ЛПЭМ 1 (Лабораторный практикум), страница 7

Выполнение опыта.

Для измерения температуры анализируемой среды кнопками "←" и "→" установите режим "Термометр". На дисплее появится надпись:

Выбор режима

Термометр

Нажмите кнопку "ИЗМ". На дисплее появится результат измерения температуры, например:

Термометр

20.46 °С

Измерьте установившееся значение температуры. Для выхода из режима измерений нажмите кнопку "ОТМ".

Оформите протокол проведения лабораторной работы.

Отчёт по лабораторной работе должен включать в себя краткое описание работы рН-метра, его схему, статическую характеристику, результаты измерения рН водных растворов, результаты сравнения рН воды из разных источников и соответствие её ГОСТу.

Контрольные вопросы

1. Прокомментируйте уравнение Нернста.

2. Что такое рН раствора?

3. В каких единицах рН измеряется?

4. Каков физический смысл рН?

5. Как работает рН-метр?

6. Какие функции выполняет микропроцессор в рН-метре?

7. О чём свидетельствует рН раствора?

5. Определение содержания ионов К⁺, Nа⁺, Cl^-

и Сa⁺+Mg⁺ в воде иономером ЭКОТЕСТ-2000

Введение

Большое распространение в практике аналитического контроля получили ионоселективные (от ионо … и лат. selection – отбор) электроды, которые позволяют избирательно измерять концентрацию того или иного иона.

Характерной особенностью ионоселективных электродов является то, что в электродных реакциях не участвуют электроны, а основной является реакция обмена ионами между растворами, разделёнными мембраной, обладающей селективной проницаемостью только для одного типа ионов.

Ион (от греч. – идущий) – электрически заряжен-ный атом или группа атомов, образующаяся при потере или присоединении электронов.

Ионы наблюдаются в газах, растворах (в результате ионизации и электролитической ионизации) и в кристаллах.

Катион (от греч.  вниз и …ион) – положительно заряженный ион. Анион (от греч – вверх и …ион) – отрицательно заряженный ион.

В память микропроцессора иономера ЭКОТЕСТ-2000 введены и вызываются на дисплей индикатора параметры (молекулярная масса и заряд) следующих ионов: Сl^-; Br^-; J^-; F^-; Na⁺; К⁺; NH₄⁺ ; NO₃^-; Ag⁺; S^2-; Cu²⁺; Cd²⁺; Рb²⁺; Hg²⁺; Ca²⁺; Ba²⁺; CO₃^2-; C1O₄^-; ReO₄^-; AuCl₄^-; Zn²⁺; Fe³⁺; Са²⁺+Мg²⁺ (жёсткость); HPO₄^2-; NO₂^-; CN^-; CNS^-; СrO₄^2-. Кроме того, зарезервированы три ячейки памяти для ввода аналогичных параметров для других ионов по выбору пользователя.

1. Ионометрические измерения

Измерение величины рХ и концентрации ионов в водных растворах С производят потенциометрическим методом при помощи ионоселективных электродов. Метод заключается в из­мерении разности потенциалов (эдс) измерительного электрода и электрода сравнения в раство­ре.

Зависимость эдс электродной системы Е от измеряемой активности определяемого иона без применения термокомпенсации описывается уравнением Нернста:

E = E₀ + S∙pX, (5.1)

где рХ - отрицательный десятичный логарифм актив-ности иона в исследуемом растворе;

pX = -lg a, (5.2)

где а - активность или эффективная концентрация свободных ионов в растворе, связанная с концентрацией соотношением:

a = k∙C, (5.3)

где С - молярная концентрация; k – коэффициент активности.

Постоянство коэффициента активности k достигается при поддержании одинаковой ионной силы в анализируемых и калибровочных растворах путём добавления фонового электролита. Угловой коэффициент S остаётся постоянным, если не меняется температура.

Таким образом, при постоянных ионной силе раствора и температуре можно получить линейную зависимость эдс электродной системы от концентрации определяемого иона в широком диапазоне концентраций без термокомпенсации в соответствии с уравнением (5.1).

Зависимость эдс электродной системы от измеряемой активности при использовании режима термокомпенсации выражается уравнением:

Е = Е_И+S_{t теор} (рХ-рХ_И) (5.4)

где Е_И, рХ_И - координаты изопотенциальной точки электродной системы; S_{t теор} - значение коэффициента наклона (крутизны) электродной системы при данной темпе­ратуре, мВ/рХ, определяемое по уравнению (4.9).

Данный вид электродной функции (5.4) характерен для электродов с нормируемыми координатами изопотенциальной точки. При работе с такими электродами в режиме термокомпенсации значения координат изопотенциальной точки вводятся в про­цессе калибровки прибора.

В основу работы ЭКОТЕСТ-2000 в режиме иономера положен метод построения градуировочного графика зависимости эдс электродной системы от концентрации градуировочных (стандартных) растворов с из­вестной концентрацией и последующего нахождения концентрации анализируемого раствора по измеренному в нём значению эдс электродной системы. Градуировочный график строится мик­ропроцессором автоматически на основе введённых в него значений эдс электродной систе­мы и соответствующих им значений рХ при калибровке иономера в стандартных растворах.

Поскольку рХ = -lgC, значение молярной концентрации автоматически рассчитывается по уравнению:

С = 10^--рХ, (5.5)

где С - концентрация, моль/дм³.

Значение массовой концентрации иона также рассчитывается автоматически, исходя из урав­нения:

С = М∙10^--рХ, (5.6)

где С - концентрация, г/дм³; М - молярная масса иона, г/моль.

