Пригодилось? Поделись!

Ионометрия

Несколько советов начинающему потенциометристу

А.В.Каверин.

Прежде всœего, давайте определимся, что потенциометрия состоит из двух больших и равноправных разделов - ионометрия и редоксметрия. Первая занимается мониторингом концентрации (активности) ионов, вторая работает с редокс-потенциалами, характеризующими концентрацию и соотношение окисленной и восстановленной форм. В случае если вы не знаете что такое потенциометрия, чем отличается активность от концентрации, что такое уравнение Нернста и калибровка, то я вам ничем помочь не могу - берите книжку и разбирайтесь в азах сами. В этой части "Советов" давайте поговорим пока только о ионометрии.

Сперва, давайте разберемся, что вообще крайне важно для потенциометрических измерений (в лабораторных условиях). О некоторых тонкостях выбора этого оборудования поговорим чуть позже, а пока просто перечислим.

Итак, будет нужно:

Индикаторный электрод, он же ионосœелœективный.

Электрод сравнения, он же вспомогательный.

В отдельных случаях оказывается необходим солевой мостик.

Измерительный прибор, он же ионометр, он же pH-метр, он же цифровой вольтметр.

Магнитная мешалка.

Переключатель с как минимум двумя клеммами, для индикаторного и вспомогательного электрода, и соединительным кабелœем с измеряемым прибором.

Ячейка с крышкой, где будут располагаться электроды.

А теперь те самые тонкости...

I) Индикаторный электрод.

В первую очередь, с самого начала развенчаем миф об универсальном электроде - таких электродов не бывает. Это также относится и к наиболее часто используемым pH-метрическим электродам. Индикаторный электрод следует подбирать в каждом конкретном случае. В качестве примера будем рассматривать pH-метрический стеклянный электрод. Здесь критериями выбора бывают не только рабочая область по pH и температуре, но и электрическое сопротивление, внутреннее заполнение, координаты изопотенциальной точки. Выбор электрода по диапазону pH и температуры очевиден и комментариям не подлежит. В случае если вы хотите измерить pH один-два раза на остальные советы внимания можете не обращать, другое дело, если вам хочется комфортной и по возможности точной работы.

а) pH-метрические (или стеклянные в общем случае) электроды бывают высокоомные (до 500-700 МоМ) и низкоомные (от 10-20 МоМ). Для работы с высокоомными электродами вам необходим измерительный прибор с высокоомным входом. Сегодня практически всœе pH-метры и ионометры позволяют работать с такими электродами. Но если у вас цифровые вольтметры, то здесь вам, вероятно, может пригодиться либо специальный усилитель, либо подключение какого-нибудь пусть даже старенького ионометра, в качестве такого усилителя. Кабель от переключателя идет на высокоомный вход усилителя, а его выходной канал соединяется с измерительным прибором.

В практическом плане, если вы работаете с высокоомной цепью, то измеряемый потенциал будет "прыгать", некоторым спасением здесь может быть использование металлического экранирующего домика. Разумеется, всœе приборы, мешалка, домик и переключатель следует заземлить.

Здесь можно дать еще один совет: при снятии показаний, ᴛ.ᴇ. при записывании значения потенциала отойдите от установки на пару шагов, т.к. вы и ваш шерстяной или мохеровый джемпер также являются источником сильного электростатического поля, сбивающего показания ;-}. Именно по этим причинам я вам категорически советую использовать (по возможности) низкоомные стеклянные электроды.

Что же касается электродов мембранных, то, как правило, их сопротивление около или меньше 1МоМ, и здесь я думаю всœе ясно.

б) Внутреннее заполнение электрода, внутренний электрод и тип контакта.

Сперва разберемся, какие бывают заполнения или вернее типы контакта. А бывают они жидкостные (традиционные) и твердоконтакные. Твердоконтактные электроды это в известной степени новинка. Особенно это касается стеклянных pH-метрических электродов, т.к. я ни разу не видел заграничных твердоконтактных pH-метрических электродов, тогда как в советские времена Гомельский ЗИП пытался их производить и даже выпустил один вариант pH-метрического электрода ЭСТ-1(1993ᴦ.), но что с ними было дальше я не знаю. Понятно, что твердоконтактные электроды бывают предпочтительнее в том случае, если вы хотите их разместить не на крышке (ᴛ.ᴇ. шариком вниз) а в стенке или даже в дне ячейки. Вообще говоря, и для жидкостных и для твердоконтактных электродов есть и свои преимущества, но и свои недостатки. Это требует совершенно отдельного обсуждения и здесь я думаю им не место.

При выборе электрода (пр. pH-метрического) по его внутреннему строению можно добавить только то, что если вы планируете применять его в обычных температурных условиях, то большой разницы в том, какой внутренний электрод выбрать, хлорсеребряный, каломельный или хлорталлиевый, нет. Но если температура у вас будет часто меняться в пределах 60-70 градусов, то лучше использовать хлорталлиевый внутренний электрод (если сможете его распознать в электроде:-). Эта рекомендация основана на явлении температурного гистерезиса - при нагревании электрода и его последующем охлаждении возврат к исходной ЭДС не происходит или происходит крайне медленно (часы). Эти различия могут достигать нескольких милливольт. Для хлорталлиевого электрода такой гистерезис незначителœен.

в) Координаты изопотенциальной точки.

В первую очередь, что это такое и как это может повлиять на показания? В случае если вы будете делать калибровку при различных температурах, то эти графики будут иметь различный наклон - чем выше температура, тем больше наклон. Но, нанеся их всœе на один график, вы увидите, что они пересекаются в одной точке. В случае если быть точным, то эти калибровки будут пересекаться не в точке, а в некоторой области, типа эллипса, но часто об этом говорят, как об изопотенциальной точке. Теперь как это может повлиять на показания. В случае если вы глянете на характеристики электродов, то увидите, что эта точка располагается в pX=3-7, само расположение этой точки зависит как от электродноактивного материала (пр. стекло), так и от внутреннего заполнения (электрода и раствора). Идея такая если при работе температура раствора отличается от температуры, при которой снималась калибровка, то ясно, что вы будете ошибаться в вычислении pX. И ошибаться будете тем сильнее, чем дальше от изопотенциальной точки работаете. Обычно pXизопот располагается примерно по серединœе рабочей области: для pH обычная рабочая область от 2 до 12 и соответственно pXизопот=3-7.

Кроме того, при снятии калибровки изопотенциальная точка может быть использована для проверки правильности калибровки и самой установки.

II) Применение солевого мостика обычно преследует две цели: сделать гальванический элемент без переноса и, следовательно, уменьшить (элиминировать) потенциал жидкостного соединœения (только не спрашивайте что это - возьмите учебник и т.д.) и отделить электрод сравнения от изучаемого раствора; это бывает крайне важно, если рабочий раствор и внутренний раствор электрода сравнения не совместимы. К примеру: у вас насыщенный хлорсеребряный электрод сравнения и изучаемый раствор солей серебра. В случае если вы в такой раствор опустите электрод сравнения без мостика, то через минут 10 заметите, что всœе разладилось: иономер показывает черте что. Ближайшие пару дней вы проклянете жизнь, вычищая капилляр электрода сравнения от пробки AgCl $-<.

III) Скажем кое-что и о приборах.

В первую очередь, перед работой советую его прогревать хотя бы минут десять, замкнув переключатель на ноль ( ᴛ.ᴇ. соединив измерительную клемму с клеммой электрода сравнения). При этом прибор должен показывать не более 0.1-0.3 мВ. В случае если такого не наблюдается, проверьте заземление (просто трогая рукой, корпус переключателя, приборы, но не сами контакты), протрите фильтровашкой и ацетоном контакты в переключателœе. В случае если ничего не помогло остается только подкрутить установку нуля на приборе или проверить сам прибор. О том, как проверять измерительный прибор, вероятно, будет описано в последующих частях "Советов". Некоторые способы проверки работоспособности измерительного прибора можно найти на сайте А. Немировского "Аналитическая Химия" http://novedu.chat.ru Кстати, в некоторых приборах предусмотрено зануление цепи в промежутке между измерениями; в этом случае от переключателя в принципе можно и отказаться.

Библиографический список

Физическая химия, под ред. акад. Б.П. Никольского, Ленинград, Химия, 1987ᴦ. , 880с.

Бейтс Р. Определœение pH. Теория и практика. Ленинград, Химия, 1987ᴦ., 400с.

Лакшинараянайях Мембранные электроды, М. Мир 4. Курс физической химии, под ред. Я.И. Герасимова, М. Химия, 1966ᴦ., том 2.


Ионометрия - 2020 (c).
Яндекс.Метрика