Sensorik/Aktorik

10.4.2 Glaselektroden
• Gläser: Silikatnetzwerk mit leicht beweglichen Alkaliatomen
• In dünner Oberflächenschicht (Quellschicht) Austausch in wässriger Lösung gegen Wasserstoffionen
innerhalb von 24 h
• jetzt als pH-Elektrode verwendbar, da Protonen in der Elektrolytlösung ein anderes elektrochemisches
Potential haben → Spannung
– ”
Alkalifehler“ durch Austausch der Glaskationen
– durch Zusammensetzung minimierbar
– auch selektiv gegen andere Kationen einstellbar
– Selektivität aber immer nur sehr schlecht → nur pH und Na-Elektrode
• Aufbau: Glaskörper trennt Meßlösung und Referenzlösung voneinander
– auf jeder Seite eine Quellschicht mit Potentialdifferenz ∆φ = RT/F ln(a H+ (Q)/a H+ (L))
– Arbeitselektrode taucht in Referenzlösung mit pH x ein
– Gesamtpotentialdifferenz: E = A + 0, 059(pH − pH x )
• Aufbewahrung in wässriger Lösung (Quellschichten)
• Kalibration vor Gebrauch (Medizin)
10.4.3 Homogene Festkörpermembran-Elektroden
• Einkristalle
• keine Potentialänderung bei Stromflüs
• Flourid-Elektrode LaF 3 : Elektrode zweiter Art, hochselektiv auf F −
10.4.4 Neutral Carrier-Membranelektroden
• neutrale Trägermoleküle, die in einer Polymermembran eingebettet sind, extrahieren Kationen
auf der Lösung in die Membran → ionenselektive Membran
• Weitertransport durch die organische Phase
• Membran muß biokompatibel sein und darf keine reaktiven Gruppen enthalten
→ PVC mit Weichmacher oder Silikongummi
• Potential der Meßkette setzt sich neben einigen Diffusionspotentialen vor allem zusammen aus:
– Membrangrenzflächenpotentiale (Donnanpotentiale)
– Diffusionspotential durch unterschiedliche Beweglichkeiten in der Membran
– daraus ergibt sich eine Spannung von E = E 0 M + s log a M mit s = RT/z M F · ln 10 ≈
60mV/z M
Einfluß von Störionen
• in der Lösung oft auch andere Ionensorten
• Querempfindlichkeit: Selektivitätskoeffizient K MS
• Werte zwischen 10 −10 bis zu Werten über 1
• Aktivität wird zu a = a M + ∑ s K Msa z M /z s
s
• Messung des Selektivitätskoeffizienten:
Methode der getrennten Lösungen: Messung der Spannung mit reinen Lösungen, d.h. ausschließlich
Meß- oder Störion
Methode der konstanten Störionenaktivität: Meßionenaktivität bei konstanter Störionenaktivität
schrittweise erhöht
– niedrige Konzentrationen: Nur das Störion bestimmend
– hohe Konzentrationen: Nur das Meßion bestimmend
– Bestimmung von K aus dem Schnittpunkt der beiden linearen Bereiche
• unteres Detektionslimit: Meßionenaktivität am Schnittpunkt
37