Tài liệu Giới thiệu các đầu dò điện hóa doc

¢ Neu 2 dién cuc hai bén mang được giữ không đồi thường dùng điện cực so sanh thi SDB cho biết thê của màng tại các nông độ khác nhau —› cơ sở của điện cwc chon loc ion ISE... Hệ số chọ

CHUONG 6

GIỚI THIỆU

CÁC ĐÀU DÒ ĐIỆN HÓA

Lĩnh vực ứng dụng

Phân tích (các pp điện hóa — cực phổ, quét thê, .;

các pp phô nghiệm, sac ky (detector) .) Môi trường

Y sinh

Vật liệu Giao thông vận tải, các ngành công nghiệp,

Nông nghiệp, nuôi trồng thủy hal sản,

Dien cuc chon loc ion (lon-Selective - ISE)

Practical Reference Electrodes

— Au

— PI

—C: graphite, glassy C

=

- Các loại màng thủy tinh

- Tinh thé , trang thai ran

- Mang long

Cho biết nông độ các chất trong môi trường

thông qua biên thiên thê đ/c (SĐĐ)

ISE

¢ Cho phep ion qua mang khong như nhau ở hai phía

¢ Ngan can mot loai ion

¢ Neu 2 dién cuc hai bén mang được giữ không đồi (thường

dùng điện cực so sanh) thi SDB

cho biết thê của màng tại các nông độ khác nhau —› cơ sở

của điện cwc chon loc ion (ISE)

ĐIỆN CỰC CHỌN LOC ION (ISE)

Điện cực trao đổi ion

_ N N

Outer reservoir and membrane

Phân loại ISE chủ yêu dựa trên loại màng:

: đơn tinh thê hoặc đĩa nén ép vật liệu

hữu cơ có chứa các ptử ionogen hòa tan (các chât hữu cơ ky b nước chứa nhóm phức của ion cân phân tích)

: : trước đây chỉ dùng cho H*, nay phat trién nhiêu loại thủy tinh, td cho phân tích Na+

Hệ số chọn lọc K4 x

— Xác định mức độ chọn lọc của điện cực IS đối với chất

cần phân tích (A) so với các chất cần trở (X) = Chất cản trở cũng gây ra tín hiệu đáp ứng (thế) lên

điện cực (mà KHÔNG do chất cần phân tích)

-log a

Thí dụ về điện cực và các chất cản trở

— Đo thế của các dung dịch cần đo và tính hoạt độ F-

Thí dụ đ/c Florua (Fluoride Electrode):

E =constant - Ø x 0.05916 x log (đ, „„.a )

C, đ của ion Ca“! (mol)

Biên đôi thê của đ/c Ca?+ theo nông độ hoặc

hoạt độ của ion Ca?! trong dd CaC1, tinh khiết

Thin glass

membrane

Cremer in 1906

trao đổi do Na: chiếm

DD bên ngoài

(an, — ?)

Mặt cắt ngang thủy tinh: mỗi

nguyên tử Si còn nối thêm với một nguyên tử O ở phía trên hoặc phía

dưới mặt này

Phương trình Nernst cho điện cực đo pH

(chỉ tính cho bpử đo pH, không xét đ/c so sánh)

Hằng số “constant” và hệ số hiệu chỉnh được xác định

bằng cách định chuẩn trong những dd có cùng lực ion

Như vậy thể điện cực chỉ phụ thuộc vào hoạt độ ion H: của

dd bên ngoài

Lưu ý: Thế điện cực luôn luôn liên hệ với HOẠT ĐỘ, cho dù

ta vẫn thường dùng nồng độ để dễ dàng tính toán

Là hằng số với phản ting — mot

1 Sai số do đệm pH không chính xác: cân, pha loãng

2 Thế tiếp xúc lỗng do cầu muối và do hiệu thế tiếp xúc khi màng xốp bị

3 Sai số Natri: gặp khi đo nồng độ Na: cao — natri co thể tải điện tích qua

màng thủy tỉnh

=

4 Sai số acid: acid mạnh có thể làm bão hòa hoặc nhiễm bẩn màng thủy

tinh bởi ion H:

5 Màng điện cực bị khô = điện cực bị hỏng b

6 Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt độ, do đó tốt nhất là đo các dd ở

cùng †° không đổi

7 Bazơ mạnh: các dd bazơ mạnh (pH > 12) hòa tan màng thủy tinh!

Sai số kiêm và acid của

một sô đ/c thủy tinh:

A, B, Orel Corning (H,50,, HCI, Na*)

D, F — Beckman

E — Black dot; G - Ross

0.5 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

pH

Đ/c thủy tỉnh cho các ion khác

Thường thêm B,O, hay Al,O, và nhiêu phụ gia khác

Td: đo Nar: 11% Na;O + 18% A,,O, + 71% SIO, ;

do NH,+ : 27% Na,O + 4% Al,O., + 69% SiO

Aluminosilicat tạo những tâm AIOSIO- với trường tĩnh điện yêu hơn, ưu đãi cation hơn proton

Đề giảm ảnh hưởng của proton nên sử dụng cho môi

trường pH >5

Cơ chê hoạt động phức tạp, bao gồm các giai đoạn:

- Trao đồi ion trên bê mặt

- khuếch tán ion

To potentiometer

Silver-silver chloride electrode

TSFET Một “kiểu đ/c pH mới”

