III. Электрохимические методы анализа Ионоселективные электроды и их применение

Цель работы: ознакомление с потенциометрическим методом анализа и определение содержания различных катионов и анионов в объектах окружающей среды с использованием ионоселективных электродов.

Подобно определению величины рН, представляющей собой десятичный логарифм активности иона водорода, взятый с обратным знаком рН = – lg a_н, рассчитывают и логарифмы активности других ионов, обозначая их через рХ (р – начальная буква слов Potens или power – показатель). Таким образом, рХ = – lg a_x, X - К⁺, Na⁺, NH⁺₄, Mg²⁺ или NO^–₃, Cl^–, F^– и др.; а_х – активности этих ионов в растворах.

Измеряют рХ при помощи электронных систем с ионоселективными индикаторными электродами.

Ионоселективными (ионообменными) или мембранными называют электроды, на межфазных границах которых происходят ионообменные реакции. Для определения активности иона в растворе рХ используют два электрода, из которых один ионоселективный, а другой – электрод сравнения. Потенциал ионоселективного индикаторного электрода по отношению к электроду сравнения зависит от активности определяемого иона в растворе и описывается уравнением Нернста.

Рис. 1 Схема ячейки с ионоселективными электродами:

1 – ионоселективная мембрана; 2 – ионоселективный электрод;

3 – вольтметр; 4 – вспомогательный (хлорсеребряный) электрод;

5 – электрод сравнения; 6 – жидкостный контакт; 7 – исследуемый раствор

Мембрана ионоселективного электрода (рис. 1) проницаема только для определенного вида ионов. Поэтому при диффузии через нее возникает электродный потенциал, устанавливается электрохимическое равновесие, препятствующее дальнейшему проникновению ионов во внутренний раствор. Но равновесный потенциал ионоселективного электрода зависит от активности определяемого иона в растворе. Поэтому достаточно измерить потенциал ионоселективного электрода (с помощью хлорсеребряного электрода сравнения), чтобы найти активность (рХ) иона в растворе.

В настоящее время промышленность выпускает ионоселективные электроды различного назначения. Среди них различают стеклянные; твердые электроды (с гомогенной или гетерогенной мембраной); жидкостные электроды на основе жидких компонентов, анионитов или хелатов и др.

Используя ионоселективные электроды, определяют активность ионов в растворах – рН, рК, pNa, pNH_4, pMg, pNO₃, pCl, pF, активности других ионов, а также изучают окислительно-восстановительный потенциал различных сред (почвы, растительного материала и т.п.).

Лабораторная работа № 5

Опыт 1. Определение рН раствора на иономере ЭВ-74

До начала измерения переключатель иономера установите в положение «t» и «-1-19». Включите иономер в сеть и прогрейте его 30 минут.

Слегка приподнимите стаканчик с электродами, отодвиньте столик, промойте электроды дистиллированной водой из промывалки. Остатки воды с электродов удалите фильтровальной бумагой.

Ход определения. Получите у преподавателя испытуемый раствор, налейте его в стаканчик иономера (до половины объема) и погрузите в него электроды.

После этого последовательно нажмите кнопки прибора «Катионы, анионы», «рХ» и «-1-19».

Заметьте положение стрелки на шкале «-1-19» показывающего прибора и нажмите кнопку соответствующего диапазона. Если показание по шкале «-1-19» оказалось между цифрами 8-9, то следует нажать кнопку диапазона 4-9.

Запишите показание стрелки иономера по шкале «0-5» и прибавьте к нему начальную цифру выбранного диапазона. На этом определение величины рН испытуемого раствора закончено.

Электроды до следующего определения оставьте в дистиллированной воде. Выключите иономер из сети.