Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологический мониторинг. Часть 1. Практикум
.pdf
ГЛАВА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ
ИОНОВ К+, Nа+, Cl– И Сa++Mg+ В ВОДЕ
ИОНОМЕРОМ ЭКОТЕСТ-2000
Введение
Для аналитического контроля широко используют ионосе-
лективные (от ионо … и лат. selection – отбор) электроды, которые позволяют избирательно измерять концентрацию того или
иного иона.
Характерная особенность ионоселективных электродов за-
ключается том, 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 заряженный
атом или группа атомов, образующаяся при потере или присоединении электронов.
Ионы наблюдаются в газах, растворах (в результате иониза-
ции 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 введе-
ны и вызываются на дисплей индикатора параметры (молекулярная масса и заряд) следующих ионов: Сl–; Br–; J–; F–; Na
+
; NO
–
; AuCl
4
–
; Ag+; S2–; Cu2+; Cd2+; Рb2+; Hg2+; Ca2+; Ba2+; CO
3
–
; Zn2+; Fe3+; Са2++Мg2+ (жёсткость); HPO
4
2–
. Кроме того, зарезервированы три ячейки памяти для
4
4
2–
; NO
NH
4
ReO
CNS–; СrO
2–
3
+
; К
; C1O
–
; CN–;
2
+
–
4
ввода аналогичных параметров для других ионов по выбору
пользователя.
5.1. Ионометрические измерения
Измерение величины рХ и концентрации ионов в водных
растворах С проводят потенциометрическим методом при помощи ионоселективных электродов. Метод заключается в из-
;
;
51
мерении 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 активности
иона в исследуемом растворе;
pX = –lga, (5.2)
где а – активность или эффективная концентрация свободных
ионов в растворе, связанная с концентрацией соотношением:
a = kC, (5.3)
где С – молярная концентрация; k – коэффициент активности.
Постоянство коэффициента активности k достигают при
поддержании одинаковой ионной силы в анализируемых и
калибровочных растворах путём добавления фонового электролита. Угловой коэффициент S остаётся постоянным, если
не меняется температура раствора.
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 (4.9)
Е = ЕИ+S
(рХ – рХИ), (5.4)
t т е ор
где ЕИ, рХ
тродной системы; S
– координаты изопотенциальной точки элек-
И
– значение коэффициента наклона
t теор
52
(крутизны) электродной системы при данной температуре,
мВ/рХ, определяемое по уравнению (4.10).
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
вводят в процессе калибровки прибора.
В основу работы ЭКОТЕСТ-2000 в режиме иономера положен метод построения градуировочного графика зависим ости эдс электродной системы от концентрации стандартных
растворов с известной концентрацией и последующего определения 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 рассчит ывается автоматически, исходя из уравнения
С = М10
–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.
5.2. Проведение измерений
При работе с анализируемыми средами, содержащими органические вещества, проводят подготовку пробы в соответствии с методиками количественного химического анализа (МКХА).
53
5.2.1. Подготовка анализатора к работе
При проведении ионометрических измерений выберите в зависимости от вида измеряемого иона необходимый измерительный
ионоселективный электрод, электрод сравнения и подключите их к
иономеру.
