Glass electrode
ગ્લાસ ઇલેક્ટ્રોડ એ ડોપ્ડ ગ્લાસ પટલથી બનેલા આયન-પસંદગીયુક્ત ઇલેક્ટ્રોડનો એક પ્રકાર છે જે ચોક્કસ આયન પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે. આયન-પસંદગીયુક્ત કાચ ઇલેક્ટ્રોડનો સૌથી સામાન્ય ઉપયોગ પીએચ માપવા માટે છે. પીએચ ઇલેક્ટ્રોડ એ કાચના ઇલેક્ટ્રોડનું ઉદાહરણ છે જે હાઇડ્રોજન આયનો પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે. રાસાયણિક વિશ્લેષણ અને ભૌતિક રાસાયણિક અભ્યાસ માટેના સાધનોમાં કાચ ઇલેક્ટ્રોડ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. કાચ ઇલેક્ટ્રોડનો વોલ્ટેજ, અમુક સંદર્ભ મૂલ્યની સાપેક્ષમાં, ચોક્કસ પ્રકારના આયનોની પ્રવૃત્તિમાં ફેરફારો માટે સંવેદનશીલ હોય છે. કાચ ઇલેક્ટ્રોડ્સ (જીઇ) ના પ્રથમ અભ્યાસમાં ક્ષારયુક્ત ધાતુના આયનોની અસરોને કારણે માધ્યમની એસિડિટી (પીએચ) ને બદલવા માટે વિવિધ ચશ્માની વિવિધ સંવેદનશીલતા જોવા મળી હતી. 1906માં, એરિકા ક્રેમરના પિતા એમ. ક્રેમરે નક્કી કર્યું હતું કે કાચ પટલની વિરુદ્ધ બાજુએ સ્થિત પ્રવાહીના ભાગો વચ્ચે ઉત્પન્ન થતી વિદ્યુત ક્ષમતા એસિડની સાંદ્રતા (હાઇડ્રોજન આયન સાંદ્રતા) ના પ્રમાણમાં હોય છે. 1909માં, એસ. પી. એલ. સોરેનસેને પી. એચ. ની વિભાવના રજૂ કરી, અને તે જ વર્ષે એફ. હેબર અને ઝેડ. ક્લેમેન્સવિઝે કાર્લસ્રુહેમાં ધ સોસાયટી ઓફ કેમિસ્ટ્રીમાં ગ્લાસ ઇલેક્ટ્રોડ પરના તેમના સંશોધનના પરિણામોની જાણ કરી. 1922માં, ડબ્લ્યુ. એસ. હ્યુજીસે દર્શાવ્યું હતું કે આલ્કલી-સિલિકેટ જીઇ હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ જેવું જ છે, જે એચ + ને ઉલટાવી શકાય તેવું છે. 1925માં, પી. એમ. ટૂકી કેરીજે લોહીના નમૂનાઓના વિશ્લેષણ માટે પ્રથમ કાચનું ઇલેક્ટ્રોડ વિકસાવ્યું હતું અને કાચનું ઉચ્ચ પ્રતિકાર (50-150 Mω) જેવા ઉપકરણો સાથેની કેટલીક વ્યવહારુ સમસ્યાઓ પર પ્રકાશ પાડ્યો હતો. તેમની પીએચડી દરમિયાન, કેરીજે લઘુચિત્ર કાચ ઇલેક્ટ્રોડ વિકસાવ્યું હતું, જે લાલ ગરમી પર પ્લેટિનમ ક્લોરાઇડ સાથે પ્લેટિનમની સારવાર કરીને ગરમી દ્વારા સાધનની સપાટીના વિસ્તારને મહત્તમ બનાવે છે, આમ ઘણા મોટા સંકેતને સક્ષમ કરે છે; તેમની ડિઝાઇન આજે ઉપયોગમાં લેવાતા ઘણા કાચ ઇલેક્ટ્રોડ્સની પુરોગામી હતી. એપ્લિકેશન્સ ગ્લાસ ઇલેક્ટ્રોડ્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે pH માપન માટે થાય છે. લિથિયમ, સોડિયમ, એમોનિયમ અને અન્ય આયનોની સાંદ્રતાના નિર્ધારણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા વિશિષ્ટ આયન સંવેદનશીલ કાચ ઇલેક્ટ્રોડ્સ પણ છે. કાચના ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ શુદ્ધ સંશોધન, ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓનું નિયંત્રણ, ખોરાક અને સૌંદર્ય પ્રસાધનોના વિશ્લેષણ, પર્યાવરણીય સૂચકાંકોનું માપન અને કોષ પટલની વિદ્યુત ક્ષમતા અને માટીની એસિડિટી જેવા માઇક્રો ઇલેક્ટ્રોડ માપન સહિત વિવિધ ઉપયોગોમાં કરવામાં આવે છે. પ્રકાર લગભગ તમામ વ્યાપારી ઇલેક્ટ્રોડ H +, Na +, Ag + જેવા એક-ચાર્જ આયનોને પ્રતિસાદ આપે છે. સૌથી સામાન્ય કાચ ઇલેક્ટ્રોડ પીએચ-ઇલેક્ટ્રોડ છે. માત્ર થોડા કેલ્કોજેનાઇડ ગ્લાસ ઇલેક્ટ્રોડ ડબલ-ચાર્જ્ડ આયનો પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે, જેમ કે Pb2 +, Cd2 + અને અન્ય કેટલાક. બે મુખ્ય કાચ બનાવવાની પ્રણાલીઓ છેઃ સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO2) ના મોલેક્યુલર નેટવર્ક પર આધારિત સિલિકેટ મેટ્રિક્સ, જેમાં Na, K, Li, Al, B, Ca, વગેરે જેવા અન્ય ધાતુના ઓક્સાઇડનો ઉમેરો થાય છે. અને એ. એસ. એસ., એ. એસ. એસ. ઈ., એ. એસ. ટી. ઈ. ના મોલેક્યુલર નેટવર્ક પર આધારિત કેલ્કોજેનાઇડ મેટ્રિક્સ. કાચના પટલની આયન-વિનિમય પ્રકૃતિને કારણે, કેટલાક અન્ય આયનો માટે કાચના આયન-વિનિમય કેન્દ્રો સાથે વારાફરતી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવી અને pH અથવા અન્ય ઇલેક્ટ્રોડ કાર્યો પર માપેલા ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલની રેખીય અવલંબનને વિકૃત કરવું શક્ય છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, ઇલેક્ટ્રોડ કાર્યને એક આયનથી બીજામાં બદલવું શક્ય છે. ઉદાહરણ તરીકે, કેટલાક સિલિકેટ પી. પી. એન. એ. ઇલેક્ટ્રોડ્સને ચાંદીના મીઠાના દ્રાવણમાં પલાળીને પી. એ. જી. કાર્યમાં બદલી શકાય છે. હસ્તક્ષેપની અસરોને સામાન્ય રીતે અર્ધ-પ્રયોગમૂલક નિકોલસ્કી-શુલ્ટ્ઝ-આઈઝેનમેન સમીકરણ (જેને નિકોલસ્કી-શુલ્ટ્ઝ-આઈઝેનમેન સમીકરણ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે, જે નેર્નસ્ટ સમીકરણનું વિસ્તરણ છે. તે આ રીતે આપવામાં આવે છે કે જ્યાં E એ ઇ. એમ. એફ. છે, E0 એ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ છે, z એ ચિહ્ન સહિત આયનીય સંયોજકતા છે, a એ પ્રવૃત્તિ છે, i એ વ્યાજનો આયન છે, j એ દખલ કરતા આયનો છે અને કીજ એ પસંદગીનો ગુણાંક છે. પસંદગીનો ગુણાંક જેટલો નાનો હશે, તેટલો જ જે દ્વારા હસ્તક્ષેપ ઓછો હશે. Na + ની pH-ઇલેક્ટ્રોડમાં દખલ અસર જોવા માટેઃ pH ગ્લાસ ઇલેક્ટ્રોડની શ્રેણી સતત સાંદ્રતા પર pH શ્રેણીને 3 ભાગોમાં વહેંચી શકાય છેઃ સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોડ કાર્યની સંપૂર્ણ અનુભૂતિ, જ્યાં પોટેન્શિયલ pH પર રેખીય રીતે આધાર રાખે છે, હાઇડ્રોનિયમ માટે આયન-પસંદગીયુક્ત ઇલેક્ટ્રોડની