Кілька порад початкуючому потенціометрісту
А. В. Каверін.
Перш за все, давайте визначимося, що потенціометрія складається з двох великих і рівноправних розділів - Іонометрія і редоксметрія. Перша займається моніторингом концентрації (активності) іонів, друга працює з редокс-потенціалами, що характеризують концентрацію і співвідношення окисленої і відновленої форм. Якщо ви не знаєте що таке потенціометрія, чим відрізняється активність від концентрації, що таке рівняння Нернста та калібрування, то я вам нічим допомогти не можу - беріть книжку і розбирайтеся в азах самі. У цій частині "Рад" давайте поговоримо поки тільки про іонометрії.
Спершу, давайте розберемося, що взагалі необхідно для потенціометричних вимірювань (в лабораторних умовах). Про деякі тонкощі вибору цього обладнання поговоримо трохи пізніше, а поки просто перелічимо.
Отже, буде потрібно:
Індикаторний електрод, він же іоноселектівних.
Електрод порівняння, він же допоміжний.
В окремих випадках виявляється необхідний сольовий місток.
Вимірювальний прилад, він же іонометр, він же pH-метр, він же цифровий вольтметр.
Магнітна мішалка.
Перемикач з як мінімум двома клемами, для індикаторного і допоміжного електрода, і сполучним кабелем з вимірюваним приладом.
Осередок з кришкою, де будуть розташовуватися електроди.
А тепер ті самі тонкощі ...
I) Індикаторний електрод.
По-перше, з самого початку розвінчаємо міф про універсальний електроді - таких електродів не буває. Це також відноситься і до найбільш часто використовуваних pH-метричним електродів. Індикаторний електрод слід підбирати в кожному конкретному випадку. В якості прикладу будемо розглядати pH-метричний скляний електрод. Тут критеріями вибору можуть бути не тільки робоча область за pH і температурі, а й електричний опір, внутрішнє заповнення, координати ізопотенціальной точки. Вибір електрода по діапазону pH і температури очевидний і коментарям не підлягає. Якщо ви хочете виміряти pH один-два рази на інші поради уваги можете не звертати, інша справа, якщо вам хочеться комфортної і по можливості точної роботи.
а) pH-метричні (або скляні в загальному випадку) електроди бувають високоомні (до 500-700 МОМ) та низькоомні (від 10-20 МОМ). Для роботи з високоомними електродами вам необхідний вимірювальний прилад з високоомним входом. Сьогодні практично всі pH-метри та іонометри дозволяють працювати з такими електродами. Але якщо у вас цифрові вольтметри, то тут вам, імовірно, може стати в нагоді або спеціальний підсилювач, або підключення якого-небудь нехай навіть старенького іонометри, в якості такого підсилювача. Кабель від перемикача йде на високоомний вхід підсилювача, а його вихідний канал з'єднується з вимірювальним приладом.
У практичному плані, якщо ви працюєте з високоомній ланцюгом, то вимірюваний потенціал буде "стрибати", деяким порятунком тут може бути використання металевого екрануючого будиночка. Зрозуміло, всі прилади, мішалка, будиночок і перемикач слід заземлити.
Тут можна дати ще одну пораду: при знятті показань, тобто при записуванні значення потенціалу відійдіть від установки на пару кроків, тому що ви і ваш вовняний або мохеровий джемпер також є джерелом сильного електростатичного поля, сбивающего показання; -}. Саме з цих причин я вам категорично раджу використовувати (по можливості) низькоомні скляні електроди.
Що ж стосується електродів мембранних, то, як правило, їх опір біля або менше 1мОм, і тут я думаю все ясно.
б) Внутрішнє заповнення електрода, внутрішній електрод і тип контакту.
Спершу розберемося, які бувають заповнення або вірніше типи контакту. А бувають вони рідинні (традиційні) і твердоконтакние. Твердоконтактних електроди це до певної міри новинка. Особливо це стосується скляних pH-метричних електродів, тому що я ні разу не бачив закордонних твердоконтактних pH-метричних електродів, тоді як у радянські часи Гомельський ЗІП намагався їх виробляти і навіть випустив один варіант pH-метричного електрода ЕСТ-1 (1993р.), але що з ними було далі я не знаю. Зрозуміло, що твердоконтактних електроди можуть бути переважно в тому випадку, якщо ви хочете їх розмістити не на кришці (тобто кулькою вниз) а в стінці або навіть у дні комірки. Взагалі кажучи, і для рідинних і для твердоконтактних електродів є і свої переваги, але і свої недоліки. Це вимагає абсолютно окремого обговорення і тут я думаю їм не місце.
При виборі електрода (пр. pH-метричного) за його внутрішньою будовою можна додати тільки те, що якщо ви плануєте застосовувати його в звичайних температурних умовах, то великої різниці в тому, який внутрішній електрод вибрати, хлорсеребряного, каломельний або хлорталліевий, немає. Але якщо температура у вас буде часто змінюватися в межах 60-70 градусів, то краще використовувати хлорталліевий внутрішній електрод (якщо зможете його розпізнати в електроді :-). Ця рекомендація заснована на явищі температурного гістерезису - при нагріванні електрода і його подальшому охолодженні повернення до вихідної ЕРС не відбувається або відбувається вкрай повільно (години). Ці відмінності можуть досягати декількох мілівольт. Для хлорталліевого електрода такий гістерезис незначний.
в) Координати ізопотенціальной точки.
По-перше, що це таке і як це може вплинути на свідчення? Якщо ви будете робити калібрування при різних температурах, то ці графіки будуть мати різний нахил - чим вища температура, тим більше нахил. Але, завдавши їх все на один графік, ви побачите, що вони перетинаються в одній точці. Якщо бути точним, то ці калібрування будуть перетинатися не в точці, а в деякій області, типу еліпса, але часто про це говорять, як про ізопотенціальной точці. Тепер як це може вплинути на свідчення. Якщо ви глянете на характеристики електродів, то побачите, що ця точка розташовується в pX = 3-7, саме розташування цієї точки залежить як від електродноактівного матеріалу (пр. скло), так і від внутрішнього заповнення (електрода і розчину). Ідея така якщо при роботі температура розчину відрізняється від температури, при якій знімалася калібрування, то ясно, що ви будете помилятися в обчисленні pX. І помилятися будете тим сильніше, чим далі від ізопотенціальной точки працюєте. Зазвичай pXізопот розташовується приблизно по середині робочої області: для pH звичайна робоча область від 2 до 12 і відповідно pXізопот = 3-7.
Крім того, при знятті калібрування ізопотенціальная точка може бути використана для перевірки правильності калібрування і самої установки.
II) Застосування сольового містка зазвичай переслідує дві мети: зробити гальванічний елемент без переносу і, отже, зменшити (елімінувати) потенціал рідинного з'єднання (тільки не питайте що це - візьміть підручник і т.д.) і відокремити електрод порівняння від досліджуваного розчину; це буває необхідно, якщо робочий розчин і внутрішній розчин електрода порівняння не сумісні. Наприклад: у вас насичений хлорсеребряного електрод порівняння і досліджуваний розчин солей срібла. Якщо ви в такий розчин опустіть електрод порівняння без містка, то через хвилин 10 помітите, що все розладналося: іономір показує межі що. Найближчі пару днів ви проклянете життя, вичищаючи капіляр електрода порівняння від пробки AgCl $ -