Принцип і будова рН-метра
1. pH-метр
pH (кислотник) — це прилад, який вимірює активність H+ у розчині за допомогою потенціометричного методу. Значення, виміряне pH-метром, є методом, який використовується для вираження pH розчину. Він виражається негативним логарифмом концентрації іонів H+ у розчині, тобто: pH=ーlg[H+].
pH-метр, який ми використовуємо, складається з двох частин: електричного вимірювача та електрода. Під час фактичного вимірювання електрод занурюють у розчин, який потрібно виміряти, і концентрація іонів H+ у розчині перетворюється на сигнал напруги на рівні мілівольт, який вводиться в електролічильник. Електрометр підсилює сигнал і логарифмічно перетворює його в рН, а потім вимірювач рівня в мілівольтах відображає рН.
У pH-метрі використовується скляний електрод як вимірювальний електрод і каломельний електрод як електрод порівняння. Зміна потенціалу скляного електрода, спричинена зміною концентрації іонів водню, викликає зміну потенціалу між ним і каломельним електродом, що має відповідати формулі (2-6)
E=E0-2.3026RT/F…………(2-6)
У формулі:
E - електрорушійна сила, мВ;
E0 - стандартна електрорушійна сила електрода, мВ;
R - газова стала на моль;
Т - абсолютна температура в Кельвінах;
F - постійна Фарадея.
З рівняння (2-6) видно, що температура також є важливим фактором при вимірюванні pH. При вимірюванні слід звертати увагу на зміну температури і враховувати її. В даний час більшість широко використовуваних електродів для рН є композитними електродами, які поєднують скляні електроди та електроди з каломелі.
2.pH електрод
Електрод є важливою частиною pH-метра. Вимірювання pH завершується формуванням хімічної батареї з вимірювальним електродом і електродом порівняння.
(1) Електрод для вимірювання рН, також званий електродом-індикатором рН, реагує на активність іонів водню в розчині, і потенціал електрода відповідно змінюється. Майже у всіх сучасних рН-метрах в якості вимірювальних електродів використовуються скляні електроди.
(2) Електрод порівняння (інертний електрод) не реагує на активність іонів водню в розчині. Під час вимірювання рН він служить напівелементом із постійним потенціалом і утворює хімічну батарею з електродом для вимірювання рН, забезпечуючи та підтримуючи фіксований опорний потенціал.
(3) Композитний електрод – це електрод, який поєднує в собі електрод для вимірювання pH і електрод порівняння. Композитні електроди не піддаються впливу окиснювачів і відновників, мають швидку рівноважну швидкість і широко застосовуються. В даний час ці електроди в основному використовуються для вимірювання pH. Незалежно від того, чи є скляний індикаторний електрод чи скляний композитний електрод тонкоплівковим електродом, мембранний потенціал має зв’язок Нернста з активністю іонів водню в вимірюваному розчині, що відображає унікальні властивості тонкоплівкового електрода. На ці властивості впливає сам електрод і умови використання. і впливають на результати вимірювань.
