Das Arbeiten Mit Ionenselektiven Elektroden: Eine Einführung Für Praktiker

ISBN-13: 9783642648274 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 299 str.

Karl Cammann; Helmuth Galster

Opis

Die Autoren haben fur die dritte Auflage ihres erfolgreichen Buches alle Kapitel uberarbeitet und dem neuesten Stand angepasst. Das Buch fuhrt praxisbezogen in das Arbeiten mit ionenselektiven Elektroden ein. Die Theorie wird nur soweit ausgefuhrt, wie es die praktische Anwendung und die Behebung von Storungen erfordert. Schwerpunkte des Buches bilden diejenigen Methoden, die speziell fur ionenselektive Elektroden ausgearbeitet, wiederentdeckt oder entsprechend dem analytischen Fortschritt weiterentwickelt wurden. Die Autoren geben ausserdem Anleitungen fur die Herstellung einiger Spezialelektroden im eigenen Labor.
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Spis treści

1 Grundlagen der Potentiometrie.- 1.1 Vorgänge an Elektroden.- 1.2 Die Nernst-Gleichung.- 1.3 Potentialbestimmende Ionen.- 1.4 Ionenselektive Elektrodenmaterialien.- 1.5 Klassifikation.- 1.6 Mischpotentiale.- 1.7 Der Selektivitätskoeffizient als quantitative Kennzeichnung der Elektrodenselektivität.- 1.8 Konzentration, Aktivität und Aktivitätskoeffizient.- 1.8.1 Ansetzen genauer Aktivitäts-Kalibrierlösungen.- 2 Elektrodenpotentialmessung.- 2.1 Bezugselektroden.- 2.2 Die Standardwasserstoffelektrode als primäre Bezugselektrode.- 2.2.1 Herstellung.- 2.2.2 Eigenschaften.- 2.2.3 Absoluter Temperaturkoeffizient, absolute Elektrodenspannung.- 2.3 Die Diffusionsspannung.- 2.3.1 Entstehung.- 2.3.2 Berechnung.- 2.3.3 Der Bezugselektrolyt.- 2.3.4 Konstruktion der Kontaktzone: Elektrolyt/Meßlösung.- 2.3.5 Gedächtnis- und Rühreffekt.- 2.3.6 Meßketten ohne Diffusionsspannung.- 2.4 Sekundäre Bezugselektroden.- 2.4.1 Silber/Silberchlorid.- 2.4.1.1 Herstellung.- 2.4.1.2 Eigenschaften.- 2.4.2 Thalliumamalgam/Thallium(I)-chlorid (Thalamid).- 2.4.2.1 Eigenschaften.- 2.4.3 Quecksilber/Quecksilber(I)-chlorid (Kalomel) und andere Bezugselektroden.- 2.4.4 Elektrolytbrücken oder Stromschlüssel.- 2.5 Umwelthinweise.- 3 Ionenselektive Elektroden.- 3.1 Gemeinsame Konstruktionsprinzipien.- 3.2 Festkörpermembran-Elektroden.- 3.2.1 Metallelektroden.- 3.2.1.1 Metallelektroden erster Art.- 3.2.1.2 Metallelektroden zweiter Art.- 3.2.1.3 Herstellung.- 3.2.1.4 Eigenschaften.- 3.2.1.5 Handhabung.- 3.2.2 Homogene Festkörpermembran-Elektroden für Ag+, Cd2+, Cu2+, Pb2+, S2-, F-, Cl-, Br-, I-, SCN-, CN--Ionen.- 3.2.2.1 Prinzip.- 3.2.2.2 Aufbau.- 3.2.2.3 Herstellung von Festkörpermembran-Elektroden auf Ag2S-Basis.- 3.2.2.4 Eigenschaften.- 3.2.2.5 Handhabung.- 3.2.2.6 Probenvorbereitung.- 3.2.3 Heterogene Festkörpermembran-Elektroden für Ag+, Cl-, Br-, I-, CN-, SCN-, Spionen.- 3.2.3.1 Aufbau.