AC 임피던스 분석법을 이용한 K<sup>+</sup> 이온선택성 PVC막 전극 특성

김용렬; 안형환; 강안수

Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.9, No.6, 870-877, November, 1998

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AC 임피던스 분석법을 이용한 K⁺ 이온선택성 PVC막 전극 특성

Electrode Characteristics of K'Ion-Selective PVC Membrane Electrodes with AC Impedance Spectrum

김용렬, 안형환, 강안수

초록

본 연구에서는 임피던스 스펙트럼 분석법을 사용하여 중성운반체로 dibenzo-18-crown-6 (D18Cr6)와 valinomycin (Val)을 이용하여 K⁺이온선택성 PVC막 전극의 막과 용액게면에서의 임피던스 특성을 검토하였다. PVC막에 대한 운반체의 종류와 함량, 가소제, 막두께, 기본전해질의 혼입(doping)여부 및 이온의 농도변화 등을 교류임피던스 분석법을 이용하여 측정하였고, 그 결과를 전극특성과 비교·검토하고 PVC막 전극에서의 전달특성을 규명하였다. 교류 임피던스의 특성을 측정하여 중성운반체로 D18Cr6와 Val을 포함하고 있는 PVC막 전극의 등가회로는 막의 벌크저항과 전기이중층 용량을 포함하는 기하학적용량을 병렬로 하고, 용액저항과 직렬로 구성되는 임피던스의 등가회로임을 확인할 수 있었다. 그러나 저농도 및 저주파수 영역에서 약간의 전하전이저항과 Warburg저항이 나타나 중첩되는 것을 알 수 있었다. K⁺이온선택성 전극에서 운반체로서 D18Cr6가 Val중 D18Cr6가 기존의 Val보다 전극특성 및 임피던스 특성이 좋았으며 특히 D18Cr6에 기본전해질로 potassium tetraphenylborate (TPB)를 첨가한 경우 이상적인 전극을 제조할 수 있었다. 운반체의 최적 함량은 D18Cr6와 Val의 경우 3.23wt%부근이었고, 가소제는 DBP가 가장 적절하였다. 막두께가 얇아질수록 임피던스 특성이 좋아졌으나, 막두께가 최적 막두께 이하로 얇아지면 전극특성이 나빠짐을 알 수 있었다. D18Cr6의 경우 K⁺이온에 대한 혼합용액법에 의한 선택계수 서열은 다음과 같았다. NH₄⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > Na⁺

With impedance spectrum measurements, impedance was studied in the interface between sample solutions for K⁺ - ion selective PVC membrane electrode containing neutral carriers [dibenzo-18-crown-6 (D18Cr6) and valinomycine (Val)]. Response characteristics of electrode were examined by measuring AC impedance spectra that were resulted from the chemical structure and the content of carrier, variation of plasticizer, membrane thickness, doping of base electrolytes, and concentration variation of sample solution. Transport characteristics of PVC membrane electrode were also studied. It was found that the equivalent circuit for the membrane in K⁺ solution could be expressed by a series combination of solution resistance and a parallel circuit consisting of the bulk resistance and geometric capacitance of the membrane system. But the charge transfer resistance and Warburg resistance were overlapped a little in the low concentration and low frequency ranges. The carrier, D18Cr6 was best for electrode and impedance characteristics, and ideal electrode characteristics were appeared especially in case of doping of the base electrolyte[potassium tetraphenylborate(TPB)]. The optimum carrier content was about 3.23 wt% in case of D18Cr6 and Val. DBP was best as a plasticizer. As membrane thickness decreased the impedance characteristics was improved, but electrode characteristics were lowered for membrane thickness below the optimum. In the case of D18Cr6, the selectivity coefficients by the mixed solution method for the K⁺ ion were the order of NH₄⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > Na⁺.

