總離子強度調節緩衝溶液

總離子強度調節緩衝溶液（TISAB，Total Ionic Strength Adjustment Buffer）是一種用於保持溶液具有較高的離子強度的緩衝溶液。通常來說，這種溶液主要應用在電位分析法上，尤其是與離子選擇性電極（英語：ion selective electrode）有關的電位分析。由於在電位分析法中的電位值往往與被分析離子的活度（而不是濃度）的對數成線性關係，總離子強度調節緩衝溶液對於分析的準確度有着至關重要的意義。

組成

一般來說，總離子強度調節緩衝溶液除了具有穩定離子強度的作用之外，還常常會附帶地具有一些其它的功能，以更好地提高分析的準確度。因此，一般來說總離子強度調節緩衝溶液具有以下的一種或多種成分：

• 高濃度惰性電解質。這是維持總離子強度穩定的關鍵。常用的惰性電解質包括硝酸鉀、氯化鈉、高氯酸鉀等。
• 酸鹼緩衝對。大部分的被分析物（英語：analyte）的存在形態與溶液的酸度是有關係的。為了保證被分析物全部以可以被檢出的形態存在，需要保證溶液的pH值處於一定的範圍。向溶液中加入緩衝溶液可以很好地做到這一點。根據所需要的pH的不同，用到的緩衝溶液種類也不同，最常用的是醋酸-醋酸鈉緩衝對。
• 掩蔽劑（英語：masking agent）。由於被分析的體系往往是複雜的，其中可能含有各種干擾物質干擾檢測，故溶液中往往需要加入適當的掩蔽劑來掩蔽干擾物。常見的掩蔽劑主要是絡合劑，在TISAB中應用較多的包括EDTA，檸檬酸鉀等。

實例

總離子強度緩衝溶液最常見的應用，見於用氟離子選擇性電極（英語：fluoride selective electrode）對氟離子的電位法測定之中。氟離子選擇性電極由內參比電極（英語：internal reference electrode）（常用銀-氯化銀電極（英語：silver chloride electrode））、內充液（一定濃度的氟化鈉與氯化鈉混合溶液）與氟化鑭晶片（摻有氟化鈣和氟化銪，以提高導電性）組成。其中最核心的部件就是氟化鑭晶片（這種晶片很薄，又稱為晶體膜）。將電極插入到待測離子的溶液時，溶液中的離子會被晶片吸附。而且，由於晶體缺陷的存在，還會發生離子的交換，從而在晶體膜表面建立了雙電層結構，並產生膜電位：

${\displaystyle \phi =K-{\frac {RT}{F}}\ln a(\mathrm {F^{-}} )}$

${\displaystyle \phi }$表示膜電位，${\displaystyle R}$為理想氣體常數，${\displaystyle T}$為熱力學溫度，${\displaystyle F}$為法拉第常數，${\displaystyle a(\mathrm {F^{-}} )}$表示氟離子的活度。由膜電位產生的機理可見，有多種因素對氟離子濃度測定的準確度存在影響，包括總離子強度，pH，溶液中共存的其它離子等。為此，一種總離子強度緩衝溶液的配製方法如下：

將102克硝酸鉀、83克醋酸鈉、32克檸檬酸鉀（均為無水鹽）和14毫升冰醋酸混合，並加入600毫升去離子水溶解，溶液的pH應為5.0至5.5，如超出這一範圍應該以氫氧化鈉溶液或醋酸調節，調節完成後用去離子水稀釋至1升。

下面就其中各組分的作用作簡要說明：

• 硝酸鉀：用於穩定總的離子強度。由於儀器直接測得的是電位，電位與活度的對數成線性關係。而濃度等於活度除以活度係數，因此為了準確測定濃度就需要保持恆定的活度係數。通常來說，用電位法測定的水樣中的氟離子濃度在${\displaystyle 10^{-2}\mathrm {mol} \cdot \mathrm {L} ^{-1}}$以下，因此${\displaystyle 1\mathrm {mol} \cdot \mathrm {L} ^{-1}}$的硝酸鉀溶液對於維持總離子強度是完全足夠的。
• 醋酸鈉-冰醋酸：緩衝對，用於維持溶液的pH，同時，醋酸鈉的存在對於維持離子強度也有一定作用。在氟離子選擇性電極中，保持pH恆定具有十分重要的意義。當pH過低時，氟離子將會與氫離子結合，形成HF分子或HF₂⁻等無法被晶體膜檢測出來的物種，嚴重干擾檢測，而pH過高時，氫氧根離子也可能與晶體膜表面作用並產生相應的信號，如果pH很高，還可能使氟化鑭轉化為氫氧化鑭，同樣嚴重干擾檢測。
• 檸檬酸鉀：掩蔽劑。由於它與金屬離子形成的主要是螯合物，故能很好地掩蔽很多的金屬離子。在水樣中常常會存在可以與氟離子形成絡合物的干擾離子，如Fe(III)，Al(III)等。這些離子的存在會使得溶液中自由存在的氟離子濃度降低。

參考文獻

• 李克安 (編). 电位分析法. 《分析化学教程》. 北京大學出版社. 2006年4月. ISBN 7-301-08146-4.