Часть 4. Потенциометрические методы анализа воды

Предназначены для определения определенного типа ионов в воде (Z.B. измерение концентрации [H]⁺(рН),Cl^-,F^-,Ca²⁺,Na⁺,K⁺и др.)

§1. Измерение pH воды

Методы основаны на использовании соотношении Нернста: ; (а =fc) и измерении равновесного потенциала системы электродов.

Е – потенциал электрода

Е₀– стандартный потенциал

n– валентность иона, концентрация которого измеряется

а – активность

f – коэффициент активности

с – концентрация

Потенциал нормального водородного электрода принят за ноль.

Платиновый электрод погружен в раствор с а = 1 (ионов Н⁺) и подачей газообразного водорода к электроду. Считается; значения других потенциалов определяется относительно.

Уравнение Нернста справедливо для равновесных потенциалов. Равновесным считается потенциал электрода, когда скорости окисления и восстановления на нем равны.

В системе электродов равновесный потенциал, когда ток не протекает либо очень маленький (отсутствует поляризация).

рН = - lgC_H+

I.ИЭ – измерительный электрод (стеклянный), потенциал которого являетсяf (рН)

ВЭ – вспомогательный хлор-серебряный электрод

Основным элементом ИЭ является чувствительная мембрана 1, которая выполнена из специального стекла

Е_ИЭ= Е₁+ Е₂+ Е₃(Е₁; Е₂=const;E₃= f(pH))

Е_ВЭ=const(всегда)

Е_ЭС= Е_ИЭ+ Е_ВЭ(ЭС – электродная система)

2 – полупроницаемая мембрана нужна для замыкания электрической цепи внутри анализируемого раствора, т.е. через нее пропускаются ионы К⁺иCl^-

3 – корпус

Статическая характеристика

Практическое значение – координаты изопотенциальной точки используются в системе термокомпенсации рН-метров.

Зависимость потенциала ИЭ от рН называют водородной функцией:

Недостатки системы: 1) высокое электрическое сопротивление стеклянной мембраны и соответствующего электрода в целом (>500 Ом)требует очень высокого входного сопротивления у измерительных приборовчерез стеклянный электрод протекаетI10^-12А. В связи с его малостью датчик рН и ВП не могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние. Необходима сложная защита от помех вторичного прибора.

2) сложная в обслуживании и эксплуатации конструкция стеклянного электрода

3) эти электроды не выдерживают измерение рН при высоких температурах.

II. 1 –

2 –

3 –

4 – амальгама на внутренней поверхности чувствительной мембраны

5 – точка контакта электрода

III.Полупроводниковая техника кампланарной технологии

1– корпус датчика

2 – измерительный электрод

3 – вспомогательный электрод

4 – датчик температуры

5 – аналогово-цифровой преобразователь (АЦП)

6 – область, заполненная хорошо проводящим гелем

7 –ионо-селективная мембрана (в данном случае к Н⁺)

: 1) невысокое внутренне сопротивление (~ 10 кОм) электродной системы

2) возможность передачи сигнала на значительное расстояние без существенных помех

3) низкая стоимость

§2. Анализ воды с помощью иона селективности электрода

Существует свыше 100 ионо-селективных электродов. Их селективность определяется типом или видом чувствительной мембраны.

Принцип действия такой же, как и определение рН.

Недостатки: 1) необходимость периодической очистки или смены чувствительной мембраны из-за загрязнений

2) достаточно высокая чувствительность к содержанию К⁺иNa⁺(только стеклянные электроды)