Recent Advances in Ion-Selective Membrane Electrodes for In Situ Environmental Water Analysis

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5. Conclusions and future perspectives. 
Potentiometric ion-selective platforms in different configurations (i.e., on-board, on-site, 
in situ
) are 
likely a suitable alternative to the traditional sampling and ion measurements that rely on 
extracting samples at different depths and locations and analysing them in centralized laboratories 
using expensive instrumentation. The employment of non-submersible or submersible probes 
(containing, for example, ISEs, optical sensors, CTD and spectroscopy measurement equipment) 
may serve as a way to preserve the sample from any alteration (e.g., pollution, degradation, 
destabilization, adsorption), modifying the concentration, the speciation and, ultimately, the 
judgment of and the inter-correlation with ongoing processes. 
Noticeably, alkali and alkali earth-metal ions, halides and oxanions are involved in many 
biogeochemical processes in water reservoirs, like, for instance, the sulphur cycle [S
2
–
/SO
4
2
–
], 
nitrogen cycle [NO
2
–
, NO
3
-
and NH
4
+
and N
2
], carbon cycle [CO
3
2
–
, HCO
3
–
, CO
2
and organic 
carbon], eutrophication by phosphate enrichment [H
2
PO
4
-
/HPO
4
2-
], calcification and decalcification 
[Ca
2+
, SO
4
2
–
and CO
3
2
–
] and water acidification [H
+
and CO
2
]. With ISEs functioning as 
chemical 
ion eyes,
it may be not only possible to contribute new foundations but also correlate this 
information with processes, such as nitrification, calcification, accumulation, toxicity and 
photosynthesis. [17] Some recent examples have been illustrated throughout this review.
In particular, ISEs have multiple strengths in terms of 
in situ
ion monitoring, including an excellent 
capacity for being implemented in submersible probes, low cost electronics, selective response to 
free-metal activity, fast response times and insensitivity to light, pressure and turbidity changes 
among others. However, ISEs also feature certain disadvantages that are extremely pertinent to 
particular applications and none strictly relevant for others. For example, lack of sensitivity and 
selectivity, inadequate long-term stability and lifetime and insufficient precision are selection of 
them. Curiously, most of these issues are partially related to the lack of selective and stable 
ionophores accompanied with polymeric membranes that present fouling and water adsorption 
over prolonged exposure to environmental conditions.

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Researchers that currently work on the development of ISEs (and derivatives) are aware of these 
weaknesses and efforts to those ends are being carried out in collaboration with organic and 
material chemists. Today, we are closer and closer to delivering great ISEs sensors made out of 
paper and rubbers on very small scale with implantable or submersible properties, from sensors 
that do not require frequent calibration to some where calibration is no longer needed. Extremely 
robust ISEs for environmental water research will be the next accomplishment.

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