ขั้วไฟฟ้าใช้งาน
ขั้วไฟฟ้าใช้งานที่นิยมใช้ในการวิเคราะห์สำหรับเทคนิดโพเทนชิออเมทรี
คือ ขั้วไฟฟ้าแบบเจาะจงไอออน
1. ขั้วไฟฟ้าแบบเจาะจงไอออน (ion-selective
electrode)
ขั้วไฟฟ้าแบบเจาะจงไอออนเป็นขั้วไฟฟ้าแบบเยื่อเลือกผ่าน (membrane) ซึ่งมีความสามารถในการตอบสนองต่อไอออนที่สนใจศึกษา
ซึ่งประกอบด้วยเครื่องมือวัด (probe) ซึ่งมีความสามารถในการวัดไอออนที่จำเพาะและแก๊สที่อยู่ในรูปสารละลาย
ขั้วไฟฟ้าแบบเจาะจงไอออนสามารถให้ศักย์ซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของสารตัวอย่างที่สนใจ
ขั้วไฟฟ้าแบบเจาะจงไอออนที่นิยมใช้มากที่สุดคือขั้วไฟฟ้าพี-เอช (pH electrode)
ซึ่งประกอบด้วยเยื่อแก้วขนาดบางที่ตอบสนองต่อความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย
นอกจากนี้ไอออนอื่น ๆ เช่น ฟลูออไรด์ โบรไมด์ แคดเมียมและสารประกอบทองแดง และสารละลายของแก๊ส เช่น แอมโมเนีย คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์และออกซิเจน เป็นต้น สามารถตรวจวัดได้โดยการเลือกขั้วไฟฟ้าที่เหมาะสมขั้วไฟฟ้าแบบเจาะจงไอออน มีข้อดีสำหรับการวิเคราะห์ด้านสิ่งแวดล้อม เมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคอื่น เช่น อะตอมมิกแอพซอร์บชั่นสเปรกโตรสโครปี (Atomic Absorption Spectrometry; AAS) หรือไอออนโครมาโตกราฟี (Ion Chromatography; IC) คือ ใช้ง่าย ราคาถูก สามารถทำการวิเคราะห์ได้ถึงแม้สารละลายจะมีสีและไม่ถูกรบกวน โดยสารละลายรบกวนอื่น ๆ ในสารละลาย
ตัวอย่างของขั้วไฟฟ้าแบบเจาะจงไอออน
การที่ขั้วไฟฟ้าแบบเลือกไอออน สามารถเจาะจงกับไอออนชนิดใดนั้น ขึ้นอยู่กับชนิดของเยื่อ (membrane) ว่าประกอบด้วยอะไรบ้าง เช่น
- ขั้วไฟฟ้าเยื่อแก้ว จะตอบสนองต่อไอออนของไฮโดรเจนและจัดเป็นขั้วไฟฟ้าแบบเจาะจงไอออนชนิดแรก ซึ่งมีประโยชน์มากสำหรับการวัดค่าพี-เอชและไอออนของโลหะหมู่ 1 บางตัว
- ขั้วไฟฟ้าเยื่อสถานะของแข็ง (Solid state membrane electrode) เยื่อของขั้วไฟฟ้าชนิดนี้ประกอบด้วย เกลือที่มีค่าการละลายต่ำแต่สามารถนำไฟฟ้าได้ ขั้วไฟฟ้าชนิดนี้ใช้สำหรับวัดไอออนต่าง ๆ เช่น ฟลูออไรด์ โบรไมด์ แคดเมียม คลอไรด์และไอโอไดด์ เป็นต้น ข้อดีของขั้วไฟฟ้าเยื่อสถานะของแข็งคือใช้ง่าย และจำเพาะเจาะจงต่อไอออนที่สนใจจะวิเคราะห์
- ขั้วไฟฟ้าเยื่อแลกเปลี่ยนแก๊ส (gas sensing electrode) ขั้วไฟฟ้าชนิดนี้ถูกใช้สำหรับวิเคราะห์แก๊สที่อยู่ในรูปสารละลาย เช่น แอมโมเนีย คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์และสารละลายของออกซิเจน ซึ่งโมเลกุลของแก๊สจะแพร่ผ่านเยื่อและเข้าทำปฏิกิริยากับบัฟเฟอร์ทำให้ค่า pHของบัฟเฟอร์เปลี่ยนไป ค่า pH ที่เปลี่ยนไปนี้สามารถวัดได้โดยใช้ขั้วไฟฟ้าแก้วภายใน ขั้วไฟฟ้าชนิดนี้เป็นที่นิยมมากรองจากขั้วไฟฟ้าตรวจวัดชนิดเยื่อแก้ว
จากรูป แสดงขั้วไฟฟ้าชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนแก๊สซึ่งจุ่มอยู่ในสารละลายที่ต้องการตรวจวัด ซึ่งส่วนปลายของขั้วไฟฟ้าตรวจวัด จะมีเยื่อเลือกผ่านซึ่งการที่สารที่สนใจวิเคราะห์สามารถผ่านเยื่อเข้าไปได้ ทำให้สมดุลเปลี่ยนไป ทำให้มีศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้น ซึ่งสามารถตรวจวัดได้
-
ขั้วไฟฟ้าตรวจวัดเอนไซม์ (Enzyme electrode) ตัวอย่างเช่น
ขั้วไฟฟ้าตรวจวัดเอนไซม์ยูรีเอช (Urease electrode)
โดยทั่วไป ขั้วไฟฟ้าชนิดนี้ใช้สำหรับตรวจวัดค่าพี-เอช
ซึ่งขั้วไฟฟ้าถูกเคลือบด้วยเจลที่อิ่มตัวของเอนไซม์ยูรีเอส
ในกรณีเช่นนี้ยูเรีย (urea) จะสามารถซึมผ่านเจล
และเกิดเป็นแอมโมเนียม (ammonium;NH4+)
อันเป็นผลเนื่องมาจากเอนไซม์ในเจล
ทำให ค่า pH เปลี่ยนไป ซึ่งสามารถตรวจวัดได้
