«Изучение комплекта промышленного рН-метра типа рН-261 и его элементов»
1. Цель работы
Целью работы является изучение чувствительного элемента (электродной системы) рН-метра и проверка работоспособности комплекта промышленного рН-метра.
2. При выполнении лабораторной работы студент должен:
Знать: цель и содержание предстоящей работы, порядок ее выполнения и основные теоретические положения по данной теме.
Уметь: пользоваться измерительными приборами лабораторного стенда.
3. Общие положения
Автоматические потенциометрические анализаторы (рН-метры и рХ-метры) применяются в системах непрерывного технологического контроля и регулирования кислотности, щелочности; окислительно-восстановительного потенциала и др. параметров физико-химических, биохимических, и химических процессов, которые характеризуются уровнем активности ионов водорода, натрия, хрома, и др. веществ в растворах.
Принцип действия анализаторов основан на законе Нернста (21.1), связывающем величину потенциала Е, возникающем на поверхности электрода из металла (или его трудно растворимой соли), при его погружении в раствор, где имеются ионы этого металла (соли) с активной концентрацией аi:
(21.1)
$ > где Е0 - нормальный потенциал металла (при единичной концентрации его
ионов в растворе, равной 1 грамм-эквивалент (моль) на 1 литр; . R, Т - газовая постоянная и абсолютная температура;
n, Р - валентность ионов и число Фарадея;
Кислотность (щелочность) растворов характеризуется значением отрицательного логарифма активности ионов аН водорода, обозначаемой рН (водородный показатель):
рН = - Lg аН (13)
Для нейтральных растворов рН = 7, кислые растворы имеют рН < 7, щелочные рН 7.
На величину рН оказывает влияние температура. Дистиллированная вода, например, при температуре 22 0С нейтральна: рН=7, однако при нагревании до 100 0С она приобретает кислые свойства: рН=6,12. При нулевой температуре вода обладает щелочными свойствами: рН=7,97. Поэтому промышленные рН-метры имеют температурный корректор результата измерения.
Большинство потенциометрических анализаторов измеряют э.д.с., развиваемую чувствительным элементом, представляющим собой электродную систему, в состав которой входят измерительный и вспомогательный электроды (рис.49).
В рХ-метрах определение концентрации анионов и катионов Nа+, K+, Ca+ , Hb-, Cl-, Br-, I- и др., а также окислительно-восстановительного потенциала осуществляется ионоселективными электродами.
Рис. 49 Чувствительный элемент (электродная система) рН-метра
В рН-метрах водородный показатель определяется стеклянными измерительными электродами, преобразующими уровень активности ионов водорода Н+ (величину рН) в значение электродвижущей силы.
Стеклянный электрод, показанный на рис. 49, выполнен из стеклянной трубки 1, к концу которой припаяна тонкостенная мембрана 2 из литиевого стекла в виде шарика. На внешней поверхности мембраны при её погружении в раствор развивается потенциал ЕН, зависящий от активной концентрации ионов водорода Н+. Стеклянный электрод заполнен раствором 3 соляной кислоты НCl постоянной концентрации, который замыкает электрическую цепь между мембраной и контактным электродом 4, соединенным с выводным проводом.
Вспомогательные электроды, предназначенные для создания опорного потенциала (сравнения), бывают обычно двух типов: выносными проточными
или погруженными непроточными.
Вспомагательный хлор-серебряный электрод непроточного типа, показанный на рис.31, состоит из толстостенной трубки 5, внутри которой находится серебряный контакт 6, погруженный в насыщенный раствор 7 смеси хлористого калия KCl и кристаллов хлористого серебра AgCl. От анализируемого раствора внутренняя поверхность электрода 6 изолирована резиновыми мембранами 8, между которыми находится раствор KCL. Электрическая цепь между контактом 6 и анализируемым раствором осуществляется по поверхности трубки 5 в местах прилегания мембран 8.
Для поверки чувствительных элементов рН-метров применяют буферные растворы, которые готовят путем растворения эталонов (стандартных образцов) состава солей, называемых стандарт-титрами, в дистиллированной воде. Каждый буферный раствор, полученный таким образом, является рабочим эталоном определенного значения рН, а набор буферных растворов позволяет протестировать рН-метр в ряде точек его диапазона измерения.