3. Потенциометрическое определение pH

Водородным показателем pH, характеризующим концентрацию ионов водорода в водных растворах, называется отрицательный десятичный логарифм активности ионов водорода

pH = -lg a + (12)

H

Потенциометрическое определение pH заключается в измерении ЭДС электродной системы, где в качестве ионоселективного электрода используют чувствительный к ионам водорода электрод (обычно стеклянный), в качестве электрода сравнения - стандартный электрод с известной величиной потенциала (насыщенный каломельный или хлорсеребряный электроды). На практике для измерения pH применяют метод градуировочного графика. pH испытуемого раствора связан с pH стандартного раствора следующим уравнением:

E - E

s

pH = pHs - -------, (13)

k

где:

E - потенциал электрода в испытуемом растворе;

E - потенциал того же электрода в растворе с известным значением pH

s (стандартном растворе).

Прибор. В качестве прибора для потенциометрического определения pH используют иономеры или pH-метры с чувствительностью не менее 0,05 единиц pH или 3 мВ. Калибровка приборов производится по стандартным буферным растворам, приведенным в общей фармакопейной статье "Буферные растворы".

Методика. Все измерения проводят при одной и той же температуре в интервале от 20 до 25 град. C, если нет других указаний в частной статье. В табл. 14.2 приведена зависимость значений pH от температуры для различных стандартных буферных растворов, используемых для калибровки прибора. Для приготовления указанных растворов могут быть использованы фиксаналы по ГОСТ.

Таблица 14.2

pH стандартных буферных растворов при

различных температурах

┌────────────┬─────────┬──────────┬────────┬───────┬─────────┬─────────┬────────┬──────────┐

│Температура,│0,05 М │Насыщенный│0,05 М │0,05 М │0,025 М │0,0087 М │0,01 М │0,025 М │

│ град. C │раствор │при 25 │раствор │раствор│раствор │раствор │раствор │раствор │

│ │калия │град. C │калия │калия │калия │калия │натрия │натрия │

│ │тетраок- │раствор │дигидро-│гидро- │дигидро- │дигидро- │тетрабо-│карбоната │

│ │салата │калия │цитрата │фталата│фосфата и│фосфата и│рата │и 0,025 М │

│ │ │гидротарт-│ │ │0,025 М │0,0303 М │ │раствор │

│ │ │рата │ │ │раствор │раствор │ │натрия │

│ │ │ │ │ │натрия │натрия │ │гидрокар- │

│ │ │ │ │ │гидрофос-│гидрофос-│ │боната │

│ │ │ │ │ │фата │фата │ │ │

├────────────┼─────────┼──────────┼────────┼───────┼─────────┼─────────┼────────┼──────────┤

│ 15 │ 1,67 │ 3,56 │ 3,80 │ 4,00 │ 6,90 │ 7,45 │ 9,28 │ 10,12 │

│ 20 │ 1,68 │ 3,55 │ 3,79 │ 4,00 │ 6,88 │ 7,43 │ 9,23 │ 10,06 │

│ 25 │ 1,68 │ 3,55 │ 3,78 │ 4,01 │ 6,87 │ 7,41 │ 9,18 │ 10,01 │

│ 30 │ 1,68 │ │ 3,77 │ 4,02 │ 6,85 │ 7,40 │ 9,14 │ 9,97 │

│ 35 │ 1,69 │ │ 3,76 │ 4,02 │ 6,84 │ 7,39 │ 9,10 │ 9,93 │

├────────────┼─────────┼──────────┼────────┼───────┼─────────┼─────────┼────────┼──────────┤

│ дельта pH │ +0,001 │ -0,0014 │-0,0022 │+0,0012│ -0,0028 │ -0,0028 │-0,0082 │ -0,0096 │

│ <*> │ │ │ │ │ │ │ │ │

│ --------- │ │ │ │ │ │ │ │ │

│ дельта t │ │ │ │ │ │ │ │ │

└────────────┴─────────┴──────────┴────────┴───────┴─────────┴─────────┴────────┴──────────┘

--------------------------------

<*> Изменение pH на градус Цельсия.

Если необходимо, учитывают температурные поправки в соответствии с инструкцией предприятия-производителя. Прибор калибруют при помощи буферного раствора калия гидрофталата (первичный стандарт) и одного из буферных растворов с другим значением pH (предпочтительно одного из приведенных в табл. 14.2). Показания прибора для третьего буферного раствора с промежуточным значением pH не должны отличаться больше чем на 0,05 единиц pH от табличного значения pH этого раствора. Электроды погружают в испытуемый раствор и измеряют pH в тех же условиях, что и для буферных растворов.

Все испытуемые растворы и стандартные буферные растворы должны быть приготовлены на воде, свободной от диоксида углерода, для чего ее необходимо прокипятить перед употреблением. Вода, свободная от диоксида углерода, должна иметь pH 5,8-7,0.

Приготовление стандартных буферных растворов

0,05 М раствор калия тетраоксалата. 12,61 г KC4H3O8 x 2H2O растворяют в воде и доводят объем раствора тем же растворителем до 1000,0 мл.

Насыщенный при 25 град. C раствор калия гидротартрата. Избыток КС4Н5O6 энергично встряхивают с водой при температуре 25 град. C. Фильтруют или декантируют. Раствор используют свежеприготовленным.

0,05 М раствор калия дигидроцитрата. 11,41 г KC6H7O7 растворяют в воде и доводят объем раствора тем же растворителем до 1000,0 мл. Раствор используют свежеприготовленным.

0,05 М раствор калия гидрофталата. 10,13 г KC8H5O4, предварительно высушенного при температуре от 110 до 135 град. C до постоянной массы, растворяют в воде и доводят объем раствора тем же растворителем до 1000,0 мл.

0,025 М раствор калия дигидрофосфата и 0,025 М раствор натрия гидрофосфата. 3,39 г KH2PO4 и 3,53 г Na2HPO4, предварительно высушенных в течение двух часов при температуре от 110 до 130 град. C до постоянной массы, растворяют в воде и доводят объем раствора тем же растворителем до 1000,0 мл.

0,0087 М раствор калия дигидрофосфата и 0,0303 М раствор натрия гидрофосфата. 1,18 г KH2PO4 и 4,30 г Na2HPO4, предварительно высушенных при температуре от 110 до 130 град. C, растворяют в воде и доводят объем раствора тем же растворителем до 1000,0 мл.

0,01 М раствор натрия тетрабората. 3,80 г Na2B4O7 x 10H2O растворяют в воде и доводят объем раствора тем же растворителем до 1000,0 мл. Хранят, защищая от диоксида углерода.

0,025 М раствор натрия карбоната и 0,025 М раствор натрия гидрокарбоната. 2,64 г Na2CO3 и 2,09 г NaHCO3 растворяют в воде и доводят объем раствора тем же растворителем до 1000,0 мл.

При измерении pH в неводных и смешанных растворителях, а также в некоторых коллоидных системах, следует иметь в виду, что полученные значения pH являются условными.

В табл. 14.3 приведены термины, используемые для характеристики реакции растворов в зависимости от pH, и цвет раствора при использовании некоторых наиболее распространенных индикаторов.

Таблица 14.3

Реакция раствора, значение pH и цвет индикатора

Реакция раствора	Значение pH	Индикатор	Цвет
Щелочная	> 8	Красная лакмусовая бумага Тимоловый синий	Синий Серый или фиолетово-синий
Слабощелочная	8,0-10,0	Фенолфталеин Тимоловый синий	От бесцветного до розового Серый
Сильнощелочная	> 10	Фенолфталеиновая бумага Тимоловый синий	Красный Фиолетово-синий
Нейтральная	6,0-8,0	Метиловый красный Феноловый красный	Желтый Желтый или розовый
Нейтральная по метиловому красному	4,5-6,0	Метиловый красный	Оранжево-красный
Нейтральная по фенолфталеину	< 8,0	Фенолфталеин	Бесцветный; розовый или красный после прибавления 0,05 мл 0,1 М раствора основания
Кислая	< 6	Метиловый красный Бромтимоловый синий	Оранжевый или красный Желтый
Слабокислая	4,0-6,0	Метиловый красный Бромкрезоловый зеленый	Оранжевый Зеленый или синий
Сильнокислая	< 4	Конго красного бумага	Зеленый или синий