Umgang mit einer ionenselektiven Elektrode und Bestimmung charakteristischer Elektrodenparameter

Inhaltsverzeichnis

1.  Aufgabenstellung  3

2.  Theoretische Grundlagen  3

2.1  Ionic Strength Adjuster  3

2.2  Ionenselektive Elektroden  3

2.3  Referenzelektrode  3

2.4  ISE aus Flüssigmembran  4

2.5  Nachweisgrene c N  4

2.6  Nernst Gleichung  5

3.  Verwendete Geräte  5

4.  Verwendete Chemikalien  5

5.  Versuchsdurchführung Messwerte und Auswertung  6

5.1  A1 Wechsel des Brückenelektrolyts  6

5.1.1  Versuchsdurchführung  6

5.2  A2 Konditionierung  6

5.3  B Messung Kalibrierung (jeder)  6

5.3.1  Versuchsdurchführung  6

5.3.2  Messwerte  7

5.3.3  Auswertung  8

5.3.3.1  Bestimmung der Nachweisgrenze c N mit Hilfe der Asymptote  9

5.3.3.2  Bestimmung der Nachweisgrenze durch Schnittpunkt der beiden  

  Schmiegungsgeraden  10

5.3.3.3  Steilheit  11

5.3.3.4  Fehlerrechung:  12

5.3.4  Diskussion  13

5.4  C Messung der Nulllösung (jeder)  13

5.4.1  Versuchsdurchführung  13

5.4.2  Messwerte  14

5.4.3  Auswertung  14

5.4.4  Diskussion  14

5.5  D Messung Kalibrierkurve des Störions (jeder)  14

5.5.1  Versuchsdurchführung  14

5.5.2  Messwerte  15

5.5.3  Auswertung  16

5.5.3.1  Bestimmung des Selektivitätskoeffizenten k -MS  16

5.5.4  Diskussion  18

6.  Literatur  18

2  NA  

1. Aufgabenstellung

Anhand dieses Versuches soll der korrekte Umgang mit einer IS – Elektrode geübt werden sowie das Ansetzen von Lösungen und Verdünnungsreihen. Darüber hinaus sollen die Elektrode hinsichtlich ihrer Genauigkeit, Präzision, Alterung und ihrer Interferenzen beurteilt werden.

2. Theoretische Grundlagen

2.1 Ionic – Strength – Adjuster

Eine Adjustier-Lösung ist eine Lösung hoher Ionenstärke, die zu Proben oder Standardlösungen zugegeben wird. ISA-Lösungen minimieren die Unterschiede der Ionenstärke verschiedener Lösungen, indem durch ihre Zugabe eine gleiche Ionenstärke in allen Lösungen eingestellt wird. Dadurch werden die Aktivitätskoeffizienten des zu bestimmenden Ions etwa gleich groß.

Die Ionenstärke I einer Lösung ist ein Maß für die Konzentration der Ionen in einer Lösung. Diese wird wie folgt berechnet:

n: Anzahl der Ionenarten

c: molare Konzentration der jeweiligen Ionenart z: Ladung (Wertigkeit) des einzelnen Ions

2.2 Ionenselektive Elektroden

Ionenselektive (ionensensitive) Elektroden ähneln im Aufbau einer Glaselektrode, die zur Messung des pH – Wertes verwendet wird. Die ionenselektive Elektrode besteht aus einer Feststoff – oder einer Flüssigmembranelektrode. Sie ist eine Halbzelle und ihr Potential hängt von der Aktivität eines bestimmten Ions – in diesem Versuch von der Aktivität des Kaliumions – ab.

Das Potential einer ionensensitiven Elektrode beruht – wie auch bei der Glaselektrode – auf ein Grenzschichtpotential. Dieses bildet sich an einer Membran, die Bezugslösung und Probelösung von einander trennt, aus.

2.3 Referenzelektrode

Wird auch als Bezugselektrode bezeichnet. Die Referenzelektrode besitzt ein konstantes Gleichgewichtspotential, das sich schnell und reproduzierbar einstellt. Diese Elektrode wird als Bezugspunkt für die Messungen von relativen Potentialen anderer Elektroden eingesetzt. Für eine große Variation der Einsatzbedingungen muss die Referenzelektrode ein stabiles und reproduzierbares Potential besitzen. Außerdem darf es zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode zu keiner Wechselwirkung kommen. Der Analyt darf sich durch die Elektrolytlösung der Referenzelektrode nicht ändern.

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2.4 ISE aus Flüssigmembran

Bei diesem Versuch verwenden wir zur Messung der Kaliumkationen eine ionenselektive Elektrode mit einer Flüssigmembran. Diese bestehen meist aus weichgemachtem PVC in dem eine geringe Konzentration die ionenselektive Komponente (Ligand) gelöst ist. Der PVC dient hierbei als Matrix und der Weichmacher dient als Lösungsmittels. Man unterscheidet zwischen verschiedenen Flüssigmembranen mit:

Ionenaustauschzentren

neutrale Liganden elektrisch geladenen Liganden

Für unseren Versuch wird eine Flüssigmembran verwendet, die mit neutralen Liganden ausgestattet ist. Liganden können natürliche Antibiotika oder künstlich hergestellte Moleküle sein. Für die meisten Kationen der Alkali-und Erdalkalimetalle sind solche Liganden bereits entwickelt worden, so auch für K+ (siehe Tabelle 1)

(Tabelle 1)

2.5 Nachweisgrene c N

Die Nachweisgrenze liegt bei einer Konzentration, die mit einer bestimmten Sicherheit bestätigt werden kann. Diese Grenze kann graphisch durch das Anlegen zweier Schmiegungsgeraden (Asymptoten) ermittelt werden.

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2.6 Nernst Gleichung

Den Zusammenhang zwischen Elektrodenpotential und Konzentrationen erhalten wir dann

aus der Nernst-Gleichung.

Wobei R die allgemeine Gaskonstante (8,314J/(Kmol)), T die absolute Temperatur (in

Kelvin), z die Anzahl der übertragenen Elektroden, F die Faradaykonstante (96500 C/mol)

und a die Aktivität der Teilchen (mol/l) bezeichnet.

Durch einsetzen der Konstanten und der Temperatur von 25°C =298 K erhält man:

° ) ( ox c U

U

Anhand dieser Gleichung erkennt man, dass die Spannung logaritmisch von der

Konzentration der Ionen abhängt und sich bei der Änderung der Konzentration um eine

Dekade die Spannung bei 25°C um -59mV ändert.

3. Verwendete Geräte

Elektrode: Bezugselektrode ( Silber-/Silberchloridelektrode oder Kalomelektrode

Ionenselektive Elektrode: Kaliumelektrode

Potentiometer: Knick 765

Bechergläser: 50 mL

Messkolben: 100 mL

Pipetten: Voll - , Pasteurpipetten mit fein ausgezogener Spitze

Magnetrührer

4. Verwendete Chemikalien

Brückenelektrodlyt: 0,9 mol/L Al 2 (SO 4 ) 3

Konditionierlösung: 0,01 mol/L K +

Kalibrierlösung: KCl

Ionic – Strength – Adjuster (ISA) – Lösung: 0,9 mol/L Al 2 (SO 4 ) 3

Störionlösung: NaCl

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