Назначение: измерение концентрации в растворах ионов водорода и различных веществ, а также определение окислительно-восстановительных потенциалов практически любых сред.
Физические основы: в основе лежит использование уравнение Нернста, которое описывает зависимость потенциала металлического электрода Е, помещаемого в раствор, от природы и активности ионов в растворе:
Метод потенциометрического измерения концентрации ионов в растворах основан на измерении разности электрических потенциалов двух специальных электродов, помещаемых в анализируемые среду, причем один из электродов является вспомогательным, и в процессе измерения свой потенциал изменять не должен. В качестве вспомогательных при потенциометрических измерениях используются электроды второго ряда. Появление водородных ионов в растворах вызвано диссоциацией части молекул воды на ионы водорода и и гидроксильные ионы. Кислоты и щелочи в водных растворах также диссоциируют: кислоты – на ионы водорода и анионы кислотного остатка, а щелочи – на катионы металла и ионы гидроксила. С повышением концентрации кислоты в растворе повышается концентрация ионов водорода, а с повышением концентрации щелочи в растворе – концентрация ионов гидроксила, что вызывает уменьшение концентрации ионов водорода. Следовательно, концентрацией водородных ионов можно характеризовать любые растворы. Водородный показатель pH выражается отрицательным десятичным логарифмом концентрации ионов водорода . Электродная система всегда состоит из двух электродов: измерительного, потенциал которого функционально связан с концентрацией водородных ионов в растворе, и сравнительного, или вспомогательного, потенциал которого в процессе измерения изменяться не должен. В качестве измерительных широко используются стеклянные и сурьмяные электроды. В качестве вспомогательных распространены каломельные и хлорсеребряные электроды. Корпус универсального стеклянного электрода изготовлен из калиброванной стеклянной трубки. К одному концу ее приваривается мембрана из специального электродного стекла, являющаяся активной частью электрода. Мембрана может изготавливаться различной формы (шаровидной, копьевидной, игольчатой, плоской) в зависимости от назначения электрода. Внутренняя часть корпуса покрыта раствором соляной кислоты с небольшим количеством кристаллов хлорида серебра. В раствор погружается контактный электрод, от которого отходит выходной проводник с кабельным наконечником, отводящий потенциал к измерительному прибору. Для герметизации на верхнюю часть электрода надет полиэтиленовый уплотнительный колпачок. Корпус каломельного электрода представляет собой стеклянную трубку. Нижний ее конец закрывается резиновой пробкой с полупроницаемой набивкой, через которую осуществляется контакт с анализируемым раствором. Внутрь трубки заливается насыщенный раствор хлорида калия и вставляется трубка, заполненная в нижней части ртутью, каломелью( хлорид ртути) и кристаллами хлорида калия. Конец внутренней трубки закрывается ватным или асбестовым тампоном. Электрический вывод от ртути к измерительной схеме осуществляется с помощью провода. Сверху стеклянная трубка –корпус закрыта колпачком. Электрическая цепь измерительного преобразователя (ячейки) для измерения pH растворов состоит из измерительного стеклянного электрода со вспомогательным внутренним электродом, служащим для создания электрической цепи, и внешнего вспомогательного электрода, осуществляющего контакт с контролируемым раствором. При погружении электродов в анализируемый раствор между поверхностью стекла шарика и раствором происходит обмен ионами, в результате которого одновалентные ионы металлов, содержащиеся в электродном стекле, переходят в раствор и заменяются ионами водорода из раствора.