Glass electrode
ஒரு கண்ணாடி மின்முனை என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட அயனிக்கு உணர்திறன் கொண்ட ஒரு டோப் செய்யப்பட்ட கண்ணாடி சவ்வால் செய்யப்பட்ட ஒரு வகை அயனி-தேர்ந்தெடுக்கும் மின்முனை ஆகும். அயனி-தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட கண்ணாடி மின்முனைகளின் மிகவும் பொதுவான பயன்பாடு pH ஐ அளவிடுவதாகும். ஹைட்ரஜன் அயனிகளுக்கு உணர்திறன் கொண்ட கண்ணாடி மின்முனைக்கு pH மின்முனை ஒரு எடுத்துக்காட்டு. வேதியியல் பகுப்பாய்வு மற்றும் இயற்பியல் வேதியியல் ஆய்வுகளுக்கான கருவிகளில் கண்ணாடி மின்முனைகள் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. கண்ணாடி மின்முனையின் மின்னழுத்தம், சில குறிப்பு மதிப்புடன் தொடர்புடையது, ஒரு குறிப்பிட்ட வகை அயனிகளின் செயல்பாட்டில் ஏற்படும் மாற்றங்களுக்கு உணர்திறன் கொண்டது. கண்ணாடி மின்முனைகள் (GE) பற்றிய முதல் ஆய்வுகள் கார உலோக அயனிகளின் விளைவுகளால் நடுத்தரத்தின் அமிலத்தன்மையை (pH) மாற்ற வெவ்வேறு கண்ணாடிகளின் வெவ்வேறு உணர்திறன்களைக் கண்டறிந்தன. 1906 ஆம் ஆண்டில், எரிகா கிரெமரின் தந்தை எம். கிரெமர், கண்ணாடி சவ்வின் எதிர் பக்கங்களில் அமைந்துள்ள திரவத்தின் பகுதிகளுக்கு இடையில் எழும் மின்சார ஆற்றல் அமிலத்தின் செறிவுக்கு (ஹைட்ரஜன் அயனி செறிவு) விகிதாசாரமாகும் என்று தீர்மானித்தார். 1909 ஆம் ஆண்டில், எஸ். பி. எல். சோரென்சன் pH என்ற கருத்தை அறிமுகப்படுத்தினார், அதே ஆண்டில் எஃப். ஹேபர் மற்றும் இசட். கிளெமென்ஸிவிக்ஸ் ஆகியோர் கண்ணாடி மின்முனை குறித்த தங்கள் ஆராய்ச்சியின் முடிவுகளை கார்ல்ஸ்ருஹேவில் உள்ள வேதியியல் சங்கத்தில் தெரிவித்தனர். 1922 ஆம் ஆண்டில், டபிள்யூ. எஸ். ஹியூஸ், கார-சிலிக்கேட் ஜிஇ ஹைட்ரஜன் மின்முனைகளைப் போலவே இருப்பதாகவும், எச் + ஐப் பற்றி மாற்றியமைக்க முடியும் என்றும் காட்டினார். 1925 ஆம் ஆண்டில், பி. எம். டூக்கி கெர்ரிட்ஜ் இரத்த மாதிரிகளை பகுப்பாய்வு செய்வதற்காக முதல் கண்ணாடி மின்முனையை உருவாக்கினார், மேலும் கண்ணாடியின் உயர் எதிர்ப்பு (50-150 எம்ஓஎம்) போன்ற உபகரணங்களில் உள்ள சில நடைமுறை சிக்கல்களை எடுத்துரைத்தார். தனது முனைவர் பட்டத்தின் போது, கெர்ரிட்ஜ் மினியேச்சர் கண்ணாடி மின்முனையை உருவாக்கினார், இது சிவப்பு வெப்பத்தில் பிளாட்டினம் குளோரைடுடன் பிளாட்டினத்தை வெப்பமாக்குவதன் மூலம் கருவியின் மேற்பரப்பு பகுதியை