Glass electrode
কাচের বিদ্যুদ্বাহক হল এক ধরনের আয়ন-নির্বাচনী বিদ্যুদ্বাহক যা একটি ডোপড কাচের ঝিল্লি দিয়ে তৈরি যা একটি নির্দিষ্ট আয়নটির প্রতি সংবেদনশীল। আয়ন-সিলেক্টিভ গ্লাস ইলেক্ট্রোডগুলির সবচেয়ে সাধারণ প্রয়োগ হল পিএইচ পরিমাপের জন্য। পিএইচ বিদ্যুদ্বাহক একটি কাঁচের বিদ্যুদ্বাহকের উদাহরণ যা হাইড্রোজেন আয়নগুলির প্রতি সংবেদনশীল। কাঁচের বিদ্যুদ্বাহকগুলি রাসায়নিক বিশ্লেষণ এবং ভৌত রাসায়নিক অধ্যয়নের জন্য যন্ত্র তৈরিতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। কাঁচের বিদ্যুদ্বাহকের ভোল্টেজ, কিছু রেফারেন্স মানের সাপেক্ষে, একটি নির্দিষ্ট ধরনের আয়নগুলির ক্রিয়াকলাপের পরিবর্তনের প্রতি সংবেদনশীল। কাচ বিদ্যুদ্বাহকের (জিই) প্রথম গবেষণায় ক্ষার ধাতু আয়নগুলির প্রভাবের কারণে মাধ্যমের অম্লতা (পিএইচ) পরিবর্তন করতে বিভিন্ন চশমার বিভিন্ন সংবেদনশীলতা পাওয়া গেছে। 1906 সালে এরিকা ক্রেমারের জনক এম. ক্রেমার নির্ধারণ করেন যে, কাচের ঝিল্লির বিপরীত দিকে অবস্থিত তরলের অংশগুলির মধ্যে যে বৈদ্যুতিক সম্ভাব্যতা উৎপন্ন হয় তা অ্যাসিডের ঘনত্বের (হাইড্রোজেন আয়ন ঘনত্ব) আনুপাতিক। 1909 সালে, এস. পি. এল. সোরেনসেন পিএইচ-এর ধারণাটি প্রবর্তন করেন এবং একই বছরে এফ. হ্যাবার এবং জেড. ক্লেমেনসিভিচ দ্য সোসাইটি অফ কেমিস্ট্রি ইন কার্লসরুহে-তে কাচের বিদ্যুদ্বাহকের উপর তাদের গবেষণার ফলাফল রিপোর্ট করেন। 1922 সালে, ডব্লিউ. এস. হিউজেস দেখিয়েছিলেন যে ক্ষার-সিলিকেট জিই হাইড্রোজেন বিদ্যুদ্বাহকের অনুরূপ, যা এইচ +-এর ক্ষেত্রে বিপরীতমুখী। 1925 সালে, পি. এম. টুকি কেরিজ রক্তের নমুনা বিশ্লেষণের জন্য প্রথম কাচের বিদ্যুদ্বাহক তৈরি করেন এবং কাচের উচ্চ প্রতিরোধের (50-150 এম. ও. এম.) মতো সরঞ্জামগুলির সাথে কিছু ব্যবহারিক সমস্যা তুলে ধরেন। তার পিএইচডি চলাকালীন, কেরিজ ক্ষুদ্র কাচের বিদ্যুদ্বাহক তৈরি করেছিলেন, লাল তাপে প্ল্যাটিনামকে প্ল্যাটিনাম ক্লোরাইডের সাথে তাপ চিকিত্সা করে সরঞ্জামটির পৃষ্ঠ এলাকা সর্বাধিক করে তুলেছিলেন, এইভাবে অনেক বড় সংকেত সক্ষম করেছিলেন; তার নকশাটি আজ ব্যবহৃত অনেক কাচের বিদ্যুদ্বাহকের পূর্বসূরি ছিল। প্রয়োগ গ্লাস ইলেক্ট্রোডগুলি সাধারণত পিএইচ পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয়। লিথিয়াম, সোডিয়াম, অ্যামোনিয়াম এবং অন্যান্য আয়নগুলির ঘনত্ব নির্ধারণের জন্য বিশেষ আয়ন সংবেদনশীল কাচের বিদ্যুদ্বাহকও রয়েছে। কাঁচের বিদ্যুদ্বাহকগুলি বিশুদ্ধ গবেষণা, শিল্প প্রক্রিয়াগুলির নিয়ন্ত্রণ, খাদ্য ও প্রসাধনীগুলির বিশ্লেষণ, পরিবেশগত সূচকগুলির পরিমাপ এবং কোষের ঝিল্লির বৈদ্যুতিক সম্ভাবনা এবং মাটির অম্লতা সহ মাইক্রোইলেক্ট্রড পরিমাপ সহ বিস্তৃত প্রয়োগগুলিতে ব্যবহার করা হয়েছে। প্রকার প্রায় সমস্ত বাণিজ্যিক বিদ্যুদ্বাহক একক-চার্জযুক্ত আয়নগুলিতে সাড়া দেয়, যেমন H +, Na +, Ag +। সর্বাধিক প্রচলিত কাচ বিদ্যুদ্বাহক হল পিএইচ-বিদ্যুদ্বাহক। শুধুমাত্র কয়েকটি ক্যালকোজেনাইড কাচের বিদ্যুদ্বাহক ডাবল-চার্জড আয়নগুলির প্রতি সংবেদনশীল, যেমন Pb2 +, Cd2 + এবং আরও কিছু। দুটি প্রধান কাচ-গঠন ব্যবস্থা রয়েছেঃ সিলিকন ডাই অক্সাইডের (সিওও2) আণবিক নেটওয়ার্কের উপর ভিত্তি করে সিলিকেট ম্যাট্রিক্স এবং অন্যান্য ধাতব অক্সাইড, যেমন Na, K, Li, Al, B, Ca, ইত্যাদির সংযোজন। এবং এ. এস. এস, এ. এস. ই, এ. এস. টি-র একটি আণবিক নেটওয়ার্কের উপর ভিত্তি করে ক্যালকোজেনাইড ম্যাট্রিক্স। আয়নগুলিকে হস্তক্ষেপ করা কাচের ঝিল্লির আয়ন-বিনিময় প্রকৃতির কারণে, অন্যান্য আয়নগুলির পক্ষে কাচের আয়ন-বিনিময় কেন্দ্রগুলির সাথে একযোগে যোগাযোগ করা এবং পিএইচ বা অন্যান্য বিদ্যুদ্বাহক ক্রিয়াকলাপের উপর পরিমাপ করা বিদ্যুদ্বাহক সম্ভাবনার রৈখিক নির্ভরশীলতাকে বিকৃত করা সম্ভব। কিছু কিছু ক্ষেত্রে, বিদ্যুদ্বাহকের কার্যকারিতা এক আয়ন থেকে অন্য আয়ন-এ পরিবর্তন করা সম্ভব। উদাহরণস্বরূপ, কিছু সিলিকেট পি. পি. এন. এ-ইলেকট্রোড সিলভার লবণের দ্রবণে ভিজিয়ে পি. এ. জি ফাংশনে পরিবর্তন করা যেতে পারে। হস্তক্ষেপের প্রভাবগুলি সাধারণত অর্ধ-পরীক্ষামূলক নিকোলস্কি-শুল্টজ-আইজেনম্যান সমীকরণ (নিকোলস্কি-শুল্টজ-আইজেনম্যান সমীকরণ নামেও পরিচিত) দ্বারা বর্ণনা করা হয়, যা