TSFET : ion-selective field-

NH, Selectve Membrane _

Chuỗi đầu dò phan tich cac dich mau, nuéc tiéu, kh

CaCl,

D/c Ag/AgCl

Màng xốp ky nước tầm chất lỏng trao đổi ion

Chất mang Dung môi lon nhiéu

cIO,-, 1-, clO.3 Br-, HS-, CN-

Tris(subs 1,10- ohenanthroline Fe(II}

Glucose bi oxyhoa boi Fe(III) trong FCAT

FC A* được tái sinh trên điện cực trong đ/k oxyhóa (GOX)

Biochip - DNA

Sandwich

nternal Reference Electrode

Một vài đ/cực enzyme thông dụng

Cholestero! Cholesterol! oxidase Q, | Amperometric

Creatinine Creatinase NH; Potentiometric gas sensing Lactate Lactate dehydrogenase NADH Amperometric

Lactate oxidase H,O, Amperometric

Penicillin Penicillinase H Potentiometrnc

Phenol Tyrosinase Quinone Amperometric

Salicylate Salicylate hydroxylase CO; — Potentiometric gas sensing Uric acid Uricase CO, — Potentiometric gas sensing

Phát hiện DNA của khuẩn E-coli = dau dd cinh học lai hóa

L Ỉ

0.4 -0.2 Potential (V)

Cua Ma ng) hình chữ O + l3 — bicarbonat yếu

7 P v ` an eA Khoang Mang d/c thuy

HC nãy ty k trồng đệm tính

thuận với nồng độ khi

MỘT SỐ LOẠI ĐẦU DÒ KHÍ

Y DAU DO KHi OXY HOA TAN

Y DAU DO KHi OXY

Y DAU DO MOT SO LOAI KHÍ ĐỘC

Thí dụ về ững dụng của đầu dò khí oxy

Loại đầu dò khí oxy sử dụng chất điện phân rắn được sử dụng rất nhiều trong động cơ xe ôtô để

điều khiển tỉ lệ đốt của nhiên liệu và không khí

Để điều khiển hỗn hợp khí đốt ở một tỉ lệ hợp lý nhất ngườ ta sẽ thiết kế gắn một đầu dò oxy trong

ống xả khí thải của động cơ xe Từ tín hiệu của

đầu dò một bộ phận điều khiển sẽ thay đổi tỉ lệ

hỗn hợp khí đốt hợp lý nhất

Đầu dò một số loại khí độc

Được phát triển rất nhiều trong những năm gần đây và có vai trò rất quan trọng trong việc kiểm soát hàm lượng các khí độc gây nguy hiểm cho

môi trường và con người

Loại đầu dò này sẽ thay thế cho các phương pháp phân tích hóa học đòi hỏi nhiều thời gian và khá

phức tạp

Thời gian đâu: đầu dò khí ở dạng là điện

cực làm việc (còn gọi là d/cuc cam biến) và điện cực đối

: khí khuếch tán qua màng chọn

lọc đến điện cực cảm biến, tại đây khí phản ứng và tạo ra một số ion

lon di chuyển đến điện cực đối, trong khi electron

sẽ di chuyển đến điện cực đối thông qua mạch

ngoài

Dòng điện được tạo thành tỷ lệ với nồng độ khí cần

phân tích

Cấu trúc dau dò 2 điện cực

Working: 2CO + 2HaU + 2CO› + 4H” + 4e

Counter: 4H” + 4e + 2O; +- 2H¿Ô0

Nhược điểm đầu dò 2 đ/cực và cách

-_ Giữ cho thế của điện cực làm việc không đổi (cho

phép thế của điện cực đối có thể thay đổi)

-_ Có thể xác định khí ở nồng độ lớn hơn

Tại điện cực làm việc : xảy

ra p/ứng oxy hoá (CO, H,S,

NO, NH;, SO;, ) hay phản

ứng khử ( như NO,, CI.)

Target Gas Equilibrium Process Sensing Electrode

CO, CO, +H,O = HCO; +H! Ht, CO;

NO; 2NO, +H,0 = NO; +NO; + 2H" H

SO; SO, +H,0 = HSO; + H* H

Phan ứng và vật liệu làm điện cực đổi với

H„S + 3H,O -> SO,- + 8H: + 8e:

Cl, + 2e -> 2Cl

All dimensions in millimetres (+ 0.1mm)

PATENT PENDING Sensing Area

re, / Do Not Cover | | +

7

All dimensions in millimetres (+ 0.1mm)

Counter Reference Working All dimensions in millimetres (+ 0.1mm)

: xác định hàm lượng các khí thải từ nhà máy hay ô nhiễm khí trong môi trường không khi

: xác định hàm lượng khí hòa tan trong máu để chuẩn

đoán bệnh

= Theo dõi hàm lượng khí thải từ cây trồng theo từng giai

đoạn để biết được quá trình trao đổi chất của cây ở mức

độ nào —› điều chỉnh các điều kiện hợp lý để quá trình

trao đổi chất diển ra tốt nhất `

Theo dõi môi trường nuôi trông thủy hải sản: hàm lượng oxy

hòa tan, ion (nước lợ), ô nhiễm,

Biểu đồ các loại đầu dò khí

Biểu đồ tổng giá trị các loại đầu dò

LI Thuận từ (Paramagnetic)

W@ Chat điện phân rắn

(Solid Electrolytic)

yy? ° > ° „ ° ^ `

Tổng giá trị các loại đầu dò

End of the Chapter