અનુભૂતિ કરે છે. જ્યાં F એ ફેરાડેનો અચળાંક છે (નેર્નસ્ટ સમીકરણ જુઓ). ક્ષાર ભૂલ શ્રેણી-હાઇડ્રોજન આયનોની ઓછી સાંદ્રતા (pH ના ઉચ્ચ મૂલ્યો) પર હસ્તક્ષેપ કરતી ક્ષાર ધાતુઓ (જેમ કે Li, Na, K) નું યોગદાન હાઇડ્રોજન આયનોમાંથી એક સાથે તુલનાત્મક છે. આ પરિસ્થિતિમાં pH પરની ક્ષમતાની નિર્ભરતા બિન-રેખીય બની જાય છે. આ અસર સામાન્ય રીતે pH> 12 પર અને લિથિયમ અથવા સોડિયમ આયનોની સાંદ્રતા પ્રતિ લિટર 0.1 મોલ અથવા તેથી વધુ હોય ત્યારે જોવા મળે છે. પોટેશિયમ આયન સામાન્ય રીતે સોડિયમ આયન કરતાં ઓછી ભૂલનું કારણ બને છે. એસિડિક ભૂલ શ્રેણી-હાઇડ્રોજન આયનોની ખૂબ ઊંચી સાંદ્રતા (પીએચના નીચા મૂલ્યો) પર પીએચ પર ઇલેક્ટ્રોડની નિર્ભરતા બિન-રેખીય બની જાય છે અને દ્રાવણમાં આયનોનો પ્રભાવ પણ નોંધપાત્ર બને છે. આ અસરો સામાન્ય રીતે pH <-1 પર નોંધપાત્ર બને છે. અત્યંત pH રેન્જમાં કામ કરવા માટે વિશિષ્ટ ઇલેક્ટ્રોડ અસ્તિત્વ ધરાવે છે. બાંધકામ એક લાક્ષણિક આધુનિક પીએચ પ્રોબ એ સંયોજન ઇલેક્ટ્રોડ છે, જે કાચ અને સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ બંનેને એક બોડીમાં જોડે છે. સંયોજન ઇલેક્ટ્રોડમાં નીચેના ભાગોનો સમાવેશ થાય છે (ચિત્ર જુઓ): ઇલેક્ટ્રોડનો સંવેદનાત્મક ભાગ, ચોક્કસ કાચના આંતરિક ઇલેક્ટ્રોડમાંથી બનેલો બલ્બ, સામાન્ય રીતે સિલ્વર ક્લોરાઇડ ઇલેક્ટ્રોડ અથવા કેલોમેલ ઇલેક્ટ્રોડ આંતરિક દ્રાવણ, સામાન્ય રીતે સિલ્વર ક્લોરાઇડ ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરતી વખતે પીએચ ઇલેક્ટ્રોડ્સ માટે 0.1 મોલ/એલ કેસીએલનું પી. એચ. = 7 બફર દ્રાવણ અથવા પી. એમ. ઇલેક્ટ્રોડ્સ માટે 0.1 મોલ/એલ એમસીએલ, ગ્લાસ ઇલેક્ટ્રોડ સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડની અંદર થોડી માત્રામાં એજીસીએલ અવક્ષેપિત થઈ શકે છે, સામાન્ય રીતે 2 સંદર્ભ આંતરિક દ્રાવણ જેવો જ પ્રકાર, સામાન્ય રીતે અભ્યાસ કરેલ દ્રાવણ સાથે 3 મોલ/એલ કેસીએલ જંકશન, સામાન્ય રીતે સિરામિક્સ અથવા કેશિકાથી એસ્બેસ્ટોસ અથવા ક્વાર્ટઝ ફાઇબર સાથે બનાવવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોડનું શરીર, બિન-વાહક કાચ અથવા પ્લાસ્ટિકમાંથી બનેલું છે. પી. એચ. ઇલેક્ટ્રોડ ફુગ્ગાઓના તળિયે ગોળાકાર પાતળા કાચના બલ્બમાં બહાર નીકળે છે. પી. એચ. ઇલેક્ટ્રોડને ટ્યુબની અંદરની ટ્યુબ તરીકે શ્રેષ્ઠ માનવામાં આવે છે. આંતરિક નળીમાં અપરિવર્તનશીલ 1 × 10−7 મોલ/એલ એચસીએલ દ્રાવણ હોય છે. આંતરિક ટ્યુબની અંદર પણ સંદર્ભ પ્રોબનું કેથોડ ટર્મિનસ છે. એનોડિક ટર્મિનસ આંતરિક ટ્યુબની બહારની આસપાસ પોતાને લપેટી લે છે અને આંતરિક ટ્યુબની અંદરની જેમ જ સંદર્ભ તપાસ સાથે સમાપ્ત થાય