Измерительные электроды гальванических преобразователей

В качестве измерительных электродов в pH-метрах, кроме водородного, применяются хингидронный, сурьмяный и получивший наибольшее распространение стеклянный электроды.

Стеклянный электрод 1 (рис. 10.4) представляет собой тонкостенную (0,05...0,1 мм) колбу (мембрану), выдуваемую на конце трубки из специальных сортов стекла. При помещении колбы в раствор на границе стекло-раствор появляется разность потенциалов, зависящая от активности водородных ионов раствора. Это объясняется процессами ионного обмена. Щелочные ионы стекла (Na или Li) переходят в раствор, а их места занимают более подвижные ионы водорода из раствора. В результате этого поверхностный слой стекла оказывается насыщенным водородными ионами и стеклянный электрод приобретает свойства водородного электрода.

Конструкция стеклянного электрода

Рис. 10.4. Конструкция стеклянного электрода

Это относится как к внутренней, так и к внешней поверхностям колбы, которые нужно рассматривать как два водородных электрода, один из которых должен иметь постоянный потенциал. Слой стекла между обеими поверхностями, по существу, является проводником с большим сопротивлением, соединяющим оба электрода.

Гальванический преобразователь со стеклянным электродом обычно состоит из стеклянного электрода и двух вспомогательных полуэлемен- тов, которые используются для снятия потенциала с внутренней и внешней поверхностей стеклянного электрода (рис. 10.4).

Стеклянный электрод 1 и каломельный полуэлемент 3 помещаются в исследуемый раствор. Внутрь стеклянного электрода, заполненного образцовым раствором с известным значением pHN, вставлен вспомогательный хлорсеребряный электрод 2.

ЭДС на выводах преобразователя является алгебраической суммой потенциалов хлорсеребряного полуэлемента, внутренней и наружной поверхности стеклянного электрода и потенциала каломельного полуэлемента.

При изменении рНх исследуемого раствора изменяется только потенциал наружной поверхности электрода, который зависит от активности водородных ионов в растворе. Все же остальные составляющие ЭДС остаются неизменными (при постоянной температуре). Поэтому, измеряя ЭДС на выводах преобразователя со стеклянным электродом, можно определить рНх исследуемого раствора.

Стеклянный электрод может применяться для измерения pH не только в водных, но и в неводных и смешанных средах. Однако для каждого растворителя необходимо устанавливать соответствующую зависимость Е =/ (pH).

Характерной особенностью гальванических преобразователей со стеклянными электродами является их большое внутреннее сопротивление, так как в него входит сопротивление стеклянной мембраны. В зависимости от химического состава и толщины стеклянного электрода его сопротивление составляет 0,5...1000 МОм. При уменьшении температуры сопротивление стеклянных электродов резко возрастает, что препятствует их использованию при температурах ниже 0 °С.

Другой особенностью стеклянного электрода является наличие потенциала асимметрии, который проявляется в том, что при помещении внутрь и снаружи электрода одинаковых растворов на выводах гальванического преобразователя со стеклянным электродом возникает ЭДС, которая может достигать 1...2 мВ. Постоянные времени стеклянных электродов пропорциональны толщине мембраны и обычно лежат в пределах 1...10 с.

Конструкции стеклянных электродов весьма разнообразны. Для измерения pH кожи и бумаги применяются стеклянные электроды с плоской мембраной, для измерений в вязких средах и для медицинских целей — копьевидные и игольчатые электроды.

Гальванические преобразователи используются для измерения активности не только водородных ионов, но и ионов ряда других элементов: калия, натрия, хлора, меди, цианида, серы и т. д. В качестве измерительных применяются различные ионоселективные электроды из стекла, меди, золота, серебра, олова, ионообменных смол, кремнистой резины и др. Избирательность электродов к тому или другому иону зависит от состава и ионообменных свойств материала электрода. Весьма перспективны электроды из ионообменных смол, поскольку один тип ионов в смоле может быть полностью заменён другим. Они имеют малое сопротивление и низкий потенциал асимметрии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >