Un electrodo selectivo de iones ( ISE ), también conocido como electrodo de iones específicos ( SIE ), es un dispositivo potenciométrico simple basado en membrana que mide la actividad de los iones en solución. [1] Es un transductor (o sensor ) que convierte el cambio en la concentración de un ion específico disuelto en una solución en un potencial eléctrico . ISE es un tipo de dispositivo sensor que detecta cambios en la señal en función del entorno circundante a través del tiempo. Este dispositivo tendrá una señal de entrada, una propiedad que deseamos cuantificar, y una señal de salida, una cantidad que podemos registrar. En este caso, los electrodos selectivos de iones son sensores electroquímicos que dan señales potenciométricas. El voltaje depende teóricamente del logaritmo de la actividad iónica, según la ecuación de Nernst . El análisis con ISE se expande a lo largo de una gama de campos tecnológicos como la biología, la química, la ciencia ambiental y otros lugares de trabajo industriales como la agricultura. Los electrodos selectivos de iones se utilizan en química analítica e investigación bioquímica / biofísica , donde se requieren mediciones de concentración iónica en una solución acuosa . [2]
Hay cuatro tipos principales de membrana selectiva de iones que se utilizan en electrodos selectivos de iones (ISE): vidrio, estado sólido, base líquida y electrodo compuesto. [3] [4]
Las membranas de vidrio están hechas de un tipo de vidrio de intercambio iónico ( silicato o calcogenuro ). Este tipo de ISE tiene buena selectividad , pero solo para varios cationes con carga simple ; principalmente H + , Na + y Ag + . El vidrio calcogenuro también tiene selectividad para iones metálicos con doble carga, como Pb 2+ y Cd 2+ . La membrana de vidrio tiene una excelente durabilidad química y puede funcionar en medios muy agresivos. Un ejemplo muy común de este tipo de electrodo es el electrodo de vidrio de pH .
Las membranas cristalinas están hechas de monocristalitos o policristalitos de una sola sustancia. Tienen una buena selectividad, ya que solo los iones que pueden introducirse en la estructura cristalina pueden interferir con la respuesta del electrodo . Esta es la principal diferencia entre este tipo de electrodos y los electrodos de membrana de vidrio. La falta de solución interna reduce las uniones potenciales. La selectividad de las membranas cristalinas puede ser tanto para el catión como para el anión de la sustancia formadora de la membrana. Un ejemplo es el electrodo selectivo de fluoruro basado en cristales de LaF3 .
Las resinas de intercambio iónico se basan en membranas de polímeros orgánicos especiales que contienen una sustancia de intercambio iónico específica (resina). Este es el tipo más extendido de electrodos específicos para iones. El uso de resinas específicas permite la preparación de electrodos selectivos para decenas de iones diferentes, tanto de un solo átomo como de varios átomos. También son los electrodos más extendidos con selectividad aniónica. Sin embargo, estos electrodos tienen una durabilidad química y física baja, así como un "tiempo de supervivencia". Un ejemplo es el electrodo selectivo de potasio , basado en valinomicina como agente de intercambio iónico.
Los electrodos enzimáticos no son verdaderos electrodos selectivos de iones , pero se los suele considerar dentro del ámbito de los electrodos selectivos de iones. Un electrodo de este tipo tiene un mecanismo de "doble reacción": una enzima reacciona con una sustancia específica y el producto de esta reacción (normalmente H + u OH− ) es detectado por un verdadero electrodo selectivo de iones, como un electrodo selectivo de pH . Todas estas reacciones se producen dentro de una membrana especial, que cubre el verdadero electrodo selectivo de iones. Por eso, a veces se considera que los electrodos enzimáticos son selectivos de iones. Un ejemplo es el electrodo selectivo de glucosa .
Se han desarrollado electrodos específicos para cada ion de metal alcalino, Li + , Na + , K + , Rb + y Cs + . El principio en el que se basan estos electrodos es que el ion de metal alcalino está encapsulado en una cavidad molecular cuyo tamaño coincide con el tamaño del ion. Por ejemplo, un electrodo basado en valinomicina puede utilizarse para la determinación de la concentración de iones de potasio. [5]