அதிகரிக்கிறது, இதனால் மிகப் பெரிய சமிக்ஞையை செயல்படுத்துகிறது; அவரது வடிவமைப்பு இன்று பயன்படுத்தப்படும் பல கண்ணாடி மின்முனைகளின் முன்னோடியாக இருந்தது. பயன்பாடுகள் கண்ணாடி மின்முனைகள் பொதுவாக pH அளவீடுகளுக்கு பயன்படுத்தப்படுகின்றன. லித்தியம், சோடியம், அம்மோனியம் மற்றும் பிற அயனிகளின் செறிவை தீர்மானிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் சிறப்பு அயனி உணர்திறன் கண்ணாடி மின்முனைகளும் உள்ளன. தூய்மையான ஆராய்ச்சி, தொழில்துறை செயல்முறைகளின் கட்டுப்பாடு, உணவுகள் மற்றும் அழகுசாதனப் பொருட்களின் பகுப்பாய்வு, சுற்றுச்சூழல் குறிகாட்டிகளின் அளவீடு மற்றும் செல் சவ்வு மின் திறன் மற்றும் மண் அமிலத்தன்மை போன்ற மைக்ரோ எலக்ட்ரோட் அளவீடுகள் உள்ளிட்ட பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளில் கண்ணாடி மின்முனைகள் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. வகைகள் கிட்டத்தட்ட அனைத்து வணிக மின்முனைகளும் H +, Na +, Ag + போன்ற ஒற்றை-சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அயனிகளுக்கு பதிலளிக்கின்றன. மிகவும் பொதுவான கண்ணாடி மின்முனை pH-மின்முனை ஆகும். ஒரு சில சால்கோஜெனைடு கண்ணாடி மின்முனைகள் மட்டுமே Pb2 +, Cd2 + மற்றும் சில பிற இரட்டை சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அயனிகளுக்கு உணர்திறன் கொண்டவை. இரண்டு முக்கிய கண்ணாடி உருவாக்கும் அமைப்புகள் உள்ளனஃ சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (SiO2) மூலக்கூறு வலையமைப்பை அடிப்படையாகக் கொண்ட சிலிக்கேட் மேட்ரிக்ஸ், Na, K, Li, Al, B, Ca போன்ற பிற உலோக ஆக்சைடுகளைச் சேர்க்கிறது. ASS, ASSe, ASTe ஆகியவற்றின் மூலக்கூறு வலையமைப்பை அடிப்படையாகக் கொண்ட சால்கோஜெனைடு மேட்ரிக்ஸ். கண்ணாடி சவ்வின் அயனி-பரிமாற்ற இயல்பு காரணமாக, வேறு சில அயனிகள் ஒரே நேரத்தில் கண்ணாடியின் அயனி-பரிமாற்ற மையங்களுடன் தொடர்பு கொண்டு, pH அல்லது பிற மின்முனை செயல்பாடுகளில் அளவிடப்பட்ட மின்முனை ஆற்றலின் நேரியல் சார்பை சிதைக்க முடியும். சில சந்தர்ப்பங்களில், மின்முனை செயல்பாட்டை ஒரு அயனியிலிருந்து இன்னொரு அயனிக்கு மாற்ற முடியும். எடுத்துக்காட்டாக, சில சிலிக்கேட் பி. பி. என். ஏ எலக்ட்ரோடுகளை வெள்ளி உப்பு கரைசலில் ஊறவைப்பதன் மூலம் பி. ஏ. ஜி செயல்பாடாக மாற்றலாம். குறுக்கீடு விளைவுகள் பொதுவாக அரை அனுபவ நிகோல்ஸ்கி-ஷுல்ட்ஸ்-ஐசென்மேன் சமன்பாடு (நிகோல்ஸ்கி-ஷுல்ட்ஸ்-ஐசென்மேன் சமன்பாடு என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) மூலம் விவரிக்கப்படுகின்றன, இது நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டின் நீட்டிப்பாகும். இது E என்பது ஈ. எம். எஃப், E0 என்பது நிலையான மின்முனை ஆற்றல், z என்பது அடையாளம் உட்பட அயனி இணைவு, a செயல்பாடு, i என்பது வட்டி அயனி, j என்பது குறுக்கிடும் அயனிகள் மற்றும் கீஜ் என்பது தேர்ந்தெடுக்கும் குணகம். தேர்ந்தெடுப்பு குணகம் எவ்வளவு சிறியதாக இருக்கிறதோ, அதே அளவு j இன் குறுக்கீடு குறைவாக இருக்கும். ஒரு pH-எலக்ட்ரோடுக்கு Na + இன் குறுக்கீடு விளைவைக் காணஃ ஒரு pH கண்ணாடி மின்முனையின் வரம்பு நிலையான செறிவில் pH வரம்பை 3 பகுதிகளாகப் பிரிக்கலாம்ஃ பொது மின்முனை செயல்பாட்டின் முழுமையான உணர்தல், இதில் ஆற்றல் pH ஐ நேர்கோட்டில் சார்ந்துள்ளது, ஹைட்ரோனியத்திற்கான அயனி-தேர்ந்தெடுக்கும் மின்முனையை உணர்கிறது. இங்கு F என்பது ஃபாரடேயின் மாறிலி (நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டைப் பார்க்கவும்). காரப் பிழை வரம்பு-ஹைட்ரஜன் அயனிகளின் குறைந்த செறிவில் (pH இன் உயர் மதிப்புகள்) தலையிடும் கார உலோகங்களின் (Li, Na, K போன்றவை) பங்களிப்புகள் ஹைட்ரஜன் அயனிகளில் ஒன்றுடன் ஒப்பிடத்தக்கவை. இந்த சூழ்நிலையில் pH மீது உள்ள ஆற்றலின் சார்பு நேரியல் அல்லாததாக மாறும். இதன் விளைவு பொதுவாக pH> 12 இல் கவனிக்கப்படுகிறது, மேலும் லித்தியம் அல்லது சோடியம் அயனிகளின் செறிவுகளில் லிட்டருக்கு 0.1 மோல்கள் அல்லது அதற்கு மேல் உள்ளது. பொட்டாசியம் அயனிகள் பொதுவாக சோடியம் அயனிகளை விட குறைவான பிழையை ஏற்படுத்துகின்றன. அமிலப் பிழை வரம்பு-ஹைட்ரஜன் அயனிகளின் மிக அதிக செறிவில் (pH இன் குறைந்த மதிப்புகள்) pH மீது மின்முனையின் சார்பு நேரியல் அல்லாததாக மாறுகிறது மற்றும் கரைசலில் உள்ள எதிர்மின் அயனிகளின் செல்வாக்கும் கவனிக்கப்படுகிறது. இந்த விளைவுகள் பொதுவாக pH <-1 இல் கவனிக்கப்படுகின்றன. தீவிர pH வரம்புகளில் செயல்பட சிறப்பு மின்முனைகள் உள்ளன. கட்டுமானம் ஒரு வழக்கமான நவீன pH ஆய்வு என்பது ஒரு கலவை மின்முனை ஆகும், இது கண்ணாடி மற்றும் குறிப்பு மின்முனைகள் இரண்டையும் ஒரே உடலில் இணைக்கிறது. கலவை மின்முனை பின்வரும் பகுதிகளைக் கொண்டுள்ளது (வரைபடத்தைப் பார்க்கவும்): மின்முனையின் ஒரு உணர்திறன் பகுதி, ஒரு