Ein Potentiometer ist die Vorrichtung zur Messung der Potentialdifferenz zwischen einer Arbeitselektrode und einer Referenzelektrode, wenn beide in eine Lösung getaucht sind, deren Säure oder Basizität bestimmt werden soll, wobei dies als pH ausgedrückt wird.
Auf diese Weise bezieht sich die Potentiometrie auf das Analyseverfahren, das verwendet wird, um die Konzentration von H + -Ionen in einer Substanz, die sich in Lösung befindet, unter Verwendung eines Potentiometers und der beiden vorgenannten Elektroden zu bestimmen .
Im Fall der Referenzelektrode hat sie im Gegensatz zur Arbeitselektrode ein bekanntes, konstantes und stabiles Potential. Das Potential, das sich in dieser letzten Elektrode entwickelt, variiert proportional zur Konzentration der in der Lösung gefundenen H + -Ionen .
Dieses Potential wird auch stark von der Temperatur beeinflusst, bei der die Messung durchgeführt wird.
Wofür ist das?
Es gibt eine große Anzahl industrieller Prozesse - wie Arzneimittelherstellung, Lebensmittelverarbeitung und Wasserreinigung -, die sehr empfindlich auf Änderungen des pH-Werts reagieren. Aus diesem Grund ist die korrekte Messung so wichtig.
Wie bereits erwähnt, ist der pH-Wert ein Parameter, mit dem der Säuregehalt oder die Alkalität einer Lösung in der wässrigen Phase durch Analyse der Konzentration von H + -Ionen in der Lösung gemessen wird. Dann wird der pH-Wert durch die folgende Gleichung berechnet:
pH = -log
Das Potentiometer wird also verwendet, um den pH-Wert einer Substanz in Lösung zu messen.
Wenn das Potentiometer an die beiden in die zu analysierende Lösung eingetauchten Elektroden angeschlossen ist, erfasst es die Potentialdifferenz zwischen der Arbeits- und der Referenzelektrode, verstärkt dieses Signal und wandelt es unter Verwendung der oben beschriebenen Gleichung in einen pH-Wert um.
Wie funktioniert es?
Der Betrieb eines Potentiometers basiert auf dem Mechanismus einer elektrochemischen Zelle, bei der H + -Ionen an der chemischen Reaktion der Zelle beteiligt sind, um die Konzentration dieser Ionen in der Lösung zu bestimmen und auf diese Weise den pH-Wert derselben zu erhalten .
Wenn Sie den pH-Wert einer Lösung potentiometrisch messen möchten, werden ein Potentiometer und eine Elektrode verwendet. Das erste ist das Gerät, das den pH-Wert bestimmt, während das zweite auf der Kombination einer Referenzelektrode und einer Messelektrode basiert, die gegenüber Analyten empfindlich ist.
In diesem Sinne wird eine Schaltung gebildet, durch die der elektrische Strom zwischen den Elektroden und der Lösung fließt, wo sie die Funktion einer Batterie erfüllen, wenn sie in die erwähnte Lösung eingetaucht sind.
Auf diese Weise ist das Potentiometer so ausgelegt, dass bei einem pH-Wert von sieben eine Spannung von Null (in Millivolt-Einheiten) erzeugt wird. das heißt, neutral.
Wenn ein Anstieg der Potentialwerte (mit positiven Zahlen) registriert wird, bedeutet dies ebenfalls, dass es niedrigere pH-Werte gibt, und wenn ein Rückgang beobachtet wird - das heißt ein Wachstum in Richtung negativer Zahlen -, sprechen wir von höheren Werten. pH.
Elektroden
Die Messelektrode (oder Arbeitselektrode) besteht aus einem Gerät, in dem die untersuchte Reaktion (Oxidation oder Reduktion) stattfindet.
Obwohl es viele Arten gibt, handelt es sich im Allgemeinen um Glas, das aus einer sehr dünnen Glasmembran besteht, die für die H + -Ionen der Umgebung, in der es sich befindet, durchlässig ist.
Durch Platzieren dieser Lösung in einer Lösung, die einen anderen pH-Wert als die in der Zelle vorhandene Lösung aufweist, wird eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Seiten der Membran erzeugt, und diese Differenz kann mittels einer Referenzelektrode aufgezeichnet werden.
Andererseits ist die Referenzelektrode eine Vorrichtung mit stabilen Potentialeigenschaften und einem bekannten Wert, die normalerweise als Anode in der elektrochemischen Zelle verwendet wird.
Ein Beispiel für diesen Elektrodentyp besteht aus einem Silberdraht, der mit Silberchlorid beschichtet und in eine verdünnte Salzsäurelösung getaucht ist, oder der mit Kalomel gesättigten Referenzelektrode wie der gezeigten in der Abbildung unten.
Das Potentiometer bestimmt also die Potentialdifferenz, die zwischen den Elektroden erzeugt wird, obwohl nur das Potential der Arbeitselektrode von den Konzentrationen der ionischen Spezies abhängt.
Potentiometer kalibrieren
Die Kalibrierung eines Potentiometers muss mit bekannten Pufferlösungen (auch Puffer oder Pufferlösungen genannt) durchgeführt werden, die aus Systemen mit praktisch unveränderlichem pH-Wert bestehen, die eine schwache Substanz und ihre konjugierten Spezies enthalten.
Jede Pufferlösung hat einen spezifischen pH-Wert, der sauer (pH <7), basisch (pH> 7) oder neutral (pH = 7) sein kann und im Handel als standardisiert gekauft oder im Labor mit zertifizierten Reagenzien und hergestellt werden kann durch die Verwendung etablierter und validierter Verfahren.
Da Potentiometer den pH-Wert in einem Bereich messen, der als breit angesehen wird, muss bekannt sein, ob der Analyt einen pH-Wert von mehr oder weniger als sieben hat, um mit der korrekten Kalibrierung fortzufahren.
Daher sollte für Proben, deren pH-Wert voraussichtlich basisch ist, eine Pufferlösung mit einem pH-Wert von sieben und eine andere mit einem höheren pH-Wert kalibriert werden (normalerweise wird einer mit einem pH-Wert von zehn verwendet).
Andererseits wird für Proben mit einem erwarteten sauren pH-Wert eine Pufferlösung mit einem pH-Wert von sieben und eine andere mit einem niedrigeren pH-Wert kalibriert (normalerweise wird einer von pH vier verwendet).
Schließlich muss die Neukalibrierung dieses Messgeräts vor und nach jedem Gebrauch durchgeführt werden, wobei die Ergebnisse einschließlich Datum und Uhrzeit ihrer Durchführung sowie die Eigenschaften der zur Steuerung verwendeten Pufferlösungen aufgezeichnet werden müssen.
Verweise
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