છે. તે કે. સી. એલ. ના સંદર્ભ દ્રાવણથી ભરેલું હોય છે અને pH પ્રોબની બહારના દ્રાવણ સાથે છિદ્રાળુ પ્લગ દ્વારા સંપર્ક ધરાવે છે જે મીઠાના પુલ તરીકે કામ કરે છે. ગેલ્વેનિક કોષ યોજનાકીય રજૂઆત આ વિભાગ એક એકમ તરીકે બે અલગ અલગ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોડ્સની કામગીરીનું વર્ણન કરે છે જે કાચ ઇલેક્ટ્રોડ અને સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ બંનેને એક બોડીમાં જોડે છે. તે કેટલાક સમજૂતીને પાત્ર છે. આ ઉપકરણ અનિવાર્યપણે એક ગેલ્વેનિક કોષ છે જેને યોજનાબદ્ધ રીતે આ રીતે રજૂ કરી શકાય છેઃ ગ્લાસ ઇલેક્ટ્રોડ | | સંદર્ભ ઉકેલ | | પરીક્ષણ ઉકેલ | | ગ્લાસ ઇલેક્ટ્રોડ Ag (s) | AgCl (s) | KCl (aq) | | ગ્લાસ પટલ | | પરીક્ષણ ઉકેલ | | જંકશન | | KCl (aq) | AgCl (s) | Ag (s) ગેલ્વેનિક કોષની આ યોજનાકીય રજૂઆતમાં, "ટેસ્ટ સોલ્યુશન" (ઉકેલ કે જેનું pH માપવું આવશ્યક છે) દ્વારા કબજે કરેલી હરોળના કેન્દ્રમાંથી જોવા મળતી ડાબી અને જમણી સભ્યો વચ્ચેની સમપ્રમાણતાની નોંધ લેવામાં આવશે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, કાચ પટલ અને સિરામિક જંકશન દરેક સંબંધિત ઇલેક્ટ્રોડ (સૂચક (સંવેદનાત્મક) ઇલેક્ટ્રોડ અથવા સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ) માં સમાન સંબંધિત સ્થાન ધરાવે છે. બેવડું "પાઇપ પ્રતીક" (| |) એક ફેલાતો અવરોધ સૂચવે છે જે (કાચ પટલ), અથવા ધીમું (સિરામિક જંકશન), વિવિધ ઉકેલોના મિશ્રણને અટકાવે છે. ડાબી અને જમણી બાજુએ સમાન ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરીને, ઇન્ટરફેસ પર પેદા થતી કોઈપણ સંભવિતતા એકબીજાને રદ કરે છે (સિદ્ધાંતમાં), પરિણામે સિસ્ટમ વોલ્ટેજ માત્ર કાચના પટલની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને પરીક્ષણ ઉકેલ પર આધારિત હોય છે. ઇલેક્ટ્રોડનો માપવાનો ભાગ, તળિયે કાચના બલ્બને અંદર અને બહાર બંને બાજુએ હાઇડ્રેટેડ જેલના ~ 10 એનએમ સ્તર સાથે કોટેડ કરવામાં આવે છે. આ બે સ્તરો સૂકા કાચના સ્તર દ્વારા અલગ પડે છે. સિલિકા કાચ માળખું (એટલે કે, તેના અણુ માળખાની રચના) આકાર આપવામાં આવે છે જેથી તે Na + આયનોને થોડી ગતિશીલતા આપે. હાઇડ્રેટેડ જેલમાં ધાતુના કેટાયન (Na +) કાચમાંથી અને દ્રાવણમાં ફેલાય છે જ્યારે દ્રાવણમાંથી H + હાઇડ્રેટેડ જેલમાં ફેલાય છે. તે હાઇડ્રેટેડ જેલ છે જે પીએચ ઇલેક્ટ્રોડને આયન-પસંદગીયુક્ત ઇલેક્ટ્રોડ બનાવે છે. H + એ pH ઇલેક્ટ્રોડના કાચ પટલને પાર કરતું નથી, તે Na + છે જે પાર કરે છે અને મુક્ત ઊર્જામાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે. જ્યારે આયન પ્રવૃત્તિના પ્રદેશમાંથી પ્રવૃત્તિના