10.6 : Potentiometrie: Membranelektroden

Membranelektroden, auch als p-Ionenelektroden bekannt, verwenden Membranen, die selektiv mit freien Analytionen interagieren und so eine Potentialdifferenz über die Membran erzeugen. Das resultierende Membranpotential, das als Asymmetriepotential bezeichnet wird, ist nicht Null, selbst wenn die Analytkonzentrationen auf beiden Seiten der Membran gleich sind. Die Reaktion der Membran ist normalerweise nicht selektiv auf einen einzelnen Analyten, sondern proportional zur Konzentration aller Ionen in der Probenlösung, die an den aktiven Stellen der Membran interagieren können. Der Selektivitätskoeffizient misst die relative Reaktion des Störstoffes gegenüber dem Analyten. Ein Wert unter 1,00 weist auf eine gute Selektivität für den Analyten hin. Diese Elektroden werden basierend auf dem in den Elektroden verwendeten Membranmaterial in Glas-, kristalline Festkörper-, Flüssigkeits- und Gassensorelektroden eingeteilt.

Die Glaselektroden haben Glasmembranen mit eingearbeiteten Metallionen. Beim Eintauchen in eine Lösung hydratisiert die Membran und bildet negativ geladene Stellen mit Natriumionen, die als Gegenionen dienen. Wasserstoffionen aus der Lösung diffundieren in die Membran, verdrängen Natriumionen und erzeugen bei niedrigem pH-Wert eine H^+-Selektivität. Diese Selektivität wird bei hohem pH-Wert auf andere Kationen ausgedehnt.

Festkörperelektroden verwenden selektiv durchlässige Membranen aus anorganischen Salzkristallen, um die Kationen oder Anionen des selektiv verwendeten Salzes zu messen.

Flüssigmembranelektroden ermöglichen eine schnelle und genaue Bestimmung der Ionenkonzentrationen. Diese Elektroden bestehen aus einer hydrophoben Membran mit selektiven organischen Komplexbildnern oder Ionenaustauschern, die selektiv auf bestimmte mehrwertige Kationen oder Anionen in der Lösung reagieren.

Gassensorelektroden bestimmen gelöste Gaskonzentrationen mithilfe gasdurchlässiger Membranen, die es dem Zielgas ermöglichen, in eine interne Elektrolytlösung zu diffundieren. Die anschließende chemische Reaktion zwischen dem Gas und dem Elektrolyt erzeugt eine Potentialdifferenz, die proportional zur Gaskonzentration in der externen Lösung ist.

Potentiometrische Biosensoren, einschließlich Enzymelektroden, werden durch Immobilisierung biologisch aktiver Spezies auf der Membranelektrode gebildet. Durch die Reaktion des Analyten mit dem Enzym entsteht ein Produkt, dessen Konzentration durch die ionenselektive Elektrode überwacht wird.