- 3.2.3.2 Herstellung.- 3.2.4 Glasmembran-Elektroden für Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, NH+4, NR+4, Ag+, Tl+-Ionen.- 3.2.4.1 Aufbau.- 3.2.4.2 Eigenschaften.- 3.2.4.3 Handhabung.- 3.2.4.4 Probenvorbereitung.- 3.3 Flüssigmembran-Elektroden.- 3.3.1 Ionenaustauscher für Ca2+, Me2+-Kationen und Cl-, ClO4-, NO3-, BF4--Anionen.- 3.3.2 Ionensolvensverbindungen.- 3.3.3 Aufbau.- 3.3.4 Herstellung von PVC-Membran-Elektroden.- 3.3.5 Eigenschaften.- 3.3.6 Handhabung.- 3.3.7 Selbstbau von Flüssigmembran-Elektroden.- 3.4 “Solid-state„-Elektroden mit elektroaktivem Überzug.- 3.4.1 Festkörpermembran-Überzugselektroden.- 3.4.2 Polymermembran-Überzugselektroden.- 3.5 Gas-Sensoren.- 3.5.1 Prinzip.- 3.5.2 Aufbau.- 3.5.3 Eigenschaften der gas-sensitiven Elektroden.- 3.5.4 Handhabung.- 3.5.5 Probenvorbereitung.- 3.6 Bio-Sensoren.- 3.6.1 Prinzip.- 3.6.2 Aufbau.- 3.6.3 Herstellung von Enzym-Elektroden.- 3.6.4 Eigenschaften von Bio-Sensoren.- 3.6.5 Probenvorbereitung bei Bio-Sensoren.- 4 Meßtechnik bei ionenselektiven Elektroden.- 4.1 Elektrisches Ersatzschaltbild einer Elektrodenmeßkette mit Überführung.- 4.2 Zur Messung der Spannung einer Elektrodenkette.- 4.3 Zur Auswahl eines Meßgerätes.- 4.4 Eigenschaften von Vorverstärkern.- 4.4.1 Auflösungsvermögen.- 4.4.2 Isolationsprobleme.- 4.4.3 Aufladungserscheinungen.- 4.4.4 Erdschleifen.- 4.4.5 Temperaturkompensation.- 5 Analysentechniken unter Benutzung ionenselektiver Elektroden.- 5.1 Das Kalibrierkurven-Verfahren.- 5.1.1 Bestimmung der Aktivität mittels einer Aktivitäts-Kalibrierkurve.- 5.1.2 Bestimmung der Konzentration mittels einer Konzentrations-Kalibrierkurve.- 5.1.3 Fehlerrechnung.- 5.2 Direkt-Anzeige über die pH- oder plon-Skala eines Meßgerätes.- 5.3 Titrationsverfahren zur Bestimmung der Konzentration eines Stoffes.- 5.3.1 Voraussetzungen.- 5.3.2 Titrationsfehler.- 5.3.3 Probenvorbereitung für Titrationen.- 5.3.4 Titrationen bis zu einem vorgegebenen Spannungswert.- 5.3.4.1 Titration auf der Basis einer Titrationskurve.- 5.3.4.2 Titration auf der Basis eines Konzentrationsketten-Aufbaus.- 5.3.5 “Chemisch linearisierte„ Titrationskurve (Ein-Punkt-Titration).- 5.3.6 Titrationen mit veränderlichem Titranden.- 5.4 Konzentrationsbestimmungen mit Hilfe einer Standard-Zugabe bei bekannter Elektrodensteilheit S.- 5.4.1 Messung der Spannungsänderung bei Zugabe einer Standardlösung zu der Probenlösung.- 5.4.2 Messung der Spannungsänderung bei Zugabe der Probenlösung zu einer Standardlösung.- 5.4.3 Fehlerrechnung.- 5.5 Konzentrationsbestimmung mit Hilfe einer Standard-Zugabe bei unbekannter Elektroden-Steilheit S.- 5.5.1 Methode der doppelten Standardzugabe.- 5.5.2 Methode der mehrfachen Standardzugabe.- 5.5.3 Methoden der Standardzugabe mit anschließender Verdünnung.