ИОНОСЕЛЕКТИ́ВНЫЕ ЭЛЕКТРО́ДЫ

ИОНОСЕЛЕКТИ́ВНЫЕ ЭЛЕКТРО́ДЫ (ИСЭ), ана­ли­тич. уст­рой­ст­ва, по­зво­ляю­щие иден­ти­фи­ци­ро­вать кон­крет­ный тип ио­нов и даю­щие ин­фор­ма­цию об их ко­ли­че­ст­ве в ви­де элек­трич. сиг­на­ла – рав­но­вес­но­го элек­трод­но­го по­тен­циа­ла, ко­то­рый функ­цио­наль­но свя­зан с ак­тив­ностью (кон­цен­тра­ци­ей) оп­ре­де­ляе­мо­го ио­на в ана­ли­зи­руе­мом рас­тво­ре. ИСЭ яв­ля­ют­ся раз­но­вид­но­стью хи­ми­че­ских сен­со­ров. ИСЭ име­ют ма­лые га­ба­ри­ты, про­сты в экс­плуа­та­ции, пре­дос­тав­ля­ют воз­мож­ность не­пре­рыв­но­го из­ме­ре­ния кон­цен­тра­ции оп­ре­де­ляе­мых ио­нов и ав­то­ма­ти­зир. ис­поль­зо­ва­ния, мо­гут ра­бо­тать ав­то­ном­но.

ИСЭ снаб­же­ны ио­но­чув­ст­ви­тель­ной мем­бра­ной, от­де­ляю­щей стан­дарт­ный рас­твор, со­дер­жа­щий оп­ре­де­ляе­мые ионы, от ана­ли­зи­руе­мо­го рас­тво­ра. Мем­бра­на об­ла­да­ет ио­но­об­мен­ны­ми свой­ст­ва­ми, при­чём её про­ни­цае­мость для ио­нов раз­но­го ти­па раз­лич­на, что, как пра­ви­ло, по­зво­ля­ет осу­ще­ст­в­лять вы­со­ко­се­лек­тив­ные оп­ре­де­ле­ния. Раз­ли­ча­ют ИСЭ со стек­лян­ны­ми, твёр­ды­ми (на ос­но­ве мо­но- и по­ли­кри­стал­лич. ве­ществ) и жид­ки­ми (на ос­но­ве рас­тво­ров жид­ких ио­ни­тов или при­род­ных и син­те­тич. мак­ро­цик­лич. со­еди­не­ний) мем­бра­на­ми. Жид­кие мем­бра­ны удер­жи­ва­ют­ся с по­мо­щью по­рис­тых плё­нок.

Спо­соб­ность стек­лян­ной мем­бра­ны ре­а­ги­ро­вать за счёт ио­но­об­мен­ных свойств стек­ла на из­ме­не­ние кон­цен­тра­ции ио­нов во­до­ро­да бы­ла об­на­ру­же­на в нач. 20 в. Изу­чив это свой­ст­во, Ф. Га­бер скон­ст­руи­ро­вал в 1909 стек­лян­ный элек­трод, ко­то­рый при­ме­ня­ет­ся для оп­ре­де­ле­ния ио­нов во­до­ро­да ($\ce{pH}$ рас­тво­ра). Ио­но­об­мен­ная тео­рия стек­лян­но­го элек­тро­да раз­ра­бо­та­на в 1932–37 под рук. Б. П. Ни­коль­ско­го. Позд­нее на ос­но­ве стё­кол с из­ме­нён­ным хи­мич. со­ста­вом бы­ли со­з­да­ны элек­тро­ды, чув­ст­ви­тель­ные к ионам ка­лия, на­трия и ам­мо­ния. Мем­бра­ны из кри­стал­лич. ве­ществ, в т. ч. из мо­но­кри­стал­лич. фто­ри­да лан­та­на (чув­ст­ви­тель­ны к фто­рид-ио­нам) и из сме­си суль­фидов ме­ди и се­реб­ра (чув­ст­ви­тель­ны к ио­нам ме­ди), а так­же жид­кие мем­бра­ны, со­дер­жа­щие при­род­ные и син­те­тич. мак­ро­цик­лич. со­еди­не­ния (чув­ст­ви­тель­ны к ще­лоч­ным ме­тал­лам и не­ко­то­рым ор­га­нич. ка­тио­нам), по­лу­че­ны в нач. 1960-х гг.

В ис­сле­дуе­мом рас­тво­ре на по­верх­но­сти мем­бра­ны ус­та­нав­ли­ва­ет­ся элек­трич. по­тен­ци­ал (см. в ст. Мем­бран­ный по­тен­ци­ал), яв­ляю­щий­ся функ­ци­ей ак­тив­но­сти оп­ре­де­ляе­мо­го ио­на А и се­лек­тив­но­сти мем­бра­ны к ио­ну А в при­сут­ст­вии по­сто­рон­не­го ио­на В. Для галь­ва­нич. эле­мен­та, со­стоя­ще­го из ИСЭ и элек­тро­да срав­не­ния, эдс опи­сы­ва­ет­ся вы­ра­же­ни­ем: $$E=E_{\text{const}}+\frac{0,059}{z_{\text{A}}} \lg (a_{\text{A}}+K_{\text{A/B}} a_{\text{B}}^{z_{\text{A}}/z_{\text{B}}}) ,$$ где $a_{\text{A}}$ и $a_{\text{B}}$, $z_{\text{A}}$ и $z_{\text{B}}$ – ак­тив­но­сти и за­ря­ды оп­ре­де­ляе­мо­го и по­сто­рон­не­го ио­нов со­от­вет­ст­вен­но, $K_{\text{A/B}}$ – ко­эф. се­лек­тив­но­сти, $E_{\text{const}}$ учи­ты­ва­ет по­тен­ци­ал элек­тро­да срав­не­ния. По ве­ли­чи­не эдс рас­счи­ты­ва­ет­ся ак­тив­ность оп­ре­де­ляе­мо­го ио­на.

ИСЭ ис­поль­зу­ют в ио­но­мет­рии для ус­та­нов­ле­ния кон­цен­тра­ции разл. ио­нов, изу­че­ния хи­мич. рав­но­ве­сий, ав­то­ма­ти­зир. кон­тро­ля про­из­водств. про­цес­сов и объ­ек­тов ок­ру­жаю­щей сре­ды. Раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся се­лек­тив­ные ио­но­чув­ст­ви­тель­ные дат­чи­ки для оп­ре­де­ле­ния ор­га­нич. со­еди­не­ний, в ча­ст­но­сти ле­кар­ст­вен­ных пре­па­ра­тов, ком­по­нен­тов био­ло­гич. жид­ко­стей. Пер­спек­тив­но соз­да­ние мик­ро­элек­тро­дов для ра­бо­ты с очень ма­лы­ми объ­ё­ма­ми рас­тво­ров, напр. для внут­ри­кле­точ­ных из­ме­ре­ний. На­бо­ры ИСЭ с не­вы­со­кой се­лек­тив­но­стью, ра­бо­таю­щие в ре­жи­ме ней­рон­ных се­тей, ис­поль­зу­ют для рас­по­зна­ва­ния вку­са или за­па­ха разл. ве­ществ (т. н. элек­трон­ный нос и элек­трон­ный язык – см. в ст. Сен­со­ры хи­ми­че­ские).