2. Устройство и работа рН-метра Ионометрические измерения

Измерение величины рН и концентрации С ионов в водных растворах 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∙pН, (4.6)

где Е₀ - значение эдс электродной системы в начальной точке диапазона измерений, мВ;S- угловой коэффициент наклона (крутизна) электродной функции, величина которого зависит от температуры раствора (теоретическое значение при 20 °С равно 58,16 мВ/рН для одноза­рядных ионов);

pН = -lg a, (4.7)

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

a = k∙C, (4.8)

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, в соответствии с уравнением (4.6) при постоянных ионной силе раствора и температуре эдс электродной системы линейно зависит от концентрации определяемого иона в широком диапазо-не концентраций без термокомпенсации.

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

Е = Е_И+S_{t теор} ∙(рН-рН_И), (4.9)

где Е_И, рН_И - координаты изопотенциальной точкиэлектродной системы;S_{t теор.} - значение коэффициента наклона (крутизны) электродной системы при данной темпе­ратуре, мВ/рН, определяемое по следующему уравнению:

S_{t теор} = ,(4.10)

где t - температура исследуемого раствора, °С;n - заряд иона.

Данный вид электродной функции (уравнение 4.9) характерен для электродов с нормируемыми координатами изопотенциальной точки (например, рН-электроды). При работе с такими электродами в режиме термокомпенсации значения координат изопотенциальной точки вводятся в про­цессе калибровки прибора.

В основу работы анализатора положен метод построения микропроцессором градуировочного графика зависимости эдс электродной системы от концентрации градуировочных (стандартных) раство-ров рН и последующего автоматического нахождения рН анализируемого раствора по измеренному значению эдс.

Измерение температуры раствора

При измерении температуры измерительный преобразователь определяет сопротивление термо-электрического преобразователя и рассчитывает темпе-ратуру раствора по градуировочной кривой, полученной на предприятии-изготовителе.

Устройство анализатора

Внешний вид рН-метра ЭКОТЕСТ-2000 приведён на рис. 4.2.

Органы оперативной настройки и выбора режима измерения в виде клавиатуры, а также цифровой дисплей расположены на лицевой панели прибора.

На задней стенке ИП (см. рис. 4.3) расположены разъёмы:

ПИТ - для подсоединения внешнего источника питания;

ИЗМ - для подсоединения измерительного электрода;

ВСП - для подсоединения электрода сравнения;

Т - для подсоединения термоэлектрического пре-образователя ТП.

На нижней стенке ИП расположен отсек с крышкой для элементов питания.

Структурная схема анализатора ЭКОТЕСТ-2000 приведена на рис. 4.4.

Измерение рН основано на преобразовании эдс электродной системы в пропорциональное по величине напряжение, преобразуемое в дальнейшем в цифровой код и аналоговый выходной сигнал.

Клавиатура расположена на лице­вой панели прибора (рис. 4.5).

Рис. 4.2. Внешний вид анализатора ЭКОТЕСТ-2000

ИЗМ Т ВСП

ПИТ

Рис. 4.3. Задняя стенка анализатора ЭКОТЕСТ-2000

рН

t

Рис. 4.4. Структурная схема анализатора

ЭКОТЕСТ-2000:

1, 2 – входнойусилитель; 3 - коммутатор переключе-ния режимов; 4 – аналого-цифровой преобразователь; 5 – микропроцессор; 6 - контроллер дисплея; 7 - блок уп-равления

Рис. 4.5. Клавиатура анализатора ЭКОТЕСТ-2000

Клавиши клавиатуры выполняют следующие функ-ции:

Ввод цифры “1”, выбор режима измерения эдс.

рХ

N 2

Ввод цифры “2”, выбор количества точек градуировки, выбор режима вычисления рХ.

М

3

Ввод цифры “3”, выбор режима вычисления молярной концентрации ионов.

В

ИЗМ

4

вод цифры “4”, измерение эдс и рХ и концентрации ионов в режиме “рН-метр-иономер”, эдс в режиме “Вольтметр”, температу-ры в режиме “Термометр”.

КЛБ

5

Ввод цифры “5”, выбор режима калибровки (градуировки) ИП в режиме “рН-метр-иономер”.

В

ИОН

6

вод цифры “6”, вход в режим выбора измеряе-мого иона, параметры которого введены в память анализатора.

В

ЧИСЛ

7

вод цифры “7”, ввод значения молекулярной массы иона, не введённого в память анализатора, значения рХ стандартного раствора в режиме градуировки, значения координат изопотен-циальной точки и других параметров.

В

F1

8

вод цифры “8”, выбор наименования продукта при определении нитратов в пищевых продуктах.

В

F2

9

вод цифры “9”, ввод параметров при измере-нии методом добавок.

В

мг/л

Z -

вод знака “минус ”, ввод значения заряда иона, не введённого в память анализатора, выбор ре-жима вычисления массовой концентрации ионов.

ТК

.

Ввод знака “запятая”, выбор режима автомати-ческой температурной компенсации.

В

0

вод цифры “0”, включение и отключение под- светки индикатора.

В

ыбор режима работы ИП, выбор ионометрического канала, установка количества точек градуировки, выбор опций.

ВВОД

Ввод данных.

В

ОТМ

ыход из любого режима в предыдущее состояние анализатора.

ВКЛ

Включение питания анализатора.

ОТКЛ

Выключение питания анализатора.