Контрольные вопросы

1. Прокомментируйте уравнение Нернста.

2. Что такое рН раствора?

3. В каких единицах рН измеряется?

4. Каков физический смысл рН?

5. Как работает рН-метр?

6. Какие функции выполняет микропроцессор в рН-метре?

7. О чём свидетельствует рН раствора?

5. Определение содержания ионов К⁺, Nа⁺, Cl^-

и Сa⁺+Mg⁺ в воде иономером ЭКОТЕСТ-2000

Введение

Большое распространение в практике аналитического контроля получили ионоселективные (от ионо… и лат.selection – отбор) электроды, которые позволяют избирательно измерять концентрацию того или иного иона.

Характерной особенностью ионоселективных электродов является то, что в электродных реакциях не участвуют электроны, а основной является реакция обмена ионами между растворами, разделёнными мембраной, обладающей селективной проницаемостью только для одного типа ионов.

Ион (от греч.– идущий) – электрически заряжен-ный атом или группа атомов, образующаяся при потере или присоединении электронов.

Ионы наблюдаются в газах, растворах (в результате ионизации и электролитической ионизации) и в кристаллах.

Катион (от греч. вниз и …ион) – положительно заряженный ион. Анион (от греч– вверх и …ион) – отрицательно заряженный ион.

В память микропроцессора иономера ЭКОТЕСТ-2000 введены и вызываются на дисплей индикатора параметры (молекулярная масса и заряд) следующих ионов: Сl^-; Br^-; J^-; F^-; Na⁺; К⁺; NH₄⁺ ; NO₃^-; Ag⁺; S^2-; Cu²⁺; Cd²⁺; Рb²⁺; Hg²⁺; Ca²⁺; Ba²⁺; CO₃^2-; C1O₄^-; ReO₄^-; AuCl₄^-; Zn²⁺; Fe³⁺; Са²⁺+Мg²⁺ (жёсткость); HPO₄^2-; NO₂^-; CN^-; CNS^-; СrO₄^2-. Кроме того, зарезервированы три ячейки памяти для ввода аналогичных параметров для других ионов по выбору пользователя.

1. Ионометрические измерения

Измерение величины рХ и концентрации ионов в водных растворах С производят потенциометрическим методом при помощи ионоселективных электродов. Метод заключается в из­мерении разности потенциалов (эдс) измерительного электрода и электрода сравнения в раство­ре.

Зависимость эдс электродной системы Е от измеряемой активности определяемого иона без применения термокомпенсации описывается уравнением Нернста:

E = E₀ + S∙pX, (5.1)

где рХ - отрицательный десятичный логарифм актив-ности иона в исследуемом растворе;

pX = -lg a, (5.2)

где а - активность или эффективная концентрация свободных ионов в растворе, связанная с концентрацией соотношением:

a = k∙C, (5.3)

где С - молярная концентрация; k – коэффициент активности.

Постоянство коэффициента активности k достигается при поддержании одинаковой ионной силы в анализируемых и калибровочных растворах путём добавления фонового электролита. Угловой коэффициент S остаётся постоянным, если не меняется температура.

Таким образом, при постоянных ионной силе раствора и температуре можно получить линейную зависимость эдс электродной системы от концентрации определяемого иона в широком диапазоне концентраций без термокомпенсации в соответствии с уравнением (5.1).

Зависимость эдс электродной системы от измеряемой активности при использовании режима термокомпенсации выражается уравнением:

Е = Е_И+S_{t теор} (рХ-рХ_И) (5.4)

где Е_И, рХ_И - координаты изопотенциальной точки электродной системы;S_{t теор} - значение коэффициента наклона (крутизны) электродной системы при данной темпе­ратуре, мВ/рХ, определяемое по уравнению (4.9).

Данный вид электродной функции (5.4) характерен для электродов с нормируемыми координатами изопотенциальной точки. При работе с такими электродами в режиме термокомпенсации значения координат изопотенциальной точки вводятся в про­цессе калибровки прибора.

В основу работы ЭКОТЕСТ-2000 в режиме иономера положен метод построения градуировочного графика зависимости эдс электродной системы от концентрации градуировочных (стандартных) растворов с из­вестной концентрацией и последующего нахождения концентрации анализируемого раствора по измеренному в нём значению эдс электродной системы. Градуировочный график строится мик­ропроцессором автоматически на основе введённых в него значений эдс электродной систе­мы и соответствующих им значений рХ при калибровке иономера в стандартных растворах.

Поскольку рХ = -lgC, значение молярной концентрации автоматически рассчитывается по уравнению:

С = 10^--рХ, (5.5)

где С - концентрация, моль/дм³.

Значение массовой концентрации иона также рассчитывается автоматически, исходя из урав­нения:

С = М∙10^--рХ, (5.6)

где С - концентрация, г/дм³; М - молярная масса иона, г/моль.

В память ИП введены параметры для 29 ионов и по каждому из них сохраняются последние результаты градуировки.