view in publisher's site

Limitations of Current Polarization for Lowering the Detection Limit of Potentiometric Polymeric Membrane Sensors

Ion fluxes across polymeric ion-selective membranes are a decisive parameter dictating the lower detection limit of potentiometric ion sensors. An applied current was earlier proposed to counteract such fluxes and reduce the detection limit to ultratrace levels. So far, however, the method has not been used in practical situations since the correct current amplitude requires prior knowledge of the sample composition. This paper explores the use of the stir effect to evaluate the optimal current by theory and experiments. It is shown that the traditionally used steady-state model assuming a uniform distribution of ion exchanger in the membrane, fixed with time, violates the electroneutrality condition. A modified steady-state model is introduced that allows for a concentration tilt of the ion exchanger and predicts that a stir effect can indeed be utilized to find the optimal current. Ideally, by choosing the optimal current and very long measurement times, the thermodynamic detection limit might be obtained. However, in practice the stir effect declines at low concentrations and the conditions are far from steady state. Therefore, the improvement of the lower detection limit achievable by galvanostatic control is only about 1 order of magnitude. A numerical finite-difference approximation is shown to trace the experimental potential responses of silver-selective electrodes well and to reproduce the stir effect adequately, even for different conditioning protocols. The stir effect is successfully used to improve the detection limit of electrodes with ill-optimized inner solutions; however, significant improvements beyond what is commonly feasible by chemical optimization does not seem to be easily achievable. The results indicate that with conventional membranes the possibility of improving the detection limit by current polarization is much more limited than assumed so far.

محدودیت‌های پولاریزاسیون فعلی برای کاهش حد تشخیص سنسورهای غشایی پلیمری پتانسیومتری

شار یونی در سراسر غشاهای یونی انتخابی پلیمری، پارامتر تعیین‌کننده‌ای است که حد تشخیص پایین‌تر سنسورهای یونی پتانسیومتری را دیکته می‌کند. یک جریان کاربردی پیش از این برای مقابله با چنین شارهایی و کاهش حد تشخیص برای سطوح فوق سریع پیشنهاد شده بود. با این حال، تا کنون این روش در موقعیت‌های عملی مورد استفاده قرار نگرفته است زیرا دامنه جریان صحیح نیاز به دانش قبلی از ترکیب نمونه دارد. این مقاله به بررسی استفاده از اثر همزدن برای ارزیابی جریان بهینه توسط تئوری و آزمایش‌ها می‌پردازد. نشان‌داده شده‌است که مدل حالت پایدار مورد استفاده سنتی با فرض توزیع یکنواخت مبدل یونی در غشا، ثابت با زمان، شرایط الکترونیک بودن را نقض می‌کند. یک مدل حالت پایدار اصلاح‌شده معرفی شده‌است که امکان انحراف غلظت مبدل یونی را فراهم می‌کند و پیش‌بینی می‌کند که در واقع می توان از یک اثر همزدن برای یافتن جریان بهینه استفاده کرد. در حالت ایده‌آل، با انتخاب جریان بهینه و زمان‌های اندازه‌گیری بسیار طولانی، حد تشخیص ترمودینامیک بدست می‌آید. با این حال، در عمل، اثر همزدن در غلظت‌های پایین کاهش می‌یابد و شرایط دور از حالت پایدار هستند. بنابراین، بهبود حد تشخیص کم‌تر قابل‌دستیابی توسط کنترل گالوانواستاتیک تنها حدود یک مرتبه بزرگی است. تقریب اختلاف محدود عددی برای ردیابی پاسخ‌های پتانسیل تجربی الکترودهای نقره - انتخابی به خوبی و برای تولید مجدد اثر هم زدن به اندازه کافی، حتی برای پروتکل‌های شرطی مختلف نشان‌داده شده‌است. اثر همزدن با موفقیت برای بهبود حد تشخیص الکترودها با راه‌حل‌های داخلی بهینه نشده استفاده می‌شود؛ با این حال، پیشرفت‌های قابل‌توجهی فراتر از آنچه که معمولا توسط بهینه‌سازی شیمیایی امکان پذیر است، به نظر نمی‌رسد که به راحتی قابل‌دستیابی باشد. نتایج نشان می‌دهند که با غشاهای معمولی، امکان بهبود حد تشخیص با پلاریزاسیون جریان بسیار محدودتر از آنچه تا کنون فرض شده‌است، می‌باشد.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Analytical Chemistry
  • ترجمه مقاله Analytical Chemistry
  • مقاله شیمی تجزیه
  • ترجمه مقاله شیمی تجزیه
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.