- 5.6 Meßpraxis der Zumischmethode am Beispiel einer Natrium- und Kalium-Bestimmung von Blutserum.- 5.7 Konzentrationsbestimmungen mit Hilfe einer “mathematisch linearisierten„ Titrationskurve.- 5.7.1 Methode mit bekannter Elektrodensteilheit nach Gran.- 5.7.2 Extrapolation mit unbekannter Elektroden-Steilheit.- 5.8 Praxis der Extrapolationsmethode: Bestimmung von Chlorid im mg/kg-Bereich.- 5.8.1 Grundlage.- 5.8.2 Vorbereitende Arbeiten.- 5.8.3 Bestimmung des Blindwertes.- 5.8.4 Bestimmung des Chloridgehaltes der Probenlösung.- 5.9 Bestimmung einiger charakteristischer Elektrodenparameter.- 5.9.1 Bestimmung der Nachweisgrenze.- 5.9.2 Bestimmung des Selektivitätskoeffizienten.- 5.9.3 Bestimmung der Einstelldauer.- 6 Anwendungsbeispiele ionenselektiver Elektroden.- 6.1 Physiologie, Biologie, Medizin.- 6.1.1 Messungen in extrazellulären Flüssigkeiten.- 6.1.1.1 In-vitro-Messungen.- 6.1.1.1.1 Probenvorbereitung.- 6.1.1.1.2 Zur Meßelektrode.- 6.1.1.1.3 Zur Bezugselektrode.- 6.1.1.2 In-vivo-Messungen.- 6.1.2 Messung intrazellulärer Ionenaktivitäten.- 6.1.2.1 Herstellung von ionenselektiven Mikro-Elektroden.- 6.1.2.2 Abschirmleitung bei extrem hochohmigen Elektroden.- 6.1.2.3 Mikro-Bezugselektroden.- 6.2 Kontinuierliche Messungen in der Industrie und Umweltforschung.- 6.2.1 Durchflußmeßzellen.- 6.2.1.1 Erdungseinfluß.- 6.2.1.2 Temperatureinfluß.- 6.2.1.3 Analysentechniken bei Durchflußmessungen.- 6.2.1.4 Durchflußmessungen ohne Bezugselektroden.- 6.2.1.4.1 Direkt-Potentiometrie (Position A-C).- 6.2.1.4.2 Konzentrationsbestimmung durch Standardlösungs-Zugabe (Position A-B).- 6.2.1.4.3 Indirekte Konzentrationsbestimmung (Position B-C).- 6.2.1.4.4 Industrielle On-Line-Messung.- 6.2.2 Konzentrationsbestimmung über eine kontinuierliche Titration.- 6.3 Bestimmen von Gleichgewichtskonstanten.- 6.4 Messungen in nichtwäßrigen Lösungen.- 6.4.1 Meßelektrode.- 6.4.2 Bezugselektrode.- 6.4.3 Bestimmung von Ionenaktivitäten.- 6.4.4 Bestimmung von Ionenkonzentrationen.- 6.4.5 Bestimmung von Lösungsmittelanteilen.- 6.5 Fehler und Störungen beim Arbeiten mit ionenselektiven Elektroden.- Ausblick.- A.1 Thermodynamische und Aktivitätstabellen.- A.2 Tabellen zu Bezugselektroden.- A.3 Ioneneinsteller.- A.4 Ionenpuffer.- A.4.1 Kationenpuffer.- A.4.2 Anionenpuffer.- A.4.3 Gaspuffer.- A.5 Tabelle zum Auswerten der Analysentechnik 5.4.1.- A.6 Tabelle zum Auswerten der Analysentechnik 5.4.2.- A.7 Tabelle zum Auswerten der Analysentechnik 5.5.1.- A.8 Tabelle zum Auswerten der Analysentechnik 5.5.2.- A.9 Auswerttabelle für Standardzugabe+Verdünnung 1:1.- Literatur.- Verzeichnis der benutzten Symbole.

O autorze

Prof. Dr. Karl Cammann ist Lehrstuhlinhaber für Analytische Chemie und Leiter des Instituts für Chemo- und Biosensorik (ICB) an der Westfälischen Wilhelm-Universität Münster.