Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The history of the glass electrode

Kaden H.

Chemia Analityczna

|

2009

|

Vol. 54, No. 6

1089-1108

EN

The paper presents the development of the knowledge on the electrical properties of glass starting from the early achievements in XVII century. In the controversial question who has invented the glass electrode four names are mentioned: Lord Kelvin, Cremer, Haber and Klemensiewicz. The paper discusses also shortly the theory of glass electrode functioning, the stages of its development and the problems of glass composition. Finally, the aspects of commercialization and future perspectives are mentioned.

PL

Praca przedstawia rozwój wiedzy w zakresie właściwości elektrycznych szkła poczynając od najwcześniejszych osiągnięć w XVII wieku. Wskazano również na wątpliwości dotyczące nazwiska wynalazcy elektrody szklanej. Jako osoby związane z wynalazkiem wymienia się Lorda Kelvina, Cremera, Habera i Klemensiewicza. W pracy omówiono teorie działania elektrody, kolejne etapy jej rozwoju i problemy związane z doborem optymalnego rodzaju szkła. W zakończeniu wskazano na aspekty komercjalizacji elektrod i perspektywy dalszego ich rozwoju.

2

The glass electrode 100th anniversary, 25 years of understanding how it functions

Baucke F. G. K.

Chemia Analityczna

|

2009

|

Vol. 54, No. 6

1109-1120

EN

The glass electrode differs from metal-metal ion and redox electrodes in that the potential difference is Conned between two electrolytes, a solid (glass) and a liquid electrolyte (electrolyte solution). Extending the two-phase system by further appropriate electrolytic phases results in an applicable galvanic cell with metal terminals. The interesting question, however, is the mechanism by which the potential difference between glass membrane and solution is formed. Although the glass electrode was extensively applied during the first 75 to 80 years after its invention in 1909, the mechanism of potential formation remained obscured. It was tried to explain the functioning by hypotheses, inter alia on thermody-namic arguments (e.g. Ion exchange theory), which, however, cannot explain the mechanism This situation was caused because of the lack of sufficiently sensitive and depth-resolving analytical methods. The situation changed only in the seventies when e.g. IBSCA (Ion Bombardment for Spectrochemical Analysis) and NRA (Nuclear Reaction Analysis) combined with other analytical methods were introduced as tools for the investigation of glass surfaces at SCHOTT AG. It became then obvious that an equilibrium between glass surface groups and ions of the solution (dissociation mechanism) caused a negative potential of the glass membrane and the solution-dependent potential difference between glass and solution. The thermodynamic treatment of the mechanistic equations yielded further informations on the equilibrium: The sub-Nernstian response was explained, the electromotive efficiency (Bales) yielded insights into the equilibrium, the physicochemical state of the glass surface became obvious, the linearity of the electrode response could be shown, and the relationship between pH (and pM) and the anionie surface groups was elucidated. An additional verification of the dissociation mechanism was given. Although large parts of this material have been reported earlier, the informations will be summarised in this paper in order to give an overview for those scientists, who are still tempted to think of the functioning of glass electrodes in thermodynamic terms of the old ion exchange theory.

