чтобы имитировать образец. - Диапазон концентраций калибровочных стандартов
Ожидаемая концентрация ионов в образце должна находиться где-то в середине диапазона концентраций стандартных растворов (Рис. 2). Следовательно, концентрации калибровочных стандартов следует выбирать таким образом, чтобы они покрывали ожидаемую концентрацию измеряемого иона в образце. - Последовательность калибровочных стандартов
Чтобы уменьшить влияние эффекта памяти, стандартные растворы следует измерять от самой низкой до самой высокой концентрации.
Чек-лист: Прямое измерение
Воспроизводимость результатов важна для всех, кто работает в лаборатории. Для достижения оптимальных результатов мы подготовили для вас чек-лист. Можете ли вы ответить на все эти вопросы ДА?
| Да / Нет | Перед измерением: |
|---|---|
| ( ) | Количество свежего ISA/TISAB одинаково для всех стандартов и для измерительного раствора. |
| ( ) | Я использовал(а) то же соотношение ISA/TISAB к образцу/стандарту плюс вода для измерения стандарта и образца. |
| ( ) | Диапазон калибровки в достаточной степени покрывает диапазон концентраций образца. |
| ( ) | Мои образцы и стандарты калибровки измеряются в идентичных условиях. |
| ( ) | В калибровочных стандартах состав матрицы воспроизведен настолько хорошо, насколько это возможно. |
| Да / Нет | Во время / после измерения: |
|---|---|
| ( ) | Я правильно кондиционировал(а) электрод между измерениями. |
| ( ) | Я измерил(а) стандарты в правильном / заданном порядке. |
| ( ) | Наклон калибровочной кривой корректен. |
Преимущества и недостатки: добавление стандарта или прямое измерение
Оба рассмотренных метода имеют свои преимущества и недостатки. Чтобы помочь вам решить, какой метод выбрать, плюсы и минусы перечислены в Таблице 3.
Таблица 3. Преимущества и недостатки метода добавления стандарта и прямого измерения.
| Добавление стандарта | Прямое измерение | |
|---|---|---|
| Преимущества |
|
|
Недостатки |
|
|
Итого
Выбор методы зависит от матрицы образцов, количества анализируемых образцов и диапазона концентраций образцов.
Прямое измерение предпочтительнее, если у вас:
- большой поток проб или
- известный образец простого состава
Добавление стандарта рекомендуется, если:
- вы проводите определения не так часто
- состав вашего образца неизвестен
Your knowledge take-aways
Overcoming difficulties in ion measurement: Tips for standard addition and direct measurement
Ion measurement can be conducted in several different ways, e.g., ion chromatography (IC), inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), or atom absorption spectroscopy (AAS). Each of these are well-established, widely used methods in analytical laboratories. However, the initial costs are relatively high. In contrast, ion measurement by the use of an ion-selective electrode (ISE) is a promising alternative to these costly techniques. This White Paper explains the challenges which may be encountered when applying standard addition or direct measurement, and how to overcome them in order for analysts to gain more confidence with this type of analysis.