নার্নস্ট সমীকরণের একটি সম্প্রসারণ। এটি দেওয়া হয় যেখানে E হল ই. এম. এফ, E0 হল স্ট্যান্ডার্ড বিদ্যুদ্বাহক সম্ভাব্যতা, z হল চিহ্ন সহ আয়নিক সংযোজকতা, a ক্রিয়াকলাপ, i হল সুদের আয়ন, j হল হস্তক্ষেপকারী আয়ন এবং কিজ হল নির্বাচন সহগ। সিলেক্টিভিটি কোয়েফিসিয়েন্ট যত ছোট হবে, জে-এর ইন্টারফেরেন্স তত কম হবে। একটি পিএইচ-ইলেক্ট্রোডে Na +-এর হস্তক্ষেপকারী প্রভাব দেখতেঃ একটি পিএইচ গ্লাস বিদ্যুদ্বাহকের পরিসীমা ধ্রুবক ঘনত্বে পিএইচ পরিসীমা 3টি ভাগে বিভক্ত করা যেতে পারেঃ সাধারণ বিদ্যুদ্বাহক ক্রিয়ার সম্পূর্ণ উপলব্ধি, যেখানে সম্ভাব্যতা পিএইচ-এর উপর রৈখিকভাবে নির্ভর করে, হাইড্রোনিয়ামের জন্য একটি আয়ন-নির্বাচনী বিদ্যুদ্বাহক উপলব্ধি করে। যেখানে F হল ফ্যারাডের ধ্রুবক (নের্নস্ট সমীকরণ দেখুন)। ক্ষারীয় ত্রুটির পরিসীমা-হাইড্রোজেন আয়নগুলির কম ঘনত্বে (পিএইচ-এর উচ্চ মান) হস্তক্ষেপকারী ক্ষারীয় ধাতুগুলির (যেমন লি, না, কে) অবদান হাইড্রোজেন আয়নগুলির সাথে তুলনীয়। এই পরিস্থিতিতে পিএইচ-এর উপর সম্ভাবনার নির্ভরতা অ-রৈখিক হয়ে যায়। সাধারণত পিএইচ> 12-এ এবং প্রতি লিটারে 0.1 মোল বা তার বেশি লিথিয়াম বা সোডিয়াম আয়নগুলির ঘনত্বে এই প্রভাব লক্ষ্য করা যায়। পটাসিয়াম আয়নগুলি সাধারণত সোডিয়াম আয়নগুলির তুলনায় কম ত্রুটি সৃষ্টি করে। অ্যাসিডিক ত্রুটির পরিসীমা-হাইড্রোজেন আয়নগুলির খুব উচ্চ ঘনত্বে (পিএইচ-এর কম মান) পিএইচ-এর উপর বিদ্যুদ্বাহকের নির্ভরতা অ-রৈখিক হয়ে যায় এবং দ্রবণে অ্যানায়নগুলির প্রভাবও লক্ষণীয় হয়ে ওঠে। এই প্রভাবগুলি সাধারণত পিএইচ <-1-এ লক্ষণীয় হয়ে ওঠে। চরম পিএইচ পরিসরে কাজ করার জন্য বিশেষ ইলেক্ট্রোড রয়েছে। নির্মাণ একটি সাধারণ আধুনিক পিএইচ প্রোব হল একটি সংমিশ্রণ বিদ্যুদ্বাহক, যা কাচ এবং রেফারেন্স বিদ্যুদ্বাহক উভয়কেই একটি বস্তুতে একত্রিত করে। সংমিশ্রণ বিদ্যুদ্বাহকটি নিম্নলিখিত অংশগুলি নিয়ে গঠিত (অঙ্কনটি দেখুন): বিদ্যুদ্বাহকের একটি সংবেদনশীল অংশ, একটি নির্দিষ্ট কাচের অভ্যন্তরীণ বিদ্যুদ্বাহক থেকে তৈরি একটি বাল্ব, সাধারণত সিলভার ক্লোরাইড বিদ্যুদ্বাহক