Keywords:K⁺-ion Selective PVC Electrode;Electrode Potential;Dibenzo-18-crown-6;Valinomycin;Selectivity Coefficient;Base Electrolyte

[References]

Bailery PL, Ion-Sel. Electrode. Rev., 1, 81 (1979)
Buck RP, Ion-Sel. Electrode. Rev., 4, 3 (1982)
Mikhelson KN, Sens. Actuator, 18-19, 31 (1994)
Armstrong RD, Covington AK, Evans GP, J. Electroanal. Chem., 159, 33 (1983)
Bard AJ, Faulkner LR, "Electrochemical Methods-Fundamentals and Applications," John Wiley and Sons, New York (1980)
Armstrong RD, Horvai G, Electrochim. Acta, 35, 1 (1990)
Armstrong RD, Electrochim. Acta, 32, 1549 (1987)
Armstrong RD, Nikitas P, Electrochim. Acta, 30, 1627 (1985)
Hulanicki A, Maj-Zurawka M, Anal. Chim. Acta, 98, 151 (1978)
Nahir TM, Buck RP, Electrochim. Acta, 38, 2691 (1993)
Nahir TM, Buck RP, J. Phys. Chem., 97, 12363 (1993)
Barton AFM, "CRC Handbook of Solubility Parameters and Other Cohesion Parameter," CRC Press, Inc. (1985)
Hassan SKAG, Moody GJ, Thomos JDR, Analyst, 105, 147 (1980)
Masuda Y, Liu J, Sekido E, J. Electroanal. Chem., 313, 95 (1991)
Armstrong RD, Todd M, J. Electroanal. Chem., 248, 131 (1988)
hara H, Okazaki S, Fujimaga T, Bull. Chem. Soc. Jpn., 54, 2904 (1981)
Koryta J, Stulik K, "Ion-Selective Electrode," 2rd ed., Cambridge Univ. Press, London (1983)
Lehn JM, Sauvage JP, J. Am. Chem. Soc., 97, 6700 (1975)
문성명, "pH 측정," 해외과학기술연구소 (1987)
김용렬, 박사학위논문, 명지대학교 (1977)
안형환, 김용렬, 강현춘, 이한섭, 이병철, 강안수, 멤브레인, 3, 126 (1993)
Xie SL, Cammann K, J. Electroanal. Chem., 229, 249 (1987)
Liu J, Masuda Y, Sekido E, Analyst, 115, 1089 (1990)
Horvai G, Graf E, Toth K, Pungor E, Buck RP, Anal. Chem., 58, 2735 (1986)

[1] Bailery PL, Ion-Sel. Electrode. Rev., 1, 81 (1979)

[2] Buck RP, Ion-Sel. Electrode. Rev., 4, 3 (1982)

[3] Mikhelson KN, Sens. Actuator, 18-19, 31 (1994)

[4] Armstrong RD, Covington AK, Evans GP, J. Electroanal. Chem., 159, 33 (1983)

[5] Bard AJ, Faulkner LR, "Electrochemical Methods-Fundamentals and Applications," John Wiley and Sons, New York (1980)

[6] Armstrong RD, Horvai G, Electrochim. Acta, 35, 1 (1990)

[7] Armstrong RD, Electrochim. Acta, 32, 1549 (1987)

[8] Armstrong RD, Nikitas P, Electrochim. Acta, 30, 1627 (1985)

[9] Hulanicki A, Maj-Zurawka M, Anal. Chim. Acta, 98, 151 (1978)

[10] Nahir TM, Buck RP, Electrochim. Acta, 38, 2691 (1993)

[11] Nahir TM, Buck RP, J. Phys. Chem., 97, 12363 (1993)

[12] Barton AFM, "CRC Handbook of Solubility Parameters and Other Cohesion Parameter," CRC Press, Inc. (1985)

[13] Hassan SKAG, Moody GJ, Thomos JDR, Analyst, 105, 147 (1980)

[14] Masuda Y, Liu J, Sekido E, J. Electroanal. Chem., 313, 95 (1991)

[15] Armstrong RD, Todd M, J. Electroanal. Chem., 248, 131 (1988)

[16] hara H, Okazaki S, Fujimaga T, Bull. Chem. Soc. Jpn., 54, 2904 (1981)

[17] Koryta J, Stulik K, "Ion-Selective Electrode," 2rd ed., Cambridge Univ. Press, London (1983)

[18] Lehn JM, Sauvage JP, J. Am. Chem. Soc., 97, 6700 (1975)

[19] 문성명, "pH 측정," 해외과학기술연구소 (1987)

[20] 김용렬, 박사학위논문, 명지대학교 (1977)

[21] 안형환, 김용렬, 강현춘, 이한섭, 이병철, 강안수, 멤브레인, 3, 126 (1993)

[22] Xie SL, Cammann K, J. Electroanal. Chem., 229, 249 (1987)

[23] Liu J, Masuda Y, Sekido E, Analyst, 115, 1089 (1990)

[24] Horvai G, Graf E, Toth K, Pungor E, Buck RP, Anal. Chem., 58, 2735 (1986)