В качестве измерительного электрода на ионы калия К
+
ис-
пользуют ионоселективный плёночный электрод «Эком-К»
(рис. 5.1), который имеет следующие технические характеристики:
Рис. 5.1 Ионоселективный электрод на ионы калия К
+
«Эком-К»
– диапазон измерений, рК 1 – 5
– электрическое сопротивление электрода при
температуре раствора 20 ± 5
о
С, МОм, не более 100
– крутизна линейной части градуировочной
характеристики электрода при температуре
раствора 20 ± 5
о
С, мВ/рК 56
54
– нелинейность градуировочной
характеристики, мВ ±6
– температура анализируемого раствора, оС 5 – 45
– допустимый диапазон
анализируемого раствора, рН 1 – 8,5
В качестве измерительного электрода на ионы натрия Na+ ис-
пользуют ионоселективный твёрдоконтактный электрод «ЭкомNa», который имеет следующие технические характеристики:
– диапазон измерений, рNa 1 – 6
– электрическое сопротивление электрода при
температуре раствора 20 ± 5
о
С, МОм, не более 300
– крутизна линейной части градуировочной
характеристики электрода при температуре
раствора 20 ± 5
о
С, мВ/рNa 56
– нелинейность градуировочной
характеристики, мВ ±6
– температура анализируемого раствора, оС 5 – 80
– допустимый диапазон рН
анализируемого раствора рН ≥ рNa + 3
В качестве измерительного электрода на ионы хлора Cl– ис-
пользуют ионоселективный электрод «Эком-Cl», который имеет
следующие технические характеристики:
– диапазон измерений, рCl 1 – 5
– электрическое сопротивление электрода при
температуре раствора 20 ± 5
о
С, МОм, не более 5
– крутизна линейной части градуировочной
характеристики электрода при температуре
раствора 20 ± 5
о
С, мВ/рCl 56
– нелинейность градуировочной
характеристики, мВ ±6
– температура анализируемого раствора, оС 5 – 80
– допустимый диапазон
анализируемого раствора, рН 2 – 12
В качестве измерительного электрода на ионы кальция и маг-
ния (жёсткость воды) Сa++Mg+ используют ионоселективный
электрод плёночный «Эком-Сa+Mg», который имеет следующие
технические характеристики:
– диапазон измерений, р(Сa++Mg+) 1 – 5
55
– электрическое сопротивление электрода при
температуре раствора 20 ± 5
о
С, МОм, не более 150
– крутизна линейной части градуировочной
характеристики электрода при температуре
раствора 20 ± 5
о
С, мВ/р(Сa+Mg) 28
– нелинейность градуировочной
характеристики, мВ ±3
– температура анализируемого раствора, оС 5 – 45
– допустимый диапазон
анализируемого раствора, рН 7 – 10
При проведении измерений без термокомпенсации или с руч-
ной термокомпенсацией в анализируемый раствор поместите термометр.
При измерении рН с автоматической термокомпенсацией и из-
мерении температуры к разъёму «Т» подключите температурный
датчик и поместите его в анализируемый раствор.
Измерения с автоматической термокомпенсацией проводят при
изменяющейся температуре анализируемого раствора измерительным электродом с нормированными координатами изопотенциальной точки.
Измерения без термокомпенсации производят при постоянной
температуры раствора с помощью термостата измерительными
электродами с ненормированными координатами изопотенциальной точки, а также электродами с нормированными координатами
изопотенциальной точки при необходимости получения более точных результатов.
5.2.2. Подготовка контрольных растворов
При измерении рХ приготовление контрольных растворов для
градуировки анализатора проводят в соответствии с указаниями в
паспорте на электрод.
5.2.3. Подготовка электродов к работе
Подготовьте электроды к работе в соответствии с указаниями,
изложенными в паспортах на электроды. Электрод сравнения должен быть залит насыщенным раствором КСl (см. разд. 4, задание 1).
56
5.2.4. Использование анализатора
Прямые измерения физических величин производят анали-
затором при измерении напряжения в режиме «Вольтметр (Eh)»
и при измерении температуры в режиме «Термометр».
Ионометрические измерения активности ионов рХ или их
концентрации С проводят в режиме «рН-метр-иономер» и они
включают в себя следующие этапы:
– выбор ионометрического канала;
– градуировка (калибровка) ионометрических каналов по
стандартным растворам при измерениях без термокомпенсации
или ввод координат изопотенциальной точки при измерениях с
термокомпенсацией;
– измерение эдс;
– вычисление рХ;
– вычисление молярной концентрации ионов;
– вычисление массовой концентрации ионов.
5.2.5. Измерение рХ в режиме «рН-метр-иономер»
Измерения можно проводить как с термокомпенсацией, так
и без неё.
