Устройство рН—метра. Рабочие измерительные электроды

Принципиальное устройство рН—метра показано на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Устройство рН-метра.

В колбу 1 налит испытуемый раствор. Так как необходимо измерять концентрацию ионов водорода, то согласно принци­пу действия гальванических преобразователей и электрод дол­жен быть выполнен из водорода. Но, поскольку водород яв­ляется газом и выполнить электрод из него невозможно, поль­зуются способностью водорода адсорбироваться на поверхно­сти платины. Измерительный (водородный) электрод предcтавляет собой пластинку 2 из черненой платины, которая об­текается непрерывно поступающим через трубку 3 водородом. Водород выходит через отверстие 4. От платиновой пластинки отходит вывод 5 в измерительную цепь.

Для получения второго потенциала колба с испытуемым раствором соединяется через электролитический ключ 6 со вторым образцовым полуэлементом 4. Электролитический ключ представляет собой трубку, закрытую полупроницаемы­ми пробками 8, и заполненную насыщенным раствором КС1; такое соединение сильно снижает диффузионный потенциал, вносящий погрешность в измерения.

В качестве образцового полуэлемента чаще всего исполь­зуют каломельный полуэлемент, металлом которого является ртуть, ионы которой получают из раствора каломели Hg₂Cl₂. Концентрация электролита КС1 определяет потенциал ртути, который равен 0,24 в (при насыщенном растворе КС1).

Кроме каломельного, используются также хлорсеребряный, бромсеребряный и другие образцовые элементы.

Применение водородного электрода в производстве обычно неудобно, так как связано с подачей газообразного водорода. Поэтому на практике большое распространение получил стек­лянный электрод (рис. 5.6.).

Рис. 5.6. Стек­лянный электрод.

Стеклянный электрод представляет собой шаровую тонко­стенную колбочку 1, выдуваемую на конце трубки из спе­циальных электропроводных сортов стекла. Толщина стенки-­колбочки равна 0,05—0,1 мм.

Колбочка заполняется контрольным (нормальным) раство­ром какой-либо соли или кислоты с известным рН и погру­жается в исследуемый раствор.

На границе стекло—раствор появляется определенный по­тенциал, зависящий от концентрации водородных ионов рас­твора, в который погружен стеклянный электрод.

При работе используются обе поверхности стеклянного электрода, так как снять потенциал с одной только поверхно­сти невозможно (невозможно включить поверхность стекла в электрическую цепь). Внутрь колбочки 3, заполненной образ­цовым раствором, вставляется вспомогательный электрод 3 (обычно хлорсеребряный), с которого снимается потенциал стеклянного электрода.

Если в испытуемый раствор поместить каломельный полу­элемент, то э.д.с. на выводах преобразователя будет являть­ся алгебраической суммой э.д.с. хлорсеребряного полуэле­мента, внутренней поверхности, наружной поверхности стек­лянного электрода И каломельного полуэлемента. Так как при изменении рН исследуемого раствора будет изменяться толь­ко потенциал наружной поверхности электрода, а все осталь­ные составляющие э.д.с., останутся неизменными, то изме­ряя э.д.с. на выводах преобразователя, можно судить о кон­центрации исследуемого раствора.

Потенциал стеклянного электрода изменяется примерно от 0,3 В (при рН»0) до 0,9 В (при рН»10).

Наиболее обоснованное объяснение действия стеклянного электрода состоит в следующем. При помещении стеклянного электрода в раствор ионы натрия из стекла переходят в рас­твор, а их места замещают ионы водорода из раствора. В ре­зультате этого поверхностный слой стекла оказывается насы­щенным водородными ионами, и стеклянный электрод приоб­ретает свойства водородного электрода. Существуют также хингидронный, сурьмяный электроды.. Градуировка рН—метров производится по образцовым буферным растворам, обладающим высокой стабильностью значений рН (±0,01 рН в диапазоне температур от О до 95^оС).