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離子選擇電極法ISE在線氟化物檢測(cè)儀的工作原理介紹

來(lái)源:上海玄天環(huán)??萍加邢薰?nbsp;  2025年07月21日 14:00  

離子選擇電極法(ISE)在線氟化物檢測(cè)儀的工作原理基于電化學(xué)傳感器對(duì)特定氟離子的選擇性響應(yīng),核心是通過(guò)測(cè)量電極電位差來(lái)間接計(jì)算水樣中氟離子(F?)的濃度,具體過(guò)程如下:

1. 核心電極組成

儀器的測(cè)量系統(tǒng)由兩支關(guān)鍵電極組成:


  • 氟離子選擇電極(指示電極):其敏感膜通常由氟化鑭(LaF?)單晶膜制成,膜內(nèi)含有固定濃度的氟離子。該膜對(duì)氟離子具有特異性識(shí)別能力,僅允許 F?通過(guò)并產(chǎn)生選擇性響應(yīng),而對(duì)其他離子(如 Cl?、SO?2?等)基本無(wú)響應(yīng)。

  • 參比電極:通常為甘汞電極或銀 - 氯化銀電極,其電位穩(wěn)定且已知,作為基準(zhǔn)電位,用于衡量指示電極的電位變化。


2. 電位差的產(chǎn)生

當(dāng)兩支電極共同浸入待測(cè)水樣時(shí),氟離子選擇電極的敏感膜(LaF?)與水樣界面會(huì)發(fā)生離子交換:膜內(nèi)的氟離子與水樣中的氟離子因濃度差產(chǎn)生擴(kuò)散,最終在膜兩側(cè)形成穩(wěn)定的相界電位(膜電位)。同時(shí),參比電極提供一個(gè)穩(wěn)定不變的基準(zhǔn)電位。此時(shí),兩支電極之間會(huì)形成一個(gè)可測(cè)量的電位差(電動(dòng)勢(shì)),該電位差僅與水樣中氟離子的活度(近似于濃度,稀溶液中活度≈濃度)相關(guān)。


3. 能斯特方程的應(yīng)用

電極間的電位差遵循能斯特方程,在 25℃時(shí),電位差 E 與氟離子活度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。通過(guò)預(yù)先用已知濃度的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)(建立“電位-濃度”校準(zhǔn)曲線),即可通過(guò)測(cè)量未知水樣的電位差,反推出氟離子濃度。


4. 干擾處理:TISAB的關(guān)鍵作用

水樣中存在的干擾因素(如 pH 值、離子強(qiáng)度、其他金屬離子)會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確性,因此需通過(guò)總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖劑(TISAB) 預(yù)處理:


  • 控制pH:氟離子選擇電極在 pH 5~8時(shí)響應(yīng)比較穩(wěn)定,TISAB(通常含乙酸 - 乙酸鈉緩沖對(duì))可將水樣pH穩(wěn)定在此范圍,避免OH?(高 pH 時(shí))與LaF?膜反應(yīng)釋放F?干擾測(cè)量。

  • 穩(wěn)定離子強(qiáng)度:TISAB中含高濃度惰性電解質(zhì)(如 NaCl),使水樣離子強(qiáng)度恒定,消除因離子強(qiáng)度差異導(dǎo)致的活度-濃度偏差。

  • 掩蔽干擾離子:TISAB中加入檸檬酸鈉等掩蔽劑,可與水樣中 Al3?、Fe3?等金屬離子絡(luò)合(它們會(huì)與 F?形成穩(wěn)定絡(luò)合物,降低游離 F?濃度),避免其對(duì)測(cè)量的干擾。


5. 在線監(jiān)測(cè)流程

在線氟化物檢測(cè)儀通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè),核心步驟包括:


  • 自動(dòng)取樣:水樣通過(guò)管路進(jìn)入儀器,經(jīng)過(guò)濾去除顆粒物(避免堵塞電極)。

  • 預(yù)處理:儀器自動(dòng)向水樣中加入定量TISAB,調(diào)節(jié)pH、離子強(qiáng)度并掩蔽干擾。

  • 電位測(cè)量:處理后的水樣流入測(cè)量池,氟離子選擇電極與參比電極在此形成穩(wěn)定電位差,儀器實(shí)時(shí)采集電位信號(hào)。

  • 濃度計(jì)算:根據(jù)預(yù)先校準(zhǔn)的 “電位 - 濃度” 曲線,將電位信號(hào)轉(zhuǎn)換為氟離子濃度,通過(guò)顯示屏實(shí)時(shí)顯示,并可通過(guò)數(shù)據(jù)接口(如 4G、RS485)傳輸至控制系統(tǒng)。


綜上所述,離子選擇電極法ISE在線氟化物檢測(cè)儀通過(guò)電極對(duì)氟離子的特異性響應(yīng)、TISAB的干擾控制,結(jié)合能斯特方程和自動(dòng)化流程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水中氟離子濃度的實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)。

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