Авторство: Datamax. Собственная работа, Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4377808
Электродные методы измерения pH являются одними из самых точных и надежных способов анализа кислотности и щелочности среды. Основой метода служит применение специального прибора — pH-метра, оборудованного специальными электродами. Далее рассмотрим принцип работы и устройство pH-метра подробно.
1. Составляющие pH-метра:
Типичный pH-метр состоит из трёх основных элементов:
- Рабочий электрод (электрод сравнения).
- Индикаторный электрод (glass electrode, стеклянный электрод).
- Сам прибор (регистратор показаний).
2. Рабочий электрод (Glass Electrode):
Основной рабочий элемент pH-метра — стеклянный электрод, состоящий из тонкой мембраны из специального стекла, содержащего ионы натрия и калия. Внутренняя полость заполнена буферным раствором с известным значением pH (обычно около 7). Через мембрану стекло-электрод пропускает ионы водорода (H⁺), создавая разницу электрических потенциалов между внутренней стороной и внешней жидкостью.
Принцип работы:
- Мембрана электрода избирательно проводит ионы водорода (H⁺). Чем выше концентрация ионов водорода снаружи, тем сильнее смещается равновесие потенциалов на поверхности мембраны.
- Возникающая разность потенциалов фиксируется внешним прибором (pH-метром) и отображается как численное значение pH.
3. Электрод сравнения (Reference Electrode):
Второй электрод называется электродом сравнения (reference electrode). Он создает опорный электрический потенциал для измерения разницы потенциалов с рабочим электродом. Внутри электрода находится электролит (чаще всего хлорид калия), контактирующий с внешней средой через полужидкую мембрану. Электрод сравнения стабилизирует показания, обеспечивая постоянное напряжение.
4. Электрический сигнал и расчет pH:
При помещении обоих электродов в образец жидкости возникает разность потенциалов, обусловленная различной активностью ионов водорода. Эта разность измеряется pH-метром и выражается в вольтах (V). Используются формулы, основанные на уравнении Нернста, для преобразования электрического сигнала в числовое значение pH:
ΔE = k(T) × (pH_sample - pH_ref)
где:
ΔE— разность потенциалов между электродами.k(T)— коэффициент, зависящий от температуры.pH_sample— искомое значение pH образца.pH_ref— известное значение pH внутреннего буфера рабочего электрода.
Затем прибор выводит значение pH на дисплей, используя калиброванные кривые и поправочные коэффициенты.
5. Калибровка pH-метра:
Перед началом измерений pH-метр должен пройти процедуру калибровки с использованием стандартных буферных растворов с известными значениями pH (например, pH=4, pH=7, pH=10). Таким образом обеспечивается точность дальнейших замеров.
6. Применение:
Методы с использованием pH-метров находят широкое применение в медицине, биологии, экологии, химической промышленности, сельском хозяйстве и многих других областях, где требуется точное измерение кислотности жидкостей.
Электродные методы измерения pH с помощью pH-метров являются высокоточным инструментом для оценки кислотности и щелочности среды. Простота использования, высокая чувствительность и воспроизводимость делают их незаменимыми в лабораторных исследованиях и промышленных процессах.
Загрузка...