ionenselektive Elektroden, ionensensitive Elektroden, Indikatorelektroden (Elektrode), die ein aktives Material enthalten, an dessen Phasengrenze zur Probelösung eine Potentialdifferenz entsteht, die von der Aktivität eines bestimmten Ions in dieser Lösung abhängt.

ionenselektive Elektroden. Tab.: Die wichtigsten ionenselektiven Elektroden und ihre Eigenschaften.

^b [Ni(o-phen)₃]²⁺ – Tris-(o-Phenanthrolin)-nickel(II)-Ion.

Zur Bestimmung der Potentialdifferenz muß die i. E. mit einer Referenzelektrode zu einer Meßkette kombiniert werden. Die relative Elektrodenspannung U (EMK) der Meßkette hängt von der Aktivität des zu bestimmenden Ions ab und läßt sich im Idealfall durch die Nernst-Gleichung beschreiben: Bei 25 °C gilt dann U = U⁰ + 0,059 / z_i lg a_i. Es bedeuten U⁰ das Standardelektrodenpotential in einer Lösung mit a_i = 1, + das Vorzeichen bei Kationen, – das Vorzeichen bei Anionen, z_i die elektrochem. Wertigkeit des Meßions, a_i die Aktivität des Meßions. Der lineare Zusammenhang zwischen U und dem Logarithmus der Aktivität des Meßions gilt nur für einen begrenzten Bereich. Unterhalb einer für jede i. E. charakteristischen Aktivität, der Nachweisgrenze, ist die relative Elektrodenspannung unabhängig von der Aktivität des Meßions. Der Faktor vor dem Logarithmus wird als Steilheit der Meßkette bezeichnet und stellt ein Gütekriterium für diese dar. Bei Änderung der Aktivität des Meßions um eine Zehnerpotenz beträgt die Steilheit theoretisch bei einwertigen Ionen 59,16 mV, bei zweiwertigen nur die Hälfte davon. Da bei dreiwertigen Ionen dieser Wert auf 19,72 mV absinkt und damit gegenüber einer üblichen Meßgenauigkeit von etwa + 0,1 mV sehr klein wird, sind hauptsächlich i. E. für ein- und zweiwertige Ionen bekannt. In der Praxis sind die Steilheiten meistens kleiner und erreichen etwa 90 bis 98 % der theoretischen Werte.

I. E. sprechen meist nicht nur auf eine bestimmte Ionensorte an, sondern die Potentialeinstellung wird i. a. auch durch andere Ionensorten beeinflußt (Querempfindlichkeit).

Das aktive Material einer i. E. besteht aus einer Membran, die in Form einer Scheibe am Ende eines Glas- oder Kunststoffrohres eingekittet oder festgeklebt wird. Das Rohr enthält eine Innenlösung und eine innere Referenzelektrode. Die Membranen bestehen entweder aus einem Einkristall oder aus polykristallinem Material.

I. E. mit solchen Membranen enthalten heute oftmals keine Innenlösung und keine innere Referenzelektrode, sondern einen festen Kontakt zur Potentialableitung und werden dann als "allsolid-state" i. E. bezeichnet. Es existieren auch Flüssigkeitsmembranen, bei denen eine mit Wasser nicht mischbare Phase die aktive Komponente enthält. Die flüssige Phase wird entweder durch poröse Materialien gestützt oder man vermischt sie mit PVC in Art eines Weichmachers und erhält so gummiartige, feste Membranen. Da diese leicht an übliche Elektrodenkörper anzubringen sind, nimmt die Bedeutung solcher PVC-Matrix-Membranen zu. Als aktive Komponenten enthalten solche Membranen entweder Ionenaustauscher, z. B. quartäre, langkettige Ammoniumsalze, oder neutrale, organische Moleküle (z. B. Valinomycin), die in einem organischen Lösungsmittel mit hoher Dielektrizitätskonstante gelöst sind und die Metall-Ionen komplexieren.

Die Meßtechnik mit i. E. entspricht weitgehend der pH-Meßtechnik und verwendet z. T. die gleichen Geräte. Primär wird die Aktivität der freien Ionen in der Lösung gemessen. Durch eine vorherige Kalibrierung der i. E. läßt sich daraus die Konzentration bestimmen.

Der Einsatz von i. E. wächst ständig (s. Tab.). Sie finden vor allem in der Umwelt-, medizinischen und Bioanalytik Verwendung.