Работа 10.2
Прямая потенциометрия. Электроды
Для измерения концентрации (активности) ионов водорода используют стеклянные электроды с водородной функцией: ЭСЛ-43-07, ЭСЛ-63-07 и др. (рис. 59).
Определение концентрации натрия в растворах осуществляют с помощью специальных стеклянных электродов с натриевой функцией, например ЭСЛ-51-07. Для определения калия, нитратов и аммония используются ионселективные электроды с твердой полупроницаемой ионитовой мембраной - мембранные электроды типа ЭМ-К-01, ЭМ-NО3-01, ЭМ-NН4-01.
Как правило, при измерении концентрации ионов в растворе одновременно используют два электрода. Один электрод выполняет функцию индикаторного, а второй - функцию сравнения.
.
Рис. 59. Устройство измерительного электрода (слева) и электрода сравнения (справа):
А. 1 - шарик из ионселективного стекла; 2 - 0,1М НСl; 3 - хлорированная серебряная проволока; 4 - стеклянный корпус; 5 - выводной контакт измерительного электрода.
Б. 1 - стеклянный корпус; 2, 7 - асбестовая нить; 3 - насыщенный раствор КСl; 4 - отверстие для заливки КСl; 5 - резиновая пробка; 6 - хлорированная серебряная проволока; 8 - выводной контакт электрода сравнения; 9 - стаканчик; 10 - внешний раствор.
Стеклянный электрод изготавливают из специального тонкостенного стекла в виде трубки, оканчивающейся небольшим шариком. Внутри шарика находятся буферный раствор и электрод со стабильным потенциалом, выполняющий функцию проводника тока.
При погружении электрода в раствор содержащиеся в стекле ионы щелочных металлов обмениваются с ионами раствора (например, водорода), в результате чего на наружной поверхности стеклянного шарика образуется определенный, зависящий от концентрации определяемых ионов в растворе равновесный электродный потенциал. Потенциал внутренней стенки шарика по отношению к металлическому электроду - постоянный, так как они имеют контакт с буферным раствором постоянного состава. Поэтому потенциал стеклянного электрода определяется только потенциалом наружной поверхности стеклянного шарика и является функцией рХ.
Хлорсеребряный электрод. В качестве электрода сравнения чаще всего используют хлорсеребряный электрод (см. рис. 59).
Хлорсеребряный электрод состоит из стеклянной трубки, оканчивающейся капилляром со впаянной в него асбестовой нитью. Внутри стеклянной трубки помещена серебряная проволочка, покрытая тонким слоем хлористого серебра. Верхняя часть хлорсеребряной проволочки припаяна к кабелю, оканчивающемуся клеммой или штекером. Нижняя часть хлорсеребряной проволочки помещена в раствор KCl или же имеет с ним контакт с помощью асбестовой нити - фитиля. Фитиль смачивается насыщенным раствором хлористого калия, который заливается через небольшое отверстие, имеющееся в верхней части стеклянной трубки электрода. Асбестовые нити служат также для затруднения диффузии внешнего раствора внутрь электрода. Благодаря этому хлорсеребряная проволочка постоянно находится в насыщенном растворе хлористого калия, и поэтому потенциал электрода сравнения будет постоянным независимо от концентрации и состава внешнего раствора.
Выбор измерительного ионселективного электрода обусловливается характером работы и видом определяемых ионов в растворе, а электрод сравнения остается одним и тем же для измерения всех видов ионов.
При измерении активности ионов измерительный электрод и электрод сравнения подключают к соответствующим клеммам иономера и оба электрода помещают в стаканчик с испытуемым раствором (рис. 60).
Рис. 60. Схема прибора с ионселективными электродами.
1 - вольтметр; 2 - ионселективный электрод; 3 - селективная мембрана; 4 - вспомогательный (хлорсеребряный) электрод; 5 - электрод сравнения; 6 - жидкостный контакт; 7 - анализируемый раствор
Ионселективные электроды. Ионселективный (мембранный) электрод представляет собой гальванический полуэлемент, состоящий из ионселективной мембраны, внутреннего раствора и внутреннего электрода сравнения, наиболее часто хлорсеребряного (рис. 61). Внутренний раствор и внутренний электрод сравнения при измерении ЭДС ячейки остаются постоянными.
Рис. 61. Устройство мембранного электрода.
1 - мембрана; 2 - приэлектродный раствор; 3 - корпус; 4 - полуэлемент контактный; 5 - наконечник; 6 - штекер.