199994. lajstromszámú szabadalom • Mátrixhatás kompenzáló ionszelektív elektród
1 HU 199994 B 2 A találmány tárgya, ionok koncentiációjának vagy aktivitásának meghatározására alkalmas, mátrixhatás kompenzáló ionszelektiv elektród, amelynek érzékelő eleme aktiv anyagot tartalmazó polivinil-klorid és térhálósított polisziloxán keverékéből van kiképezve. A különböző ionok, pl. kalium-, ammonium-, kalcium-, nitrát-, kloridionok koncentrációjának gyors és pontos meghatározása mindennapi rutinfeladat. Így pl. a vizanalitikában a nitratkoncentráció ismerete igen fontos az ivóvíz minősitése szempontjából; a laboratóriumi diagnosztikában, vagy a neonatológiában életmentő jelentőségű lehet a biológiai folyadékok (pl. a teljes vér) káliuinion-koneentrációjának másodpercek alatt történő pontos meghatározása. Az említett ionok poteneiometriás elven történő meghatározása ionszelektiv elektródok segítségével történik. Az ionszelektiv elektród mintával érintkező membránjába, mint érzékelő elembe épített aktiv anyag (pl. komplexképző vegyület, csapadék) a mintában jelenlévő mérendő ionokkal egyensúlyt alakit ki. A membrán és az oldat határfelületén a mérendő ion aktivitásától függő nagyságú potenciál lép fel. Az ionszelektiv elektródból, mint érzékelő elektródból és egy állandó potenciálú vonatkozási elektródból felépített mérőcella cellafeszültsége mennyiségi információt hordoz: mért nagyságából kiszámítható (megfelelő mérőeszköz segítségével közvetlenül kijelezhető) a kérdéses ion aktivitása vagy koncentrációja. Az irodalomban ismertetett elektródkonstrukciók két fő csoportba sorolhatók. Az első csoportba tartoznak azok az ionszelektiv elektródok (pl. Philips elektródok), amelynek érzékelő eleme, szerves komplexképző vagy szerves csapadékképző aktív anyag (pl. valinomycin) szerves oldószeres (pl. difeniléteres) oldatával átitatott, szilárd pórusos szerkezetű műanyag (pl. polivinil-klorid) membrán. Az aktivált membrán mechanikus szorítással műanyag cső, az ún. elektródtest végére van rögzítve. A membrán elektródtest felőli felülete potenciál elvezetővei vagy elektrolit oldattal és ebben elhelyezett potenciál elvezetővei pl. másodfajú elektróddal van kapcsolatban. A második csoportba tartozó ionszelektiv elektródok (pl. Nova elektródok) érzékelő eleme olyan műanyag pl. polivinil-klorid membrán, amely a szilárd aktív anyagot heterogén eloszlásban tartalmazza. Felépítésük a továbbiakban azonos az első csoportba tartozókéval. Az ismert ionszelektiv elektródok számos hátrányt mutatnak. Ezek közül két lényegeset emelünk ki. Az első: az aktív anyagot nem tartalmazó - tehát csak a hordozófázisból (inaktív anyagból) kiképzett - érzékelő elemmel pl. membránnal kialakított elektródok is mutatnak elektród-funkciót (mátrixhatás). Az elektród-funkció azonban nem szelektív, vagyis különböző anion vagy kation fajta, vagy azok keverékének hatására is létrejön különböző nagyságú cellafeszültség. Az 1. ábrán az 1 görbe az ismert kálium—szelektív elektród aktiv anyagot nem tartalmazó polivinil-klorid érzékelő elemének csak nátrium-ionokat (zavaró-ionokat) tartalmazó oldatokban mutatott nátrium funkcióját, potenciál-koncentráció válaszfüggvényét; a 2 görbe 5 mól/1, kálium-ionokat (mérendő ionokat) és nátrium-ionokat (zavaró-ionokat) tartalmazó oldatokban mutatott ugyancsak nátrium-funkcióját szemlélteti. A bemutatott görbékből látható a hordozófázis hátrányos sajátsága: a kívánt kálium-szelektivitást jelentősen lerontja a hordozófázis más pl. nátrium-ionok hatáséra létrejött elektród funkciója. Ez a jelenség különösen hátrányos biológiai folyadékok pl. vér analízise során, ahol a kálium-meghatározást zavarja a káliumhoz viszonyítva lényegesen nagyobb koncentrációjú nátrium-ionok jelenléte. A második hátrány: a polivinil-klorid hordozófázisú, aktív anyagot tartalmazó érzékelő elemmel kialakított elektródok nernsti viselkedése, a potenciál-ionkoncentráció válaszfüggvény meredekségével jellemzett érzékenysége jelentősen lecsökken lipofil anionok pl. perklorát, acetét jelenlétében (anionzavarás). A 2. ábrán ezt a hátrányos sajátságot szemléltettük. Az 5 görbe az ismert kálium-szelektiv elektród válaszfüggvényét mutatja be kálium-klorid oldatokban, a 6 görbe a lipofil perklorát-ionok jelenlétében, kálium-perklorát oldatokban mutatott válaszfüggvényét szemlélteti. Az 5 és 6 görbe meredekségét összehasonlítva megállapítható, hogy a lipofil anionok jelenlétében az elektród érzékenysége, válaszfüggvényének meredeksége 48%-kal csökken. Ez a jelenség is különösen biológiai folyadékok analízise során hátrányos, ugyanis az analizálandó minták lipofil anion koncentrációja jelentősen eltérhet egymástól, amelynek eredményeképpen hamis mérési eredményeket kapunk. A találmány célja az ismertetett hátrányos elektródtulajdonságok, kiküszöbölése, illetve jelentős mértékű csökkentése olyan elektród-konstrukcióval, amely megőrzi az ismert elektródok előnyös sajátságait. A találmány alapja az a felismerés, hogy az előzőekben részletezett két zavaró jelenség (mátrixhatás, anionzavarás) megszüntethető vagy jelentősen lecsökkenthető, ha az érzékelő elem hordozó fázisát olyan lágyított polivinil-kloridból alakitjuk ki, amely hidrofób és apoláros sajátságé térhálósított, szubsztituált polisziloxánt tartalmaz. A találmány tárgya ionszelektiv elektród, amelynek előnyösen membrán alakú érzékelő eleme 0,1 - 70 tömegszázalék térhálósított, szubsztituált polisziloxánt tartalmazó lágyított polivinil-kloridból van kiképezve, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
