Потенціометричний метод аналізу

Потенціометричний метод будується на залежності потенціалу електрода від концентрації компонентів відповідних окисно-відновних систем. Коли в окисно-відновній реакції беруть участь іони водню, то потенціал електроду залежить від рН розчину. Якщо ОН електрод сам є одним з компонентів в окисно-відновній системі, то величина потенціалу електрода буде визначатися лише концентрацією іонів металу в розчині. Враховуючи, що концентрація (активність) чистого металу дорівнює одиниці, рівняння Нернста для цієї системи матиме вигляд:

Е_х= Е^о + Lg С _меn+.

Електроди, потенціал яких залежить від концентрації катіону металу в розчині, називають електродами першого роду; до них належать, наприклад, срібний, ртутний, водневий електроди.

Існують електроди, чутливі до концентрації аніонів, що утворюють малорозчинні осади з катіонами металу електрода. Потенціал цих електродів визначається концентрацією відповідних аніонів, називаються вони електродами другого ряду.

Потенціал електроду другого роду визначається рівнянням:

Е_х= Е^о + Lg С _ап -.

Прикладами електродів другого роду виступають хлоросрібний і каломельний.

Вимірювальні електроди

Стандартний електрод повинен володіти постійним і не залежним від складу розчину потенціалом. Як стандартний електрод порівняння використовують хлоросрібний електрод (х.с.е.), що складається зі срібного дроту, покритого шаром AgCl, і зануреного в розчин хлориду калію (рис. 1).

Потенціал х.с.е. залежить від активності іонів Cl^- у розчині

1-азбестове волокно, що забезпечує контакт

з аналізованим розчином,

2-зовнішній розчин KCl(насичений),

3- маленький отвір для контакту,

4-внутрішній розчин KCl (насичений),

5-отвір для введення розчину KCl.

Для здійснення потенціометричного титрування необхідно мати в досліджуваному розчині два електрода – індикаторний електрод, який реагує на зміну концентрації іону, що визначається, тобто є оборотним до цього іону, і електрод порівняння, індиферентний у відношенні до визначуваного іону, який служить лише для визначення потенціалу індикаторного електроду. Потенціал електроду порівняння є величиною сталою.

Найчастіше використовують непряме і пряме потенціометричне титрування.

При цьому будують графіки в координатах:

Е Е

(рН) (рН)

Vмл С

рис 1. Непряма потенціометрія. рис 2.Пряма потенціометрія.

Потенціометричне титрування проводять, використовуючи спеціальні прилади (потенціометри, рН – метри, іонометри і автоматичні титрометри).

Принципи виміру рН

При вимірі рН розчинів у автоматичних рН-метрах використовується система, що складається з вимірювального (індикаторного) скляного і допоміжного (стандартного електрода порівняння) хлоросрібного електродів (мал. 4).

1 - скляний електрод,

2 - хлоросрібний електрод,

3 - електролітичний ключ,

4 - високоомний перетворювач.

Рис.4. Схема електродної системи:

Вимірювальний скляний електрод при зануренні у контрольований розчин розвиває ЕРС, що лінійно залежить від концентрації іонів водню.

Контакт допоміжного електрода з контрольованим розчином здійснюється за допомогою електролітичного ключа, що забезпечує витікання насиченого розчину KCl у контрольований розчин. Розчин KCl безупинно просочується через електролітичний ключ, запобігаючи проникнення в систему хлоросрібного електрода сторонніх іонів, що могли б змінити величину ЕРС цього електрода. У результаті змінювана частина ЕРС всієї електродної системи визначається потенціалом тільки скляного електрода.

За допомогою високоомного вимірювального перетворювача ЕРС електродної системи перетвориться у вихідний струм, вимірюваний миліамперметром, відградуйованого в одиницях рН.

Залежність рівноважного потенціалу індикаторного електрода від складу розчину,що описується рівнянням Нернста(1), можна використовувати для знаходження кінцевої точки титрування кислоти лугом. Для цього вимірюють потенціал Е и фіксують рН після додавання кожної порції розчину лугу в розчин кислоти. З експериментальних даних можна побудувати криву титрування (Рн від V,мл), яка дозволяє одержати кількісну оцінку властивостей кислих (лужних) розчинів, що широко використовується у харчовій промисловості (можливість контролю кислотності молока, молочних продуктів і т.д.).

Широко використовують потенціометричний метод аналізу для визначення кислотності інтенсивно забарвлених чи каламутних розчинів, водних витяжок різноманітних харчових продуктів, наприклад: молока, хліба, м’яса та ін.

Використовують цей метод для дослідження різних матеріалів, що використовуються у виробництві непродовольчих товарів, наприклад, для визначення кислотності шкіри, войлоку.