Ерітінділерді талдаудың потенциометрлік əдісі
Металл электродты ерітіндіге салған кезде оның бетінде ерітіндідегі осы металдың иондарының активті концентрациясына тəуелді болатын потенциал пайда болады. Потенциалдың пайда болуы металл иондарының ерітіндіге көшуімен байланысты. Тепе-теңдік жағдайында беттік потенциал металл иондарының ерітіндіге жəне ерітіндіден электродқа ауысуына байланысты анод жəне катод процестерінің жылдамдықтарын теңестіруді қамтамасыз етеді. Электродтың беттік потенциалын өлшеу ерітіндідегі сəйкес иондардың концентрациясын жорамалдауға мүмкіндік береді.
Тепе-тең Е беттік потенциал үшін ерітіндіге қосымша немесе салыстыру электроды деп аталатын екінші электродты енгізе отырып, электр тізбегін бекіту қажет. Өлшеу процесінде бұл электродтың потенциалы тұрақты болып тұруы керек.
Егер қалыпты ретінде қабылданған қосымша электрод - платиналы сутекті болса, онда электродтардың тепе-тең потенциалдары сутектік деп аталатын шкала бойынша өлшенген болып табылады жəне қалыпты деп саналады.
Ерітіндегі иондардың активті концентрациясы ондық логарифм бірліктерінде көрсетіледі:
pH lg aH , (7.3)
мұндағы ан – ерітіндідегі сутегінің иондарының активті концентрациясы.
Сəйкесінше: pNa = -lg aNa+
Сондықтан, өлшеу аспатар рН-метрлер жəне рNa-метрлер деп аталады.
Таза су – Н+ сутегі жəне ОН гидроксилдың иондарының пайда болуымен əлсіз диссоциациаланатын нейтралды зат.
to= 220C болғанда судың диссоциация тұрақтысы:
2
К Н О
= а Н
а =10 14 ,
ОН
бұдан
а Н = а
ОН
= = 10 7 ,
демек, рН=7.
Қышқылдарды суда еріткенде Н2сутегі иондарының концентрациясы өседі, демек рНтөмендейді. Суда сілтіні еріткенде ан азаяды, бұдан рНөседі.
Сонымен судың ерітінділеріндегі рН-тың 7-ден сол немесе басқа жаққа ауытқуы қышқылдық немесе сілтілік қасиеттерін сипаттайды.
Аммиак ерітіндісі үшін рН=0 ÷ 32.7.
Құмырсқа қышқылы үшін рН= 0 ÷ 6,13.
Потенциометрлік анализаторларының жұмыстық жəне қосымша электродтары.
Берілген анализаторларда электродтардың 3 типі қолданылады:
металдық электродтар немесе бетінде газбен сорбенттенген металдық, мысалы, сутектік электрод;
өзінің құрамында металды контактілі электроды, оның нашар еритін тұзы жəне осы тұздың аниондарына ие ерітіндісі бар жүйе;
арнайы тағайындалған электродтар, мысалы, сұйықтық мембраналы электродтар.
Ерітіндідегі рН санын өлшеу үшін үлгілі электрод ретінде сутектік электрод қолданылады. Электрод платиналы сиямен жабылған қабаттан тұратын платиналық пластинка. Оның бетінде сутегі жақсы жиналады. Платиналық пластина сутегі қысыммен өтетін ерітіндіге батырылады.
Бастапқы түрлендіргіш 2 сутекті электродтарынан құрылады, көмекші электрод қалыпты болғанда, t=20 С кезінде Е=0,058 рН, В ЭҚК-і пайда болады. Электродқа сутегіні беру қажеттілігі, ерітінділерде болатын бірқатар
химиялық заттармен пластинаның улануы, оларды тек қана зертханалық тəжірибелерде үлгілі ретінде сынауға себеп болды.
рН санын зертханалық жəне өндірістік шарттарда өлшеу үшін шыны жұмыс электродтар қолданылады; олардың кең таралуына құрылғының қарапайымдылығы, жоғары метрологиялық сипаттамалары мен талданатын орталардың кең диапазоны ықпал етті. Шыны электродтарда сутектік функциялар ретінде литий немесе натрий шынысынан жасалған сезімтал жіңішке мембрана қолданылады.
