Принцип измерения величины рН

РH-метры

Назначение

рН-метры в основном являются приборами, предназначенными для определения величины рН и окислительно-восстановительных потенциалов водных растворов, а также для использования в качестве высокоомного милливольтметра.

Прибором можно производить измерения как методом отбора проб с помощью входящих в комплект датчиков, так и непосредственно в лабораторных установках.

Приборы рассчитаны для использования в научно-исследовательских учреждениях, промышленных предприятиях и различных отраслях народного хозяйства.

На производстве в основном используются рН-метры типа рН-210, рН-215 и др., а также иономеры, предназначенные для определения активности одно- и двухвалентных анионов и катионов (величины рХ) в водных растворах, типа И-120, И-130, И-135 и др.

Принцип измерения величины рН

Для измерения величины рН используется потенциометрический метод анализа, который основан на использовании зависимости электрического сигнала (потенциала) специального датчика, называемого измерительным электродом, от состава анализируемого раствора. Измерительный электрод реагирует на ионы водорода, а его потенциал зависит от содержания этих ионов в растворе и подчиняется уравнению Нернста:

Е = Е₀ + R×T/F×ln a_н = Е₀ - 2,3×R×T/F×рН,

где R - универсальная газовая постоянная, равная 8,315 × 10⁷ эрг/C × моль;

Т - температура раствора, К;

F - 96000 кулон/г экв (число Фарадея);

а_н - активность ионов водорода в растворе;

рН - величина рН раствора;

Е₀ - потенциал стеклянного электрода по отношению к

стандартному водородному электроду при а_н=1.

Абсолютную величину потенциала в настоящее время измерить невозможно, однако можно измерить потенциал относительно другого электрода, потенциал которого не зависит от состава раствора и условно равен нулю. Такой электрод называется электродом сравнения или вспомогательным электродом.

Таким образом, измерения всегда проводятся при помощи двух электродов: измерительного и электрода сравнения. Кроме того, в настоящее время существуют комбинированные электроды, которые в одном корпусе содержат оба электрода и измерительный, и сравнительный.

Кроме того следует знать, что электродная функция зависит от температуры раствора. Эта зависимость показана на графике.

С увеличением температуры увеличивается наклон (крутизна) электродной характеристики.

Концентрация анализируемых ионов, пнри которой потенциал электрода не зависит от температуры, называется изопотенциальной точкой.

Значения концентрации раствора и потенциала электрода в этой точке называют координатами изопотенциальной точки.

Для стеклянных электродов координаты изопотенциальной точки нормируются, т.е. указываются изготовителем, а для прочих электродов обычно нет. Современные измерительные приборы позволяют автоматически учитывать температурные изменения электродной характеристики (термокомпенсация), для этого в прибор должны быть введены координаты изопотенциальной точки и текущая температура. Последняя может вводиться либо вручную, либо посредством термодатчика, подключенного к прибору.

При выборе электродов, рекомендуется выбирать такой электрод, изопотенциальная точка которого, лежит вблизи средней концентрации анализируемых растворов.

Рассмотрим измерительную систему со стеклянными измерительным и вспомогательным электродами, схема которой приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема измерения величины рН раствора

Полый шарик из электродного стекла; 2 - стеклянный электрод; 3 - внутренний контактный электрод; 4 - вспомогательный электрод; 5 - электролитический ключ; 6 - пористая перегородка; 7 - милливольтметр.

При погружении электрода в раствор между поверхностью шарика 1 стеклянного электрода и раствором происходит обмен ионами, в результате которого ионы лития в поверхностных слоях стекла замещаются ионами водорода, и стеклянный электрод приобретает свойства водородного электрода.

Между поверхностью стекла и контролируемым раствором возникает разность потенциалов Е_х, величина которой определяется активностью ионов водорода в растворе и его температурой.

Для создания электрической цепи при измерении применяются контактные электроды: внутренний контактный электрод 3, осуществляющий электрический контакт с раствором, заполняющим внутреннюю часть стеклянного электрода, и внешний контактный электрод (вспомогательный электрод) 4, осуществляющий электрический контакт с контролируемым раствором.

Для защиты от воздействия высоких температур (при измерении рН растворов, температура которых выше температуры окружающего воздуха) вспомогательный электрод помещают вне контролируемого раствора и связь с ним осуществляется с помощью электролитического ключа 5 – трубки, наполненной раствором хлористого калия и заканчивающейся пробкой со стеклянным волокном 6.

Раствор хлористого калия непрерывно просачивается через стеклянное волокно пробки, предотвращая проникновение из контролируемого раствора в систему электрода 4 посторонних ионов, которые могли бы изменить величину потенциала электрода.

Электродвижущая сила электродной системы равна алгебраической сумме потенциалов контактов электродов Е_к и Е_всп потенциала, возникающего на внутренней поверхности стеклянного электрода и определяемого величиной рН внутреннего раствора Е_вн и потенциала, возникающего на наружной поверхности стеклянного электрода Е_к.

Величины Е_к, Е_всп, и Е_вн не зависят от состава контролируемого раствора и меняются только при изменении температуры

Е = Е_к + Е_всп + Е_вн + Е_х = Е₀ - 2,3×R×T/F×рН.

Суммарная электродвижущая сила электродной системы зависит от величины рН раствора.

Измеряя э.д.с. электродной системы с помощью милливольтметра, шкала которого градуирована в единицах рН, определяют величину рН контролируемого раствора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: