Приборы для потенциометрического анализа

Для потенциометрических измерений применяют приборы, измеряющие напряжение постоянного тока от 0 до 3 В. Такие приборы должны отбирать от гальванической ячейки исключительно малые токи, поэтому обычные вольтметры для этого метода непригодны. Здесь используют электронные вольтметры с большим входным сопротивлением порядка 10⁹–10¹² Ом. Они отбирают от ячейки очень маленькие токи (порядка 10⁹–10¹² А). Обычно эти приборы имеют ламповые или электронные усилители и носят название потенциометры.

Техника определения концентрации. Существует два метода:

прямой – заключается в непосредственном измерении потенциала или рН исследуемого раствора. Поскольку потенциал является линейной функцией от концентрации, строят калибровочный график зависимости в координатах (φ – C), (φ – lgС) или (φ – pХ). Готовят стандартные растворы с заведомо меньшей и заведомо большей концентрацией. Такую калибровку можно осуществлять, используя органы подстройки потенциометра ("калибровка" и "крутизна").

Потенциометрическое титрование основано на резком изменении потенциала индикаторного электрода в точке эквивалентности. По типу реакций, протекающих в растворе, выделяют 4 типа потенциометрического титрования: титрование окислительно-восстановительных систем; титрование с образованием трудно растворимых или малорастворимых соединений; рН-метрия (титрование кислот или щелочей) и титрование с образованием комплексных соединений.

рН-метрия. Контроль и регулирование рН имеет первостепенное значение, т.к. ион Н⁺ вездесущ (находится в жидких растворах и полужидких средах, участвует в биологических и почвенных процессах). рН-метрическая служба необходима в следующих отраслях народного хозяйства: в медицине, в фармакологии, химической промышленности, в коксохимической промышленности, целлюлозно-бумажной, агрохимической промышленности, в биологии, в гидрометаллургии.

Например: кровь здорового человека имеет рН в норме 7,3-7,4. Если рН крови падает до 7,2, то в организме происходят существенные нарушения. При рН 7,1 – раковое заболевание. Желудочный сок имеет рН = 0,9-1,6; кишечный сок – рН 6 – 7,6; рН свежего молока – 6,8; рН кислого молока – 4,7.

В основе рН-метрии лежит реакция нейтрализации.

Рассмотрим титрование кислоты щелочью. В этом случае титрат – кислота, а титрант – щелочь. Измеряют рН исследуемого раствора кислоты, а затем порциями добавляют титрант и измеряют рН. рН незначительно повышается, а в точке эквивалентности (Vэ) резко изменяется в случае титрования сильной кислоты. Точка эквивалентности Vэ находится вблизи рН = 7. Для уточнения точки эквивалентности в области скачка производят титрование меньшими порциями титранта. Строят график зависимости рН или потенциала от количества титранта. Это интегральный график.

В случае титрования слабой кислоты скачок потенциала в точке эквивалентности выражен не так резко, как в предыдущем случае, и для ее уточнения необходимо обязательно строить дифференциальный график – зависимость ΔрН/ΔV от количества титранта. Самая максимальная точка на этом графике отвечает объему титранта в точке эквивалентности.

Перед работой со стеклянным электродом, его вымачивают не менее суток в растворе хлоридной кислоты концентрацией 0,1 моль/л с рН = 1,1 или в любом кислом буферном растворе.