Өнеркəсіптік шыны электродтар рН-ты өлшеу диапазондарымен, tтемпература мен қысым аймақтарымен ерекшеленетін бірнеше модификацияда орындалады. Шыны электрод сутегі функцияларына ие болу үшін, оны қосу алдында дистильденген суда сулайды.
Өнеркəсіптік рН-метрлерде электродты жүйе технологиялық объектілерде орнатылуын, өлшенетін ортамен байланысуын, механикалық əсерден электродтарды қорғауын қамтамасыз ететін қосымша арматурамен жабдықталады,.
Кондуктометрлердің бастапқы түрлендіргіштері сияқты рН-метрлердің электродты жүйелерінің келесі түрлері бар: магистралды (ДМ), суастына жүктелген (ДС), ағынды (ДА).
рН-метрлердің өлшегіш түрлендіргіштері.
Электродты жүйенің ЭҚК-ін өлшеуге арналған құрылғылардың құрылысы оның елеулі ішкі кедергісімен жəне электродтар арқылы өтетін токтың шамасының шектелуімен - электродтардың поляризациясын болдырмау үшін ток 10-12А аспауы керек. Осындай кедергіге өлшеудің компенсациялық əдісінде негізделген жоғарғы омды кірісі бар құрылғылар ие.
сурет – рН-метр түрлендіргіштң өлшеу сұлбасы Күшейткіштің үлкен күшейту коэффициентінде Ех электродты
жүйесінен сигналы Uabжəне Ubc кернеулерімен толығымен компенсацияланады. Біріншісі R3резисторынан алынады, оның шамасы айнымалы R1 жəне R2 резисторларының движоктарының орналасуына тəуелді болады. Олардың өзара жылжуы Uab= Ех болатындай орнатылады жəне
электродты жүйедегі изопотенциал нүктедегі сигналды компенсациялайтындай орындалады. Теріс кері байланыстың сигналы (КБС) Rt жəне айнымалы R4 резисторы кіретін тізбектен алынады. R4 резисторы көмегімен электрод жүйесінің градуирлеу сипаттамасының еңкіштігі ауытқыған кезде аспапты баптау жүргізіледі. Мыс Rt резисторы талданатын ерітіндіге салынады жəне температуралық компенсацияны жүзеге асырады. Ерітіндінің tтемпературасы өскен сайын, Ех өседі, бірақ сонымен қатар Rt шамасыда өседі, соның арқасында бірдей шығыс тогында Ubc компенсациялау сигналының сəйкес өзгеруі қамтасыздандырылады.
Изопотенциал нүктедеЕх= Еu=-Uab болады жəне Ubc күшейткішінің шығысында тоқ болган жағдайда КБС сигналы нөлге тең болуы тиіс. Бұл шарттың орындалуы Rt өзгеруінің əсерін изопотенциалды нүктесінде ескермеуді қамтамсыз етеді. R2 изопотенциал нүктесінде pHu-ды, R1- Еu потенциалын баптау үшін қызмет етеді.
суретінде электродты жүйенің градуирлену сипаттамасы келтірілген. Электродты жүйе өндіретін қорытынды ЭҚК-і ертіндінің рН санына жəне оның tтемпературасына тəуелді болады. (И) нүктесінде ЭҚК-і tтемператураға тəуелді болмайды, осыған байланысты ол изопотенциал нүкте деп аталады.
Rt өзгерген кезде изопотенциал нүктедегі шығыс тогының өзгеруінің болмауы түрлендіргіштің изопотенциал нүктесінің координаталарына дұрыс бапталуын тексеру болып табылады.
7.2 сурет – Электродты жүйенің градуирлену сипаттамасының графигі Кеңінен тараған отандық рН-метрлердің қатарына рН-201 жəне рН-261
аспаптары жатады. Олардың өлшеу түрлендіргіштері тұрақты U=0÷50 мВ
жəне I=0÷5 мА бойынша шығыс сигналына ие болады.
рН-201 аспабының 5 диапазоны бар: 1;2,5;5;10;15 рН.
Рұқсат етілген шектік қателік өлшеу аралығының ±1% құрайды.
Достарыңызбен бөлісу: |