PL

Elektroda szklana tym różni się od elektrod metal-jon metalu lub redoks, że różnica potencjału powstaje między dwoma elektrolitami, stałym (szkło) i ciekłym (roztwór elektrolitu). Rozszerzając układ dwufazowy o odpowiednie fazy elektrolityczne otrzymuje się ogniwo galwaniczne z dwiema metalowymi końcówkami. Interesującą sprawą jest mechanizm odpowiedzialny za powstanie różnicy potencjałów między szklaną membraną a roztworem. Mimo. że elektroda szklana była powszechnie stosowana, przez pierwsze 75-80 lat po jej wynalezieniu w 1909 roku. mechanizm powstawania potencjału był nieznany. Usiłowano wyjaśnić funkcjonowanie electrody za pomocąhipotezy opartej na założeniach termodynamicznych (np. teorii wymiany jonowej), które jednak nie mogły opisać mechanizmu działania. Wynikało to z braku metod analitycznych wystarczająco czułych i o dostatecznej rozdzielczości. Uległo to zmianie w latach siedemdziesiątych XX w. gdy wraz z innymi technikami analitycznymi zostały wprowadzone w zakładach Schott ACi metody IBSCA (Analiza spektrochemiczna poprzedzona bombardowaniem jonowym) i NRA (Analiza z wykorzystaniem reakcji jądrowej) pozwalające na badanie powierzchni szkła. Stało się oczywiste, że równowaga między grupami na powierzchni szkła a jonami w roztworze (mechanizm dysocjacyjny) powoduje ujemny potencjał membrany szklanej i zależnąod roztworu różnicę potencjału między szkłem a roztworem. Dalszych informacji dostarczyła termodynamiczna interpretacja mechanistycznych równań. Sub-Nernstowskie zachowania zostały wyjaśnione, wydajność elektromotoryczna (Bates) dała wgląd w równowagę, fizykochemiczny stan powierzchni szkła został potwierdzony, możliwe stało się wykazanie liniowości wskazań elektrody i zależności między pH (oraz pM) a grupami anionowymi na powierzchni. Uzyskano dodatkowe potw ierdzenie mechanizmu dysoc jacyjnego. Choć duża część materiału była już publikowana przedstawione tu informacje są podsumowaniem dla tych, którzy wciąż rozumują o działaniu elektrody w kategoriach termodynamicznych dawnej teorii wymiany jonowej.

3

Long-term investigation of glass electrodes at higher temperatures

Vonau W., Berthold F., Jahn H., Guth U.

Chemia Analityczna

|

2009

|

Vol. 54, No. 6

1181-1192

4

Comparing the ISFET to the glass electrode: advantages, challenges and similarities

Lubbers B., Schober A.

Chemia Analityczna

|

2009

|

Vol. 54, No. 6

1121-1148

EN

In this review we compare the glass electrode to the ion-sensitive field-effect transistor (ISFET) with regard to the determination of pH. A brief overview of electrochemical methods to determine pH is given to put both devices in historical context. The "dissociation mechanism" is discussed as the most appropriate theoretical description of the phase boundary potential generation at the glass electrode. This model bears remarkable similarities to the "site-dissociation model"' which is presented for the charging mechanism at the ISFET/solution interface. It is concluded that the theories behind both devices primarily differ from each other by the charge balancing mechanism. From the discussion of the device properties it is inferred that the ISFET exhibits some advantages (e.g. size, robustness, response time) over the glass electrode, but also suffers from packaging challenges and a more complex temperature dependence. Nevertheless, with regard to application fields the glass electrode remains the undisputed gold standard. The ISFET is only slowly gaining ground in the market with special robust devices, e.g. for the food industry, as well as miniaturized systems in biomedical applications.

PL

Porównano właściwości elektrody szklanej i jonoczułego tranzystora polowego (ISFET) jako urządzeń do pomiaru pH. Omówiono w aspekcie historycznym elektrochemiczne metody oznaczania pl I. Przedyskutowano „mechanizm dysocjacyjny" jako najlepszy teoretyczny opis powstawania potencjału na granicy faz w elektrodzie szklanej. Ten model wykazuje znaczne podobieństwo do modelu dysocjacji centrów powierzchniowych, który jest stosowany do opisu mechanizmu powstawania ładunku elektrycznego na granicy ISFET -roztwór. Stwierdzono, że teorie będące podstawą obu układów różnią się mechanizmem rozkładu ładunku. Z dyskusji właściwości obu układów można wnioskować, że ISFET wykazuje pewne korzyści (np. wielkość, odporność na zakłócenia, czas odpowiedzi) w stosunku do elektrody szklanej, lecz jego minusem są wyzwania związane z upakowaniem struktur i bardziej złożone zależności od temperatury. Nie mniej w aspekcie zastosowań elektroda szklana wciąż pozostaje niewątpliwym układem odniesienia. ISFET stopniowo zyskuje swoją pozycję w układach wrażliwych na zakłócenia, np. w przemyśle spożywczym oraz w miniaturowych układach biomedycznych.

5

Pomiar wartości pH

Suchocki K.

Forum Eksploatatora

|

2004

|

Nr 1(14)

13-16