குறிப்பிட்ட கண்ணாடி உள் மின்முனையிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் ஒரு விளக்கு, பொதுவாக சில்வர் குளோரைடு மின்முனை அல்லது காலோமெல் மின்முனை உள் கரைசல், பொதுவாக ஒரு pH = 7 இடையக கரைசல் pH மின்முனைகளுக்கு 0.1 mol/L KCl அல்லது pM மின்முனைகளுக்கு 0.1 mol/L MCl வெள்ளி குளோரைடு மின்முனையைப் பயன்படுத்தும் போது, ஒரு சிறிய அளவு AgCl கண்ணாடி மின்முனை குறிப்பு மின்முனைக்குள் வீழ்படிவாக முடியும், பொதுவாக 2 குறிப்பு உள் கரைசலின் அதே வகை, பொதுவாக 3 mol/L KCl சந்தி ஆய்வு செய்யப்பட்ட கரைசலுடன், பொதுவாக மட்பாண்டங்கள் அல்லது குவார்ட்ஸ் இழைகளுடன் மட்பாண்டங்கள் அல்லது கேபில்லரியிலிருந்து தயாரிக்கப்படுகிறது. கடத்தாத கண்ணாடி அல்லது பிளாஸ்டிக்குகளிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் மின்முனையின் உடல். ஒரு pH மின்முனையின் அடிப்பகுதி பலூன்கள் ஒரு வட்டமான மெல்லிய கண்ணாடி விளக்கில் வெளியேறும். pH மின்முனை ஒரு குழாய்க்குள் ஒரு குழாய் என்று கருதப்படுகிறது. உட்புறக் குழாயில் மாறாத 1 × 10−7 mol/L HCl கரைசல் உள்ளது. மேலும் உள் குழாய் உள்ளே குறிப்பு ஆய்வின் கேத்தோடு முனையம் உள்ளது. அனோடிக் முனையம் உள் குழாயின் வெளிப்புறத்தைச் சுற்றி தன்னைச் சுற்றிக் கொள்கிறது மற்றும் உள் குழாயின் உட்புறத்தில் இருந்த அதே வகையான குறிப்பு ஆய்வுடன் முடிவடைகிறது. இது கே. சி. எல் இன் குறிப்பு கரைசலால் நிரப்பப்பட்டுள்ளது மற்றும் உப்பு பாலமாக செயல்படும் ஒரு நுண்ணிய பிளக் மூலம் pH ஆய்வுக்கு வெளியே உள்ள கரைசலுடன் தொடர்பு கொண்டுள்ளது. கால்வனிக் செல் திட்ட பிரதிநிதித்துவம் இந்த பிரிவு இரண்டு தனித்துவமான மின்முனைகளின் செயல்பாட்டை ஒரு அலகாக விவரிக்கிறது, இது கண்ணாடி மின்முனை மற்றும் குறிப்பு மின்முனை இரண்டையும் ஒரே உடலில் ஒருங்கிணைக்கிறது. இது சில விளக்கங்களுக்கு தகுதியானது. இந்த சாதனம் அடிப்படையில் ஒரு கால்வனிக் கலமாகும், இது திட்டவட்டமாக பின்வருமாறு குறிப்பிடப்படலாம்ஃ கண்ணாடி மின்முனை | | குறிப்பு தீர்வு | | சோதனை தீர்வு | | கண்ணாடி மின்முனை ஏஜி (கள்) | ஏஜிசிஎல் (கள்) | கேசிஎல் (ஏக்யூ) | | கண்ணாடி சவ்வு | | சோதனை தீர்வு | | சந்திப்பு | | கேசிஎல் (ஏக்யூ) | ஏஜிசிஎல் (கள்) | ஏஜி (கள்) கால்வனிக் கலத்தின் இந்த திட்டவட்டமான பிரதிநிதித்துவத்தில், "சோதனை தீர்வு" ஆக்கிரமித்துள்ள வரிசையின் மையத்திலிருந்து பார்க்கும்படி