বা ক্যালোমেল বিদ্যুদ্বাহক অভ্যন্তরীণ দ্রবণ, সাধারণত একটি পিএইচ = 7 বাফারযুক্ত দ্রবণ যা পিএইচ বিদ্যুদ্বাহকের জন্য 0.1 মোল/এল কেসিএল বা পিএম বিদ্যুদ্বাহকের জন্য 0.1 মোল/এল এমসিএল, যখন সিলভার ক্লোরাইড বিদ্যুদ্বাহক ব্যবহার করা হয়, কাচের বিদ্যুদ্বাহক রেফারেন্স বিদ্যুদ্বাহকের ভিতরে অল্প পরিমাণে এজিসিএল অবক্ষেপিত হতে পারে, সাধারণত 2 রেফারেন্স অভ্যন্তরীণ দ্রবণের মতো একই প্রকার, সাধারণত 3 মোল/এল কেসিএল জংশন অধ্যয়ন করা দ্রবণ সহ, সাধারণত সিরামিক বা ক্যাপিলারি থেকে অ্যাসবেস্টস বা কোয়ার্টজ ফাইবারের সাথে তৈরি হয়। অ-পরিবাহী কাচ বা প্লাস্টিক থেকে তৈরি বিদ্যুদ্বাহক। একটি পিএইচ বিদ্যুদ্বাহক বেলুনের নিচের অংশ একটি গোলাকার পাতলা কাচের বাল্বে পরিণত হয়। পিএইচ বিদ্যুদ্বাহককে একটি নলের মধ্যে একটি নল হিসাবে বিবেচনা করা হয়। অভ্যন্তরীণ নলটিতে একটি অপরিবর্তনীয় 1 × 10−7 মোল/এল এইচসিএল দ্রবণ থাকে। এছাড়াও অভ্যন্তরীণ নলের ভিতরে রেফারেন্স প্রোবের ক্যাথোড টার্মিনাস রয়েছে। অ্যানোডিক টার্মিনাসটি অভ্যন্তরীণ নলের বাইরের চারপাশে নিজেকে আবৃত করে এবং অভ্যন্তরীণ নলের অভ্যন্তরে একই ধরণের রেফারেন্স প্রোব দিয়ে শেষ হয়। এটি কেসিএল-এর একটি রেফারেন্স দ্রবণে ভরা হয় এবং পিএইচ প্রোবের বাইরের দ্রবণের সাথে একটি ছিদ্রযুক্ত প্লাগের মাধ্যমে যোগাযোগ করে যা লবণ সেতু হিসাবে কাজ করে। গ্যালভানিক কোষের পরিকল্পিত উপস্থাপনা এই বিভাগটি দুটি স্বতন্ত্র ধরনের বিদ্যুদ্বাহকের কার্যকারিতাকে একটি একক হিসাবে বর্ণনা করে যা কাচের বিদ্যুদ্বাহক এবং রেফারেন্স বিদ্যুদ্বাহক উভয়কেই একটি বস্তুতে একত্রিত করে। এটা একটু ব্যাখ্যার দাবি রাখে। এই যন্ত্রটি মূলত একটি গ্যালভানিক কোষ যা পরিকল্পিতভাবে উপস্থাপন করা যেতে পারেঃ গ্লাস ইলেক্ট্রোড।। রেফারেন্স সলিউশন।। টেস্ট সলিউশন।। গ্লাস ইলেক্ট্রোড এজি (গুলি)। এজিসিএল (গুলি)। কেসিএল (একিউ)।। গ্লাস মেমব্রেন।। টেস্ট সলিউশন।। জংশন।। কেসিএল (একিউ)। এজিসিএল (গুলি)। এজি (গুলি) গ্যালভানিক কোষের এই পরিকল্পিত উপস্থাপনায়, "টেস্ট সলিউশন" দ্বারা দখল করা সারির কেন্দ্র