Ионометрические измерения без термокомпенсации
Ионометрические измерения без термокомпенсации вклю-
чают в себя выбор ионометрического канала, градуировку (калибровку) ионометрического канала – ввод в память анализатора параметров стандартных растворов, и непосредственно измерения.
Анализатор позволяет вводить от 2 до 5 точек градуировок
рХ и эдс по каждому иону.
Выбор ионометрического канала
Включите анализатор, нажав кнопку «ВКЛ». На дисплее по-
явится надпись:
Выбор режима
рН-метр-иономер
57
Выберите ион, по которому будете проводить градуировку и
измерения. Для этого нажмите кнопку «ИОН» и кнопками «←»,
«→» выберите необходимый ион из введённых в память прибора, например, Сl–. На дисплее появится надпись:
Cl Заряд
–35.4530 М.М.
При этом в память анализатора будут внесены все необходимые параметры для выбранного иона. Нажав кнопку «ВВОД»,
вы снова выйдете в режим «рН-метр-иономер».
Если необходимо измерить ион, которого нет в памяти анализатора, то выбирается один из трёх резервных каналов (N1,
N2 или N3). При этом появится надпись:
N1 Заряд?
0.0 М.М.
Для того чтобы ввести заряд данного иона, нажмите кнопку
«Z». При каждом нажатии этой кнопки значение заряда будет
меняться в диапазоне от –2 до +3. Установите необходимое значение заряда.
Для ввода значения молекулярной массы нажмите кнопку
«ЧИСЛ». На дисплее появится сообщение:
Введите число
Наберите на клавиатуре число, соответствующее значению
молекулярной массы иона, и нажмите кнопку «ВВОД». Параметры данного иона будут введены в память анализатора.
Нажмите дважды кнопку «ВВОД». На дисплее снова появится надпись:
Выбор режима
рН-метр-иономер
58
Градуировка ионометрического канала
Порядок проведения градуировки показан на примере иона
Сl–.
После выбора иона и выхода в режим работы «рН-метриономер» нажмите кнопку «КЛБ». На дисплее появится
надпись:
00.000 рХ Cl
0000.0 мВ n1
Нажмите кнопку «N». На дисплее появится надпись:
Число точек
2
Установите количество точек градуировки кнопками «←» и
«→» и нажмите кнопку «ВВОД». На дисплее появится окно с
обозначением номера точки градуировки в нижней строке:
хх.ххх рХ Cl
хххх.х мВ n1
Опустите электроды и термометр в первый стандартный
раствор. Нажмите кнопку «ЧИСЛ». На дисплее появится сообщение:
Введите число
Наберите на клавиатуре число, соответствующее значению
рХ стандартного раствора (например, 4), и нажмите кнопку
«ВВОД». Появится запрос:
Ввод изменения?
Да-ВВОД Нет-ОТМ
Нажмите кнопку «ВВОД». Появится надпись:
4.000 рХ С1
хххх.х мВ nl
59
Нажмите кнопку «ИЗМ». На дисплее появится надпись:
Вольтметр 0 : 02
хххх.х мВ
Начнётся измерение эдс и одновременно отсчёт времени.
После того, как значение эдс установится (в течение 1 мин. изменение не более ±1 мВ), нажмите кнопку «ВВОД». Появится
запрос:
Ввод изменения?
Да-ВВОД Нет-ОТМ
Нажмите кнопку «ВВОД». Появится надпись:
4.000 рХ Сl
хххх.х мВ nl
Извлеките электроды из первого стандартного раствора,
промойте дистиллированной водой, осушите фильтровальной
бумагой и опустите во второй стандартный раствор.
Перейдите ко второй точке градуировки. Для этого кнопкой
«→» установите на дисплее окно с обозначением «n2» в нижней
строке.
Градуировку по второму и остальным стандартным растворам проводят так же, как и для первого стандартного раствора.
После окончания градуировки нажмите кнопку «ОТМ». На
дисплее появится надпись:
Выбор режима
рН-метр-иономер
В память прибора будут записаны результаты последней
градуировки по выбранному иону, которые можно вызвать из
памяти прибора и просмотреть.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]