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



tải về 1.01 Mb.
Chế độ xem pdf
trang8/15
Chuyển đổi dữ liệu14.09.2022
Kích1.01 Mb.
#53171
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   15
1-Mang- bien tinh dien cuc xu lý NO3-, PO4 3-
uftai-ve-tai-day27945
on-board
configuration. The presented device operates autonomously with measurements, calibration, 
fluidic control and acquisition triggers all integrated into a custom-built self-contained 
instrument.[94] A careful design of the potentiometric flow cell integrates all the fluidics 
components.[103] Specifically, six concentric channels drilled in an acrylic cell connect the sample 
with an outer solution placed in a beaker that contains a constantly renewed 3 M KCl solution 
(reference solution) (Figure 4). Notably, this configuration, based on using an external reference 
solution, has the inconvenience of consuming a large volume of concentrated KCl solution. Yet, 
advantageously, the proposed fluidics design allows the calibration of the potentiometric sensors 
between sample measurements (through a two-point bracket approach), providing more reliable 
data as demonstrated with the accomplished external validation.[103] Nonetheless, the frequent 
calibrations limit the continuity of the obtained profiles (Figure 4). The required time for the 
potentiometric measurements at one depth is additionally restricted by the use of an automated 
monitoring cycle for sampling. A deeper evaluation of the real need for electrode re-calibration 


14 
would be indispensable for possibly reducing the total analysis time and then improving the spatial 
and temporal resolution of the approach with respect to dynamic profiles. 
In a recent work, nitrate, ammonium, carbonate, Ca
2+
and pH levels were monitored in a lake at 
different depths and over 90 hours, supplying valuable 2D profiles.[103] Intriguing patterns were 
found for the mentioned ions, like the influence of the anoxic region on nitrate levels or day/night 
cycles of calcium. The extension of this approach to other natural water systems with 
biogeochemical interpretation may represent a promising challenge along these lines. 
Nevertheless, the proposed configuration is not compatible with 
in situ
measurements because of 
the inner filling configuration of the electrodes (backpressure issues).
Further efforts may be directed toward the translation of this concept into an all-solid-state 
configuration for the potentiometric sensors as previously commented herein, simplification and 
miniaturization of the fluidics and instrumentation as well as designing submersible housing while 
maintaining the flow mode. An all-solid-state reference electrode would be beneficial so as to 
avoid huge amounts of KCl necessary as the reference solution (for more background on all-solid-
state reference electrodes, see Zuliani et al.[24], Hu et al.[39] and Michalska et al.[41])
Although on-board and on-site configurations just necessitate the use of systems for water 
retrieval together with portable analytical devices, which seems simple 
a priori
, the creation of 
deployable devices for 
in situ
measurements is more complex. The development of submersible 
pressure resistant housings for the hardware utilized for the analytical readout is one of the key 
steps for this purpose. Today, this technology is very advanced and submersible multi-parametric 
probes are commercially available for 
in situ
water measurements, with various features, like 
temperature, pressure, conductivity, dissolved oxygen, pH, turbidity, dissolved CO
2
, nitrate, 
ammonium, chloride, having been successful implemented.[104-108] 
While in at early stages, commercial probes were mainly restricted to glass pH electrodes and 
dissolved CO
2
measurements, new designs also incorporated Cl

, nitrate and ammonium ISEs 
(the type of electrode unknown and restricted to freshwater and 17 m depths, [107]). Note that 


15 
dissolved CO
2
generally uses sensors based on gas-permeable membranes that suffer from 
(bio)fouling, and their employed is limited to freshwater based on the fact that the high amount of 
Cl

present in seawater severe interferes with the sensor.[109]
Custom-built submersible probes are also reported in the literature. The incorporation of a pH 
microelectrode together with other sensors within a small remote-operated vehicle (ROV) was 
described for the analysis of pore water.[33] The pH electrode was partially embedded in a 
cylindrical pressure housing containing the ROV controller, analogue signal processing boards 
and batteries. A long waterproof cable was connected to the potentiometer that was placed on a 
ship. Other pH electrodes have also been incorporated into different platforms, such as a those 
with a stainless steel frame connected to a winch with durable rope,[101] a rugged enclosure with 
an AM transmitter,[93] and a buoy additionally containing the potentiometer and a radio antenna 
to transmit data to a shore-based computer.[100] The profiles elicited are commonly based on pH 
values at different depths or for long-term monitoring. 
Camusso et al. [12] employed a Cu(II) jalpaite ion-selective electrode (Orion Model 94-29) and 
NH
3
-ISE (Orion Model 95-12) attached to a conductivity, temperature and depth (CTD) probe from 
Idronaut SRL (Italy).[106] Despite this contribution being outside of the focused scope of this 
review (for crystalline/glass ISE electrodes, refer to De Marco [20]), it is worth mentioning as it 
represents an early demonstration of potentiometric approaches for 
in situ
ion detection of 
environmentally important species using solid-state ISEs. The electrode-equipped CTD was 
deployed at a velocity of 10 m min
-1
, and a display monitor (Idronaut Model 401) featured the 
registered average values as a function of depth.[12]
Muller and Wehrli, pioneers of studies related to mineralization in surface sediments, carried out 

tải về 1.01 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   15




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2024
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương