總離子強度調節緩衝溶液
總離子強度調節緩衝溶液(TISAB,Total Ionic Strength Adjustment Buffer)是一種用於保持溶液具有較高的離子強度的緩衝溶液。通常來說,這種溶液主要應用在電位分析法上,尤其是與離子選擇性電極有關的電位分析。由於在電位分析法中的電位值往往與被分析離子的活度(而不是濃度)的對數成線性關係,總離子強度調節緩衝溶液對於分析的準確度有著至關重要的意義。
組成
一般來說,總離子強度調節緩衝溶液除了具有穩定離子強度的作用之外,還常常會附帶地具有一些其它的功能,以更好地提高分析的準確度。因此,一般來說總離子強度調節緩衝溶液具有以下的一種或多種成分:
實例
總離子強度緩衝溶液最常見的應用,見於用氟離子選擇性電極對氟離子的電位法測定之中。氟離子選擇性電極由內參比電極(常用銀-氯化銀電極)、內充液(一定濃度的氟化鈉與氯化鈉混合溶液)與氟化鑭晶片(摻有氟化鈣和氟化銪,以提高導電性)組成。其中最核心的部件就是氟化鑭晶片(這種晶片很薄,又稱為晶體膜)。將電極插入到待測離子的溶液時,溶液中的離子會被晶片吸附。而且,由於晶體缺陷的存在,還會發生離子的交換,從而在晶體膜表面建立了雙電層結構,並產生膜電位:
表示膜電位, 為理想氣體常數, 為熱力學溫度, 為法拉第常數, 表示氟離子的活度。由膜電位產生的機理可見,有多種因素對氟離子濃度測定的準確度存在影響,包括總離子強度,pH,溶液中共存的其它離子等。為此,一種總離子強度緩衝溶液的配製方法如下:
將102克硝酸鉀、83克醋酸鈉、32克檸檬酸鉀(均為無水鹽)和14毫升冰醋酸混合,並加入600毫升去離子水溶解,溶液的pH應為5.0至5.5,如超出這一範圍應該以氫氧化鈉溶液或醋酸調節,調節完成後用去離子水稀釋至1升。
下面就其中各組分的作用作簡要說明:
- 硝酸鉀:用於穩定總的離子強度。由於儀器直接測得的是電位,電位與活度的對數成線性關係。而濃度等於活度除以活度係數,因此為了準確測定濃度就需要保持恆定的活度係數。通常來說,用電位法測定的水樣中的氟離子濃度在 以下,因此 的硝酸鉀溶液對於維持總離子強度是完全足夠的。
- 醋酸鈉-冰醋酸:緩衝對,用於維持溶液的pH,同時,醋酸鈉的存在對於維持離子強度也有一定作用。在氟離子選擇性電極中,保持pH恆定具有十分重要的意義。當pH過低時,氟離子將會與氫離子結合,形成HF分子或HF2−等無法被晶體膜檢測出來的物種,嚴重干擾檢測,而pH過高時,氫氧根離子也可能與晶體膜表面作用並產生相應的信號,如果pH很高,還可能使氟化鑭轉化為氫氧化鑭,同樣嚴重干擾檢測。
- 檸檬酸鉀:掩蔽劑。由於它與金屬離子形成的主要是螯合物,故能很好地掩蔽很多的金屬離子。在水樣中常常會存在可以與氟離子形成絡合物的干擾離子,如Fe(III),Al(III)等。這些離子的存在會使得溶液中自由存在的氟離子濃度降低。
參考文獻
- 李克安 (編). 电位分析法. 《分析化学教程》. 北京大學出版社. 2006年4月. ISBN 7-301-08146-4.