1.2 Потенциометрические методы.

Потенциометрический метод определения рН основан на измерении разности потенциалов между парой подходящих электродов, погруженных в анализируемый раствор. Необходимая для этого установка состоит из индикаторного электрода, электрода сравнения и прибора для измерения потенциала.

Величина ЭДС гальванического элемента, равная разности потенциала двух его электродов, связана определенной зависимостью с активностью ионов водорода, т.е. с рН раствора. Подставив в соответствующую формулу зависимости Е цепи от рН раствора измеренное значение Е, находят искомое значение рН раствора. Измерение ЭДС проводят компенсационным методом.

Компенсационный метод измерения ЭДС цепи.

Электродвижущая сила, возникающая в гальваническом элементе, не может быть правильно измерена при подключении к электродам простого постояннотокового вольтметра, поскольку для приведения его в рабочее состояние требуется значительный ток. Если этот ток вырабатывает элемент, го потенциал уменьшается из-за изменения концентраций реагирующих веществ вследствие разряда элемента. Кроме того, наличие внутреннего сопротивления элемента вызывает омическое падение напряжения, изменяющее потенциал элемента. Поэтому измеряемый потенциал меньше реального потенциала элемента. Чтобы получить истинное значение потенциала элемента, во время измерения через него должен проходить только ничтожно малый ток [2]. Этому условию удовлетворяет компенсационный метод, дающий возможность измерять ЭДС при отсутствии тока в исследуемой цепи.

Сущность компенсационного метода состоит в том, что измеряемое ЭДС противопоставляется равной ей по велечине, но противоположенная по направлению ЭДС известной величины. При этом электродвижущие силы уравновешивают (компенсируют) друг друга, и исследуемый элемент не ает тока.

Для определения ЭДС присоединяют полюсы аккумулятора А к концам измерительной линейки (реохорда) ав – возникает цепь. Положительный полюс нормального элемента Н присоединяют к той же клемме а, куда подведен положительный полюс аккумулятора. Отрицательный полюс элемента присоединяют к подвижному контакту, который может перемещаться вдоль реохорда ав. В полученную малую цепь включают гальванометр Г, позволяющий установить отсутствие тока в цепи.(рис. 3).

Рис.3. Схема установки для измерения ЭДС компенсационным методом.

Напряжение на концах реохорда равно ЭДС аккумулятора. При передвижении контакта вдоль линейки от точки в к точке а постоянно падает напряжение, пока в точке а оно не сделается равным нулю. Так как ЭДС нормального элемента меньше ЭДС аккумулятора, то можно найти такую точку с, в которой разность потенциалов, создаваемая аккумулятором в точках а и с, будет компенсироваться ЭДС нормального элемента. Перемещая ползунок вдоль реохорда и замыкая на короткое время малую цепь, находят точку компенсации с, соответствующую равенству двух электродвижущих сил, что соответствует отсутствию тока в малой цепи.

В состоянии компенсации электродвижущей силы относятся между собой как сопротивления, на которые они замкнуты. Так как аккумулятор замкнут на всю длину реохорда ав, а нормальный элемент – на его часть ас, то:

(9)

Где Е₁ – ЭДС аккумулятора, Е₂ – ЭДС нормального элемента. Отсюда имеем:

(10)

Определив ЭДС аккумулятора, выключают нормальный элемент и включают на его место в малую цепь гальванический элемент, ЭДС которого необходимо измерить Э. Аналогично выше изложенному находят новую точку компенсаций d и новый отрезок линейки ad, на который замкнут исследуемый элемент Е находят из соотношения:

(11)

Отсюда (12)

Подставляя в (12) значение Е₁, полученное в (10), имеем:

(13)