Принципы колориметрического определения рН.

Колориметрический метод измерения рН, т. е. концентрации бесцветных во­дородных ионов, осуществим только в присутствии индикаторов. Сущность метода заключается в том, что при разных концентрациях водородных ионов изменяется окраска различных индикаторов. Все колориметрические методы определения рН основаны на законе Ламберта — Бугера — Бера, согласно которому для двух рас­творов, одинаково поглощающих свет, произведение концентрации С на толщину слоя раствора h есть величина постоянная:

4.83

Из этого закона следует, что при совпадающей интенсивности окраски двух рас­творов, из которых концентрация одного является известной величиной (стан­дарт), можно узнать концентрацию другого раствора.

Имея набор стандартных окрашенных растворов с различной концентрацией водородных ионов (рН), выбирают тот из них, который по интенсивности окраски ближе всего подходит к исследуемому раствору. В этом случае, при условии одинаковой толщины слоя обоих растворов, рН исследуемого раствора равно рН стан­дартного раствора.

Для сравнения интенсивности цвета стандартных растворов с окраской ис­следуемого раствора пользуются различными приборами: фотометрами, колори­метрами, компараторами и специальными штативами с набором окрашенных стандартных растворов в запаянных стеклянных ампулах.

Как известно, существуют два основных колориметрических ме­тода — буферный и безбуферный.

Буферный метод заклю­чается в следующем: приготовля­ют ряд стандартных буферных растворов с постепенно возрастаю­щими значениями рН и добавля­ют к каждому из них несколько капель соответствующего индика­тора. Используя несколько инди­каторов с различными точками перехода окраски, получают цвет­ную шкалу стандартных раство­ров. Затем такое же число капель индикатора добавляют к иссле­дуемому раствору и сравнивают, например в компараторе, его окраску с окраской стандартных растворов. Совпа­дение окраски растворов свидетельствует о совпадении и рН исследуемого рас­твора с рН стандарта.

Поскольку буферная шкала обычно приготовляется с несколькими индикато­рами (например, в диапазоне рН от 4,2 до 8,4 берут три индикатора: метиловый красный, бромтимоловый синий и феноловый красный), то для правильного выбо­ра индикатора сначала грубо определяют рН исследуемого раствора с помощью так называемого универсального индикатора, который представляет собой смесь индикаторов с зонами перехода, последовательно охватывающими широкую область рН от кислых до щелочных значений.

Добавляя к исследуемому раствору несколько капель универсального инди­катора, по цветной шкале производят грубое определение значения рН. Зная при­мерный рН, выбирают такой индикатор, который имеет точку перехода в этой об­ласти рН. Окрасив исследуемый раствор этим индикатором, сравнивают его ок­раску с окраской буферной шкалы сравнения, по которой и определяют более точ­ное значение рН.

Безбуферное определение рН (так называемый метод Михаэлиса) за­ключается в использовании стандартных рядов, полученных с одноцветными ин­дикаторами группы нитрофенола в 0,001 н. растворах NaOH: 1) β-динитрофенол с диапазоном рН от 2,8 до 4,5; 2) γ-динитрофенол с диапазоном рН от 4,0 до 5,5; .3) n-нитрофенол — от 5,2 до 7,0 рН и 4) м-нитрофенол — от 6,7 до 8,4 рН.

Таким образом, по методу Михаэлиса рН растворов определяется в доволь­но широком диапазоне — от 2,8 до 8,4. Предварительно надо определить прибли­зительное значение рН с помощью универсального индикатора. Затем производят выбор индикатора и уже с этим индикатором производят более точное определе­ние рН.