Прилади для вимірювання концентрації іонів водню

1. Главная
2. Быт
3. Прилади для вимірювання концентрації іонів водню

Потенціометричний метод вимірювання рН заснований на вимірюванні електричного потенціалу при розміщенні спеціальної електродної системи в аналізованому розчині. ЕРС електродної системи пов'язана з активністю іонів води в розчині та температурою.

Молекула води є досить хімічною сполукою, її дисоціація на іони гідрогену і гідроксиду порівняно з концентрацією її недисоційованих молекул настільки мала, що коефіцієнт дисоціації К_н2о=1,0 10^-4 при температурі 22°С. Молекули води як хімічні сполуки

Для зручності вираження концентрації іонів водню датський хімік Зеренс ввів поняття рН (р - початкова буква датського слова міра (ступінь) рН - гідроген). Відповідно до цього водневий показник рН - десятинний логарифм концентрації іонів гідрогену з від'ємним знаком: pОН=-lg[H+]; аналогічно для іонів гідроксиду; pOH=-lg[H-]. Для чистої води за температурою 22°С рН = 7.

Для нейтрального середовища значення рН дорівнює 7, кислого - менше 7, лужного - понад 7. Для дуже кислих середовищ рН менше нуля (-1 -2) і для лужних більше 14(15+16).

Електродна система ( рис. 1) складається з двох електродів: вимірювального, потенціал якого залежить від активності (концентрації) іонів гідрогену в розчині, і порівняльного (допоміжного), потенціал якого під час вимірювання залишається сталим і вміщується він у насичений, розчин хлористого калію. Рисунок 1 - Електродна система pH-метра

Найчастіше рН розчинів вимірюється електродами, виготовленими із спеціального скла з домішками одновалентних металів: літію, калію, натрію. Скляні електроди малоінерційні, мають стабільні характеристики.

Корпус (2) каліброваної трубки, виготовленої із спеціального скла. Мембрана може мати будь-яку форму (кулі, конусу, площини) залежно від її призначення. Внутрішня частина електрода заповнена нормальним розчином соляної кислоти (3) з невеликою кількістю кристалів хлористого срібла. У розчині кислоти розміщений контактний електрод (4), який через пробку (5) і гумовий ковпачок (6) кабельним наконечником (7) підключається до вимірювального приладу ВП.

Порівняльним електродом може бути хлористо-срібний або ж каломельний електрод. Внутрішня частина хлористо-срібного електрода заповнена насиченим розчином хлористого калію. Контактний срібний електрод (8), покритий малорозчинною сіллю хлористого срібла, заведений у розчин, а другий його кінець через трубку (5) і гумовий ковпак (6) кабельним наконечником (7) підведений до вимірювального приладу ВП. Контакт вимірюваного розчину з розчином хлористого калію відбувається через пористу перегородку (9).

Взаємодія розчину з скляною поверхнею призводить до виникнення різниці потенціалів Е_х, зумовленої активністю іонів водню в розчині: E_{x ⁼} E_o+(2,3RT/F)lg a_н, де: Е_о - нормальний потенціал; R - універсальна газова стала; Т - температура; F - число Фарадея; a_н - активність водневих іонів у розчині.

Таким чином, вимірюючи потенціал скляного електрода можна знайти рН-розчин. Загальна НРС комірки дорівнює алгебраїчній сумі контактних ЕРС; sumE = E_к+E_вк+E_x+E_д+E_n де: E_к - контактна ЕРС між електродом і розчином соляної кислоти; E_вк - контактна ЕРС внутрішньої поверхні скляного електрода; E_д - дифузійний потенціал на межі контрольованого розчину і розчину КС1; E_x - контактна ЕРС між скляним електродом і контрольованим розчином; E_n - різниця потенціалів на межі срібний електрод - розчин КСІ.

Всі названі ЕРС, крім Е_х сталі, а сумарна ЕРС вимірювальної комірки пропорційна контактній ЕРС зовнішньої мембрани скляного електрода Е_х. За принципом дії рН-метри поділяються на такі основні групи приладів: безпосереднього відліку, з статичною та антистатичною компенсаціями.

Метод безпосереднього відліку використовується в лабораторних рН-метрах, точність вимірювання яких становить ± 0,05 рН. Компенсаційні схеми найчастіше використовуються в автоматичних рН-метрах з динамічною та статичною компенсаціями.

Промисловістю випускаються датчики заглибленого типу ДПг-4М та проточного типу ДМ-5М, із нержавіючої сталі X1810Т з скляними електродами типів ЕСП-01-14, ЕСТК-1М та порівняльними хлористо-срібними електродами; перетворювачі типу П-201, П-205, П-210,П-215 та рН-метри типів рН-201, рН-125 тощо.

Питання для самоконтролю

1. Класифікація методів для аналізу складу і властивостей речовин.
2. Основні терміни і визначення, класифікація методів і засобів для вимірювання густини.
3. Поплавкові густиноміри: типи, використання, будова і принцип роботи.
4. Гідростатичні густиноміри: типи, їх використання, будова і принцип роботи.
5. Основні терміни і визначення, класифікація методів і засобів вимірюваний в'язкості.
6. Капілярні віскозиметри: типи, їх використання, будова і принцип роботи.
7. Кулькові віскозиметри: типи, їх використання, будова і принцип роботи.
8. Ротаційні віскозиметри: типи, використання, будова і принцип роботи.
9. Потенціометричний метод аналізу рідин, теоретичні основи потенціометричного вимірювання.
10. Будова і принцип, роботи електродної системи для вимірювання рН.