બીજા પ્રદેશમાં ફેલાય છે, ત્યારે મુક્ત ઊર્જામાં ફેરફાર થાય છે અને આ તે છે જે pH મીટર ખરેખર માપે છે. હાઇડ્રેટેડ જેલ પટલ Na + પરિવહન દ્વારા જોડાયેલું છે અને આમ પટલની બહાર H + ની સાંદ્રતા Na + દ્વારા પટલની અંદર 'રિલે' કરવામાં આવે છે. બધા કાચ પીએચ ઇલેક્ટ્રોડ્સ 50 થી 500 એમ. ઓ. એમ. સુધી અત્યંત ઉચ્ચ વિદ્યુત પ્રતિકાર ધરાવે છે. તેથી, કાચ ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ માત્ર ઉચ્ચ ઇનપુટ-અવરોધ માપવાના ઉપકરણ જેમ કે પીએચ મીટર અથવા વધુ સામાન્ય રીતે, ઉચ્ચ ઇનપુટ-અવરોધ વોલ્ટમીટર સાથે થઈ શકે છે જેને ઇલેક્ટ્રોમીટર કહેવામાં આવે છે. મર્યાદાઓ કાચ ઇલેક્ટ્રોડ તેની રચનાની પ્રકૃતિને કારણે કેટલીક અંતર્ગત મર્યાદાઓ ધરાવે છે. એસિડ અને આલ્કલાઇન ભૂલો ઉપર ચર્ચા કરવામાં આવી છે. કાચ/પ્રવાહી આંતરપૃષ્ઠો પર હાજર અસમપ્રમાણતા સંભવિતતાના અસ્તિત્વના પરિણામે એક મહત્વપૂર્ણ મર્યાદા પરિણમે છે. આ ઘટનાઓના અસ્તિત્વનો અર્થ એ છે કે કાચ ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરતા પહેલા હંમેશા માપાંકન કરવું આવશ્યક છે; માપાંકનની એક સામાન્ય પદ્ધતિમાં પ્રમાણભૂત બફર ઉકેલોનો ઉપયોગ સામેલ છે. ઉપરાંત, આંતરિક દ્રાવણમાં અને બહાર ફેલાવાને કારણે ધીમે ધીમે બગાડ થાય છે. જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડને બફર સોલ્યુશન્સ સામે માપાંકિત કરવામાં આવે છે ત્યારે આ અસરો ઢાંકવામાં આવે છે પરંતુ આદર્શ પ્રતિસાદમાંથી વિચલનો સરળતાથી ગ્રાન પ્લોટ દ્વારા જોવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે, ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયાનો ઢોળાવ મહિનાઓના સમયગાળામાં ઘટે છે. માપ વચ્ચે સંગ્રહ કોઈપણ કાચ અને પટલ ઇલેક્ટ્રોડને તેના પોતાના આયનના દ્રાવણમાં રાખવા જોઈએ. કાચના પટલને સૂકાતા અટકાવવું જરૂરી છે કારણ કે કામગીરી હાઇડ્રેટેડ સ્તરના અસ્તિત્વ પર આધારિત છે, જે ધીમે ધીમે રચાય છે. પોટેન્શિયોમેટ્રી આયન-સિલેક્ટિવ ઇલેક્ટ્રોડ્સ ISFET pH ઇલેક્ટ્રોડ ચેલ્કોજેનાઇડ ગ્લાસ ક્વિન્હાઇડ્રોન ઇલેક્ટ્રોડ સોલિડ સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રોડ રેફરન્સ ઇ. પી. નિકોલસ્કી, એમ. એમ. શુલ્ટ્ઝ, એટ અલ., વેસ્ટન પણ જુઓ. લેનિંગર. યુનિવ., સેર. ફિઝ. આઈ ખિમ., 18, નં. 4, 73-186 (1963) (લેખોની આ શ્રેણી ઇલેક્ટ્રોડના ગુણધર્મો અને વિવિધ પ્રકારના ચશ્માની રાસાયણિક સ્થિરતા પર કાચની રચનાને બદલવાની અસર પર રશિયન કાર્યનો સારાંશ આપે છે) બાહ્ય કડીઓ પી. એચ. ઇલેક્ટ્રોડ વ્યવહારુ/સૈદ્ધાંતિક માહિતી શીશાના ઇલેક્ટ્રોડ અને પી. એચ. ગણતરી સાથે ટાઇટ્રેશન-ફ્રીવેર ઇલેક્ટ્રોડ ગ્લાસ એપ્લિકેશન્સ