Устройство комбинированного стеклянного электрода

Электродом является стеклянный шарик (мембрана) диаметром 15-20 мм с толщиной стенок 0,06 - 0.1 мм, изготовленный из стекла особого состава (Me₂O·Al₂O₃·SiO₂ где Me - Li, Na), расположенный на конце стеклянной трубки (рис.1). Внутри шарика – раствор с определенным значением рН (0,1 ÷ 0,01 M HCI), в который погружен электрод сравнения хлорсеребряный или каломельный.

Рис. 1. Стеклянный мембранный электрод: 1 – стеклянная мембрана, чувствительная к изменению рН; 2 – внутренний раствор; 3 – внутренний электрод сравнения; 4 – внешний раствор сравнения; 5 – внешний электрод сравнения; 6 – отверстие для заполнения электрода; 7 – электрический контакт.

Перед работой стеклянный элект­род некоторое время вымачивается в 0,1 M HCI. При этой ионы H⁺ из раствора обмениваются на ионы Na⁺ из мембраны, и в системе уста­навливается равновесие:

SiONa⁺ + H⁺ ↔ SiOH⁺ + Na⁺.

стекло раствор стекло раствор

Если подготовленный таким образом электрод опустить в раствор, содержащий ионы Н⁺, произойдет обмен ионами водорода между анализируемым раствором и внешней поверхностью мембраны, т. е. протекает электродная реакция:

H⁺ ↔ Н⁺

раствор стекло,

приводящая к возникновению потенциала. Величина этого потенциала зави­сит от активности ионов Н⁺ в анализируемом растворе:

На внутренней поверхности стекла также возникает потенциал, который остается постоянным в растворе с постоянной активностью ионов водорода.

Для определения рН в исследуемый раствор погружается стеклянный индикаторный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения (иногда вся система комбинируется в одном электроде – комбинированный электрод).

ЭДС такой ячейки складывается из алгебраической суммы потенциалов, возникающих на отдельных поверх­ностях разделов фаз; испытуемый раствор – внешняя поверхность стекла (Е₁), внутренняя поверхность стекла – стандартный раст­вор кислоты (Е₂), стандартный раствор – вспомогательный хлорсеребряный электрод (E₃) и потенциал электрода сравнения, погруженного в исследуемый раствор (Е₄):

э.д.с.= Е₁ + Е₂ + Е₃ + Е₄.

Переменным, зависящим от pH исследуемого раствора, является только Е₁, поэтому:

э.д.с.= K+ Е₁=K+ E⁰ + 0,059 lg a_H+ = K + E⁰ + 0,059 pH.

Стеклянный электрод пригоден для измерения рН от 0 до 10, При рН > 10 возникает "щелочная ошибка" вследствие обмена ионов Na⁺ из раствора. Для особых сортов стекла, содержащего Сs, La, щелочная ошибка мала и измерения можно проводить до рН =14. Кроме того, точность показаний стеклянного электрода снижается в присутствии белков и других органических соединений с большими молекулами, способными адсорбироваться на поверхности стекла.