Кіріспе

pH-қа сезімтал электрод

Шыны электрод – бұл белгілі бір ионға сезімтал допингтелген шыны мембранадан жасалған ионды таңдамалы электродтың бір түрі. Ионды таңдамалы шыны электродтардың ең көп қолданылатын саласы – pH өлшеу. pH электроды – сутегі иондарына сезімтал шыны электродтың мысалы. Шыны электродтар химиялық талдау және физикалық-химиялық зерттеулерге арналған құралдарда маңызды рөл атқарады. Шыны электродтың кернеуі, белгілі бір эталондық мәнге қатысты, белгілі бір иондардың активтілігінің өзгеруіне сезімтал.

Тарих

Шыны электродтардың алғашқы зерттеулерінде әртүрлі шынылардың ортаның қышқылдығының (pH) өзгеруіне әртүрлі сезімталдығы анықталды, бұл сілтілі металл иондарының әсеріне байланысты болды. 1906 жылы Эрика Кремердің әкесі М. Кремер шыны мембрананың қарама-қарсы жақтарында орналасқан сұйықтықтың бөліктері арасында туындайтын электр потенциалы қышқылдың концентрациясына (сутегі ионының концентрациясына) пропорционалды екенін анықтады. 1909 жылы С. П. Л. Сорренсен pH тұжырымдамасын енгізді, ал сол жылы Ф. Хабер мен З. Клеменсевич Карлсруэдегі Химия қоғамында шыны электрод туралы зерттеулерінің нәтижелерін баяндады. 1922 жылы В. С. Хьюз сілтілі силикатты шыны электродтардың сутек электродтарымен ұқсас екенін, H+ қатысты кері қайтымды екенін көрсетті. 1925 жылы П. М. Туки Керридж қан үлгілерін талдауға арналған алғашқы шыны электродты жасады және шынының жоғары кедергісі (50–150 МОм) сияқты жабдықтың кейбір практикалық мәселелерін атап өтті. Докторлық диссертациясы барысында Керридж кішкентай көлемдегі ерітіндіні өлшеуге арналған шыны электродты жасады. Оның тапқыр және сақтықпен жасалған дизайны шыны электродтар жасаудағы новаторлық жұмыс болды.

Құрылыс

Қазіргі заманғы pH зондтарының бірі – шыны және эталондық электродтарды біріктіретін комбинациялық электрод. Комбинациялық электрод келесі бөліктерден тұрады (суретті қараңыз): электродтың сезгіш бөлігі, арнайы шыныдан жасалған шар. Ішкі электрод, әдетте күміс хлориді электроды немесе каломель электроды. Ішкі ерітінді, әдетте pH=7 буферленген ерітіндісі, pH электроды үшін 0,1 моль/л KCl немесе pM электроды үшін 0,1 моль/л MCl. Күміс хлориді электродын қолданғанда, AgCl аз мөлшерде шыны электродтың ішіне шөгеді. Эталондық электрод, әдетте 2-мен бірдей типті. Эталондық ішкі ерітінді, әдетте 3,0 моль/л KCl. Зерттелетін ерітіндімен байланыс, әдетте керамикадан немесе капиллярдан асбест немесе кварц талшығымен жасалады. Электродтың корпусы өткізбейтін шыныдан немесе пластиктен жасалған. pH электродының төменгі жағы дөңгелек, жұқа шыны шарға айналады. pH электродын ең жақсысы – ішінде түтікше бар түтікше ретінде қарастыруға болады. Ішкі түтікшеде 1 × 10−7 моль/л HCl ерітіндісі бар. Сондай-ақ ішкі түтікшеде эталондық зондтың катодтық ұшы орналасқан. Анодтық ұшы ішкі түтікшенің сыртын орап, ішкі түтікшенің ішіндегідей эталондық зондпен аяқталады. Ол KCl эталондық ерітіндісімен толтырылады және тұздық көпір ретінде қызмет ететін тесікті тығын арқылы pH зондының сыртқы жағындағы ерітіндімен байланысады.

Шектеулер

Шыны электродтың құрылысының ерекшелігіне байланысты, оның белгілі бір шектеулері бар. Қышқылдық және сілтілік қателер туралы жоғарыда айтылды. Маңызды шектеу – шыны мен сұйықтық арасындағы интерфейсте асимметриялық потенциалдардың болуынан туындайды. Осы құбылыстардың болуы шыны электродтарды қолдану алдында міндетті түрде калибрлеуді талап етеді; калибрлеудің әдеттегі әдісі стандартты буферлік ерітінділерді пайдалану болып табылады. Сонымен қатар, ішкі ерітіндіге диффузияның және одан диффузияның салдарынан баяу нашарлау байқалады. Электродты буферлік ерітінділерге қарай калибрлегенде бұл әсерлер жасырылады, бірақ идеалды жауаптан ауытқулар Гран графигі арқылы оңай анықталады. Әдетте, электродтың жауап беру қабілеті бірнеше айдың ішінде төмендейді.

Сақтау

Өлшеулер арасындағы кез келген шыны және мембраналық электродтар өз иондарының ерітіндісінде сақталуы тиіс. Шыны мембрананың құрғап қалмауы қажет, себебі оның жұмысқа қабілеттілігі гидратталған қабаттың болуына байланысты, ал ол қабат баяу қалыптасады.