இடது மற்றும் வலது உறுப்பினர்களுக்கு இடையிலான சமச்சீர்மையை ஒருவர் கவனிப்பார் (அதன் pH அளவிடப்பட வேண்டிய தீர்வு). வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், கண்ணாடி சவ்வு மற்றும் பீங்கான் சந்திப்பு இரண்டும் அந்தந்த மின்முனையில் (குறியீட்டு (உணர்திறன்) மின்முனை அல்லது குறிப்பு மின்முனை) ஒரே ஒப்பீட்டு இடத்தை ஆக்கிரமித்துள்ளன. இரட்டை "குழாய் சின்னம்" (| |) என்பது வெவ்வேறு கரைசல்களின் கலவையைத் தடுக்கும் (கண்ணாடி சவ்வு) அல்லது மெதுவாக்கும் (பீங்கான் சந்திப்பு) ஒரு பரவலான தடையைக் குறிக்கிறது. இடது மற்றும் வலதுபுறத்தில் ஒரே மின்முனைகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், இடைமுகங்களில் உருவாக்கப்படும் எந்தவொரு ஆற்றலும் ஒருவருக்கொருவர் ரத்துசெய்கின்றன (கொள்கையளவில்), இதன் விளைவாக கணினி மின்னழுத்தம் கண்ணாடி சவ்வு மற்றும் சோதனை கரைசலின் தொடர்புகளை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது. மின்முனையின் அளவீட்டு பகுதி, கீழே உள்ள கண்ணாடி விளக்கு, ஒரு ஹைட்ரேட்டட் ஜெல்லின் ~ 10 என்எம் அடுக்குடன் உள்ளேயும் வெளியேயும் பூசப்பட்டுள்ளது. இந்த இரண்டு அடுக்குகளும் உலர்ந்த கண்ணாடி அடுக்கால் பிரிக்கப்படுகின்றன. சிலிக்கா கண்ணாடி அமைப்பு (அதாவது, அதன் அணு கட்டமைப்பின் இணக்கம்) வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது, இதனால் இது Na + அயனிகளை சில இயக்கத்தை அனுமதிக்கிறது. ஹைட்ரேட்டட் ஜெல்லில் உள்ள உலோக நேர்மின் அயனிகள் (Na +) கண்ணாடியிலிருந்து கரைசலில் பரவுகின்றன, அதே நேரத்தில் கரைசலில் இருந்து H + ஹைட்ரேட்டட் ஜெல்லில் பரவுகிறது. இது ஹைட்ரேட்டட் ஜெல் ஆகும், இது pH மின்முனையை அயனி-தேர்ந்தெடுக்கும் மின்முனையாக ஆக்குகிறது. H + pH மின்முனையின் கண்ணாடி சவ்வைக் கடக்காது, இது Na + ஆகும், இது கடக்கிறது மற்றும் இலவச ஆற்றலில் மாற்றத்திற்கு வழிவகுக்கிறது. ஒரு அயனி செயல்பாட்டின் ஒரு பகுதியிலிருந்து மற்றொரு பகுதிக்கு பரவும்போது, ஒரு இலவச ஆற்றல் மாற்றம் உள்ளது, இதைத்தான் pH மீட்டர் உண்மையில் அளவிடுகிறது. நீர்த்த ஜெல் சவ்வு Na + போக்குவரத்தால் இணைக்கப்பட்டுள்ளது, இதனால் சவ்வின் வெளிப்புறத்தில் உள்ள H + இன் செறிவு சவ்வின் உட்புறத்திற்கு Na + ஆல் 'ரிலே' செய்யப்படுகிறது. அனைத்து கண்ணாடி பி. எச் மின்முனைகளும் 50 முதல் 500 எம். ஓ. எம் வரை மிக அதிக மின்சார எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளன. எனவே, கண்ணாடி மின்முனையை pH மீட்டர் போன்ற உயர் உள்ளீடு-மின்மறுப்பு அளவீட்டு சாதனத்துடன் மட்டுமே பயன்படுத்த முடியும், அல்லது, பொதுவாக, உயர் உள்ளீடு-மின்மறுப்பு வோல்ட்மீட்டர், இது எலக்ட்ரோமீட்டர் என்று அழைக்கப்படுகிறது. வரம்புகள் கண்ணாடி மின்முனை அதன் கட்டுமானத்தின் தன்மை காரணமாக சில உள்ளார்ந்த வரம்புகளைக் கொண்டுள்ளது. அமிலம் மற்றும் காரப் பிழைகள் மேலே விவாதிக்கப்பட்டுள்ளன. கண்ணாடி/திரவ இடைமுகங்களில் இருக்கும் சமச்சீரற்ற ஆற்றல்கள் இருப்பதால் ஒரு முக்கியமான வரம்பு ஏற்படுகிறது. இந்த நிகழ்வுகளின் இருப்பு என்பது கண்ணாடி மின்முனைகள் எப்போதும் பயன்படுத்துவதற்கு முன்பு அளவீடு செய்யப்பட வேண்டும் என்பதாகும்; அளவுத்திருத்தத்தின் ஒரு பொதுவான முறை நிலையான இடையக தீர்வுகளின் பயன்பாட்டை உள்ளடக்கியது. மேலும், உள் கரைசலுக்கு உள்ளேயும் வெளியேயும் பரவுவதால் மெதுவாக சரிவு ஏற்படுகிறது. இடையக தீர்வுகளுக்கு எதிராக மின்முனை அளவீடு செய்யப்படும்போது இந்த விளைவுகள் மறைக்கப்படுகின்றன, ஆனால் சிறந்த பதிலில் இருந்து விலகல்கள் ஒரு கிரான் பிளாட் மூலம் எளிதில் கவனிக்கப்படுகின்றன. பொதுவாக, மின்முனை மறுமொழியின் சாய்வு ஒரு மாத காலத்திற்குள் குறைகிறது. அளவீடுகளுக்கு இடையில் சேமிப்பு எந்த கண்ணாடி மற்றும் சவ்வு மின்முனைகள் அதன் சொந்த அயனியின் கரைசலில் வைக்கப்பட வேண்டும். கண்ணாடி சவ்வு வறண்டு போவதைத் தடுப்பது அவசியம், ஏனெனில் செயல்திறன் ஒரு ஹைட்ரேட்டட் அடுக்கு இருப்பதைப் பொறுத்தது, இது மெதுவாக உருவாகிறது. பொடென்டியோமெட்ரி அயன்-தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட மின்முனைகள் ISFET pH மின்முனை சால்கோஜெனைடு கண்ணாடி குயின்ஹைட்ரோன் மின்முனை திட நிலை மின்முனை குறிப்புகள் E. P. நிகோல்ஸ்கி, M. M. ஷுல்ட்ஸ், மற்றும் பலர், வெஸ்டன் ஆகியவற்றைப் பார்க்கவும். லெனிங்கர். யுனிவி., செர். ஃபிஸ். கிம், 18, இல்லை. 4, 73-186 (1963) (இந்த தொடர் கட்டுரைகள் மின்முனை பண்புகள் மற்றும் பல்வேறு வகையான கண்ணாடிகளின் வேதியியல் ஸ்திரத்தன்மை ஆகியவற்றில் கண்ணாடி கலவையை மாற்றுவதன் விளைவு குறித்த ரஷ்ய வேலையை சுருக்கமாகக் கூறுகின்றன) வெளிப்புற இணைப்புகள் pH மின்முனை நடைமுறை/கோட்பாட்டு தகவல் டைட்டரேஷன் கண்ணாடி மின்முனை மற்றும் pH கணக்கீட்டுடன்-ஃப்ரீவேர் எலக்ட்ரோடுகள் கண்ணாடி பயன்பாடுகள்