Потенциометрия – метод аналитической химии, основанный на изменении равновесного электродного потенциала, который применяется для измерения активности ионов в растворе. Рассмотрим содержание метода более подробно. Прежде всего, потенциометрия – аналитический метод, то есть результатом эксперимента является информация о составе измеряемой системы. Это накладывает ряд ограничений, например, результаты должны быть верифицируемы, точность измерений должна находиться в рамках погрешности метода. Следующее важное уточнение: изменение равновесного электродного потенциала, это значит, что измеряемый параметр – потенциал является не абсолютной, а относительной величиной, поэтому результат измерений может меняться в зависимости от элемента сравнения, который мы используем. И наконец, активность ионов: метод предполагает измерение активности, а не концентрации вещества, то есть измеряемый раствор должен быть близок к модели идеального раствора.
Из вышеописанного определения потенциометрии следуют основные сложности метода, но при этом и его преимущества.
Рассмотрим некоторые трудности, с которыми сталкиваются при измерении, а также предложим пути их решения.
Проблема №1
Электрохимические параметры воды (например, электропроводность) меняются со временем и никогда не остаются постоянными.
- Использование дистиллированной или деионизированной воды для измерений.
- Использование магнитной мешалки для постоянного перемешивания раствора.
Проблема №2
ЭДС электрохимической цепи имеет разное значение для разных приборов и электродов.
- Требуется калибровка измерительного электрода при первом подключении к прибору, и в дальнейшем калибровку проводят после серии измерений (примерно 7 - 10 измерений).
Проблема №3
Измеряемый потенциал может «плыть» и со временем показывать значение выше или ниже изначального (часто особо наблюдается для pH-электродов).
- В норме, время измерения составляет не более 60 секунд, если вы хотите подтвердить измерения, то необходимо промыть измеряемый электрод и провести новое измерение. При этом все измерения происходят при постоянном перемешивании!
Проблема №4
После калибровки электрода, измерения на тех же самых калибровочных растворах не совпадают со значениями заявленными производителем.
- Довольно распространенная проблема. Решение данного вопроса кроется в конструкции электрода и составе чувствительной части – мембране. Чтобы не сталкиваться с этой проблемой приобретаемые электроды должны быть высокого качества. К сожалению, качественный электрод не может стоить дешево, это обуславливается сложным и многостадийным процессом производства чувствительной мембраны. Поэтому рекомендуем приобретать качественные электроды у проверенного производителя ООО «Потенциал», где Вам также окажут консультации при калибровке и измерениях.
Проблема №5
Измеряемые растворы должны быть близки к модели идеального раствора.
- Большинство потенциометрических методик подробно описывают процесс пробоподготовки измеряемого раствора. Перед началом эксперимента убедитесь, что сделали все этапы приготовления к измерению.
Проблема №6
В паспорте изделия указаны коэффициенты селективности к различным ионам, например, для измерения хлорид-ионов (Cl-) необходимо избавиться от остальных галогенидов в измеряемом растворе.
- Существуют различные способы потенциометрических измерений, в том числе, метод добавок, потенциометрическое титрование, обратная потенциометрия. Эти методы позволяют проводить косвенные измерения и обойти мешающее воздействие мешающих ионов. Проведение анализа в соответствии с известными методиками и ГОСТами позволяют получить достоверный результат для конкретного образца.
Зависимость потенциала от активности измеряемого иона описывается в общем виде (приведенная ниже форма):
где, ∆E – изменение потенциала, E^0 – потенциал электрохимической цепи, z – заряд измеряемого иона, a – активность измеряемого иона. Выделим главные следствия из этого уравнения:
- Разница изменения потенциала между растворами, концентрация которых различается на один порядок (например, 10-3 М и 10-4 М, или 100мг/мл и 10 мг/мл) составляет 59 мВ. При реальных измерениях, эта разница потенциала меньше теоретической и составляет 54-58 мВ.
- Измерение растворов ионов с зарядом ±2, уменьшает разницу измерения потенциалов и составляет 29.5 мВ.
- При измерении изменения потенциала, необходимо делать поправку на a – активность, и делать дальнейший пересчет на концентрацию – с.
Хорошая новость! Большинство современных pH-метров и иономеров снабжены необходимым программным обеспечением для расчета концентрации, поэтому для измерений достаточно выбрать соответствующую программу на приборе. Задача химика-аналитика точно по методике воспроизвести эксперимент и подобрать качественный ионоселективный электрод, что можно сделать на сайте https://potential.moscow/
Вопросы, в том числе, по приобретению ионоселективных электродов, можете присылать на почту: director@potential.moscow