থেকে দেখা বাম এবং ডান সদস্যদের মধ্যে প্রতিসাম্য লক্ষ্য করা যাবে (সমাধান যার পিএইচ পরিমাপ করা আবশ্যক)। অন্য কথায়, কাচের ঝিল্লি এবং সিরামিক জংশন উভয়ই নিজ নিজ বিদ্যুদ্বাহকে (নির্দেশক (সংবেদনশীল) বিদ্যুদ্বাহক বা রেফারেন্স বিদ্যুদ্বাহক) একই আপেক্ষিক স্থান দখল করে। দ্বৈত "পাইপ প্রতীক" (।।) একটি বিচ্ছুরিত বাধা নির্দেশ করে যা (কাচের ঝিল্লি), বা ধীর (সিরামিক জংশন), বিভিন্ন সমাধানের মিশ্রণকে বাধা দেয়। বাম এবং ডানদিকে একই ইলেক্ট্রোড ব্যবহার করে, ইন্টারফেসে উত্পন্ন যে কোনও সম্ভাব্যতা একে অপরকে বাতিল করে দেয় (নীতিগতভাবে), যার ফলে সিস্টেম ভোল্টেজ শুধুমাত্র কাচের ঝিল্লি এবং পরীক্ষার সমাধানের মিথস্ক্রিয়ার উপর নির্ভরশীল। বিদ্যুদ্বাহকের পরিমাপের অংশ, নীচে কাচের বাল্ব, একটি হাইড্রেটেড জেলের ~ 10 এনএম স্তর দিয়ে ভিতরে এবং বাইরে উভয়ই প্রলেপ দেওয়া হয়। এই দুটি স্তর শুকনো কাচের একটি স্তর দ্বারা পৃথক করা হয়। সিলিকা কাচের কাঠামো (অর্থাৎ, এর পারমাণবিক কাঠামোর গঠন) এমনভাবে তৈরি করা হয় যাতে এটি Na + আয়নগুলিকে কিছু গতিশীলতা দেয়। হাইড্রেটেড জেলের ধাতব ক্যাটায়নগুলি (Na +) কাচ থেকে এবং দ্রবণে ছড়িয়ে পড়ে এবং দ্রবণ থেকে H + হাইড্রেটেড জেলের মধ্যে ছড়িয়ে পড়তে পারে। এটি হাইড্রেটেড জেল যা পিএইচ বিদ্যুদ্বাহককে আয়ন-নির্বাচনী বিদ্যুদ্বাহক করে তোলে। এইচ + পিএইচ বিদ্যুদ্বাহকের কাঁচের ঝিল্লি অতিক্রম করে না, এটি Na + যা অতিক্রম করে এবং মুক্ত শক্তির পরিবর্তনের দিকে পরিচালিত করে। যখন একটি আয়ন ক্রিয়াকলাপের একটি অঞ্চল থেকে ক্রিয়াকলাপের অন্য অঞ্চলে ছড়িয়ে পড়ে, তখন একটি মুক্ত শক্তি পরিবর্তন হয় এবং এটিই পিএইচ মিটার আসলে পরিমাপ করে। হাইড্রেটেড জেল ঝিল্লি Na + পরিবহন দ্বারা সংযুক্ত এবং এইভাবে ঝিল্লির বাইরের দিকে H + এর ঘনত্ব Na + দ্বারা ঝিল্লির অভ্যন্তরে 'রিলে' করা হয়। সমস্ত কাচের পিএইচ বিদ্যুদ্বাহকের 50 থেকে 500 এম. ও. এম পর্যন্ত অত্যন্ত উচ্চ বৈদ্যুতিক প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে। অতএব, কাঁচের বিদ্যুদ্বাহক শুধুমাত্র পিএইচ মিটারের মতো একটি উচ্চ ইনপুট-প্রতিবন্ধকতা পরিমাপের যন্ত্রের সাথে ব্যবহার করা যেতে পারে, বা আরও সাধারণভাবে, একটি উচ্চ ইনপুট-প্রতিবন্ধক ভোল্টমিটার যা একটি ইলেক্ট্রোমিটার বলা হয়। সীমাবদ্ধতা কাচ বিদ্যুদ্বাহকের নির্মাণের প্রকৃতির কারণে কিছু অন্তর্নিহিত সীমাবদ্ধতা রয়েছে। অ্যাসিড এবং ক্ষারীয় ত্রুটিগুলি উপরে আলোচনা করা হয়েছে। কাচ/তরল ইন্টারফেসে উপস্থিত অসমতা সম্ভাবনার অস্তিত্বের ফলে একটি গুরুত্বপূর্ণ সীমাবদ্ধতা দেখা দেয়। এই ঘটনাগুলির অস্তিত্বের অর্থ হল যে কাচের বিদ্যুদ্বাহকগুলি ব্যবহারের আগে সর্বদা ক্রমাঙ্কন করা আবশ্যক; ক্রমাঙ্কন করার একটি সাধারণ পদ্ধতিতে স্ট্যান্ডার্ড বাফার সমাধানের ব্যবহার জড়িত। এছাড়াও, অভ্যন্তরীণ দ্রবণের মধ্যে এবং বাইরে ছড়িয়ে পড়ার কারণে ধীরে ধীরে অবনতি ঘটে। এই প্রভাবগুলি মুখোশ করা হয় যখন বিদ্যুদ্বাহকটি বাফার সমাধানের বিরুদ্ধে ক্রমাঙ্কন করা হয় তবে আদর্শ প্রতিক্রিয়া থেকে বিচ্যুতিগুলি সহজেই একটি গ্রান প্লটের মাধ্যমে পর্যবেক্ষণ করা হয়। সাধারণত, বিদ্যুদ্বাহক প্রতিক্রিয়ার ঢাল কয়েক মাসের মধ্যে হ্রাস পায়। পরিমাপের মধ্যে যে কোনও কাচ এবং ঝিল্লি বিদ্যুদ্বাহককে তার নিজস্ব আয়ন দ্রবণে রাখা উচিত। কাচের ঝিল্লি শুকিয়ে যাওয়া থেকে বিরত রাখা প্রয়োজন কারণ কর্মক্ষমতা একটি হাইড্রেটেড স্তরের অস্তিত্বের উপর নির্ভরশীল, যা ধীরে ধীরে গঠিত হয়। আরও দেখুন পোটেন্সিওমেট্রি আয়ন-সিলেক্টিভ ইলেক্ট্রোড আইএসএফইটি পিএইচ ইলেক্ট্রোড ক্যালকোজেনাইড গ্লাস কুইনহাইড্রোন ইলেক্ট্রোড সলিড স্টেট ইলেক্ট্রোড রেফারেন্স ই. পি. নিকোলস্কি, এম. এম. শুল্টজ, এবং অন্যান্য, ভেস্টান। লেনিঙ্গার। ইউনিভার্সিটি, সার্। ফিজ। আমি খিম, 18, নং। 4, 73-186 (1963) (নিবন্ধগুলির এই সিরিজটি ইলেক্ট্রোড বৈশিষ্ট্য এবং বিভিন্ন ধরণের চশমার রাসায়নিক স্থায়িত্বের উপর কাচের গঠনের পরিবর্তনের প্রভাবের উপর রাশিয়ান কাজের সংক্ষিপ্তসার) বাহ্যিক লিঙ্কগুলি পিএইচ ইলেক্ট্রোড ব্যবহারিক/তাত্ত্বিক তথ্য টাইট্রেশন কাচের ইলেক্ট্রোড এবং পিএইচ গণনার সাথে-ফ্রিওয়্যার ইলেক্ট্রোড গ্লাস অ্যাপ্লিকেশন