В память ИП введены параметры для 29 ионов и по каждому из них сохраняются последние результаты градуировки.

1. Проведение измерений

При работе с анализируемыми средами, содержащими органические вещества, проводится подготовка пробы в соответствии с методиками количественного химичес-кого анализа (МКХА).

5.2.1. Подготовка анализатора к работе

При проведении ионометрических измерений выберите в зависимости от вида измеряемого иона необходимый измерительный ионоселективный электрод, электрод сравнения и подключите их к иономеру.

В качестве измерительного электрода на ионы калия К⁺ используют ионоселективный плёночный электрод «Эком-К», который имеет следующие технические характеристи-ки:

- диапазон измерения, рК 1 – 5

- электрическое сопротивление электрода при

температуре раствора 20 ± 5 ^оС, МОм, не более 100

- крутизна линейной части градуировочной

характеристики электрода при температуре

раствора 20 ± 5 ^оС, мВ/рК 56

- нелинейность градуировочной

характеристики, мВ ± 6

- температура анализируемого раствора, ^оС 5 – 45

- допустимый диапазон рН

анализируемого раствора, рН 1 – 8,5

В качестве измерительного электрода на ионы натрия Na⁺ используют ионоселективный твёрдоконтактный электрод «Эком-Na», который имеет следующие технические характеристики:

- диапазон измерения, рNa 1 – 6

- электрическое сопротивление электрода при

температуре раствора 20 ± 5 ^оС, МОм, не более 300

- крутизна линейной части градуировочной

характеристики электрода при температуре

раствора 20 ± 5 ^оС, мВ/рNa 56

- нелинейность градуировочной

характеристики, мВ ± 6

- температура анализируемого раствора, ^оС 5 – 80

- допустимый диапазон рН

анализируемого раствора рН ≥ рNa + 3

В качестве измерительного электрода на ионы хлора Cl^- используют ионоселективный электрод «Эком-Cl», кото-рый имеет следующие технические характеристики:

- диапазон измерения, рCl 1 – 5

- электрическое сопротивление электрода при

температуре раствора 20 ± 5 ^оС, МОм, не более 5

- крутизна линейной части градуировочной

характеристики электрода при температуре

раствора 20 ± 5 ^оС, мВ/рCl 56

- нелинейность градуировочной

характеристики, мВ ± 6

- температура анализируемого раствора, ^оС 5 – 80

- допустимый диапазон рН

анализируемого раствора, рН 2 – 12

В качестве измерительного электрода на ионы кальция и магния («жёсткость» воды) Сa⁺+Mg⁺ используют ионоселективный электрод плёночный «Эком-Сa+Mg», который имеет следующие технические характеристики:

- диапазон измерения, р(Сa+Mg) 1 – 5

- электрическое сопротивление электрода при

температуре раствора 20 ± 5 ^оС, МОм, не более 150

- крутизна линейной части градуировочной

характеристики электрода при температуре

раствора 20 ± 5 ^оС, мВ/р(Сa+Mg) 28

- нелинейность градуировочной

характеристики, мВ ± 3

- температура анализируемого раствора, ^оС 5 – 45

- допустимый диапазон рН

анализируемого раствора, рН 7 – 10

При проведении измерений без термокомпенсации или с ручной термокомпенсацией в анализируемый раствор поместите термометр.

При проведении измерений с автоматической термо-компенсацией и при проведении измерений температуры к разъёму "Т" подключите температурный датчик и поместите его в ана­лизируемый раствор.

Измерения с автоматической термокомпенсацией произ-водят при изменяющейся температу­ре анализируемого раствора измерительным электродом с нормированными координатами изопотенциальной точки.

Измерения без термокомпенсации производят при поддержании постоянной температуры раствора с помощью термостата измерительными электродами с ненормиро-ванными координатами изопотенциальной точки, а также электродами с нормированными координатами изопотенци­альной точки при необходимости получения более точных результатов.

5.2.2. Подготовка контрольных растворов

При измерении рХ приготовление контрольных растворов для градуировки анализатора проводят в соответствии с указаниями в паспорте на электрод.

5.2.3. Подготовка электродов к работе

Подготовьте электроды к работе в соответствии с указаниями, изложенными в паспортах на электроды. Электрод сравнения должен быть залит насыщенным раствором КСl (см. гл. 4, задание 1).

5.2.4. Использование анализатора

Прямые измерения физических величин производят анализатором при измерении напряжения в режиме "Вольтметр (Eh)" и при измерении температуры в режиме "Термометр".

Ионометрические измерения активности ионов рХ или их концентрации С проводят в режиме "рН-метр - иономер" и включают следующие этапы:

- выбор ионометрического канала;

- градуировка (калибровка) ионометрических каналов по стандартным растворам при измерениях без термоком-пенсации или ввод координат изопотенциальной точки при измерениях с термокомпенсацией;

- измерение эдс;

- вычисление рХ;

- вычисление молярной концентрации ионов;

- вычисление массовой концентрации ионов.

5.2.5. Измерение рХ в режиме "рН-метр-иономер"

Измерения можно проводить как с термокомпенса-цией, так и без неё.

5.2.5.1. Ионометрические измерения без термоком-пенсации

Ионометрические измерения без термокомпенсации включают в себя выбор ионометрического канала, градуировку (калибровку) ионометрического канала - ввод в память анализатора параметров стандартных растворов, и непосредственно измерения.

Анализатор позволяет вводить от 2 до 5 точек градуировок рХ и эдс по каждому иону.

5.2.5.1.1. Выбор ионометрического канала

Включите анализатор, нажав кнопку "ВКЛ". На дисплее появится надпись: