10.6 : قياس الجهد: أقطاب الغشاء

تستخدم أقطاب الغشاء، المعروفة أيضًا باسم أقطاب p-ion، أغشية تتفاعل بشكل انتقائي مع أيونات المحلل الحرة، مما يؤدي إلى توليد فرق جهد عبر الغشاء. يُعرف جهد الغشاء الناتج باسم الجهد غير المتناظر، وهو ليس صفراً حتى عندما تكون تركيزات المحلل على جانبي الغشاء متساوية. لا تكون استجابة الغشاء انتقائية عادةً لمحلل واحد ولكنها تتناسب مع تركيز جميع الأيونات في محلول العينة القادرة على التفاعل في المواقع النشطة للغشاء. يقيس معامل الانتقائية الاستجابة النسبية للمسبب للتداخل على المحلل. تشير القيمة الأقل من 1.00 إلى انتقائية جيدة للمحلل. يتم تصنيف هذه الأقطاب إلى أقطاب زجاجية، وأقطاب صلبة بلورية، وأقطاب قائمة على السائل، وأقطاب استشعار الغاز بناءً على مادة الغشاء المستخدمة في الأقطاب.

تحتوي الأقطاب الزجاجية على أغشية زجاجية مع أيونات معدنية مدمجة. عند غمر الغشاء في محلول، يتم ترطيبه، مكونًا مواقع مشحونة سلبًا مع أيونات الصوديوم التي تعمل كأيونات مضادة. تنتشر أيونات الهيدروجين من المحلول في الغشاء، مما يحل محل أيونات الصوديوم وخلق انتقائية H^+ عند مستويات pH منخفضة. تمتد هذه الانتقائية إلى كاتيونات أخرى عند مستويات pH عالية.

تستخدم أقطاب الحالة الصلبة أغشية نفاذة انتقائيًا تتكون من بلورات ملح غير عضوية لقياس كاتيونات أو أنيونات الملح المستخدمة بشكل انتقائي.

توفر أقطاب الغشاء السائل تقييمات سريعة ودقيقة لتركيزات الأيونات. تتكون هذه الأقطاب من غشاء كاره للماء مع عوامل معقدة عضوية انتقائية أو مبادلات أيونية انتقائية لكاتيونات أو أنيونات متعددة التكافؤ معينة في المحلول.

تحدد أقطاب استشعار الغاز تركيزات الغاز المذاب باستخدام أغشية نفاذة للغاز تسمح للغاز المستهدف بالانتشار في محلول إلكتروليت داخلي. إن التفاعل الكيميائي اللاحق بين الغاز والإلكتروليت يولد فرق جهد يتناسب مع تركيز الغاز في المحلول الخارجي.

يتم تشكيل أجهزة الاستشعار الحيوية الجهدية، بما في ذلك أقطاب الإنزيم، عن طريق تثبيت الأنواع النشطة بيولوجيًا على قطب الغشاء. ينتج عن تفاعل المحلل مع الإنزيم منتج يتم مراقبة تركيزه بواسطة القطب الانتقائي للأيونات.