Визначенні рН розчинів фотометрично і за допомогою іонометра

Методика визначення рН

Оскільки кожен з індикаторів і кожна з груп буферних сумішей охоплює лише обмежену область рН, то спочатку слід встановити, який індикатор і яку пару початкових розчинів потрібно застосувати при визначенні рН випробовуваного розчину.

З цією метою визначають приблизну величину рН випробовуваного розчину за допомогою універсального індикатора (див. «Індикатори, вживані при об'ємних визначеннях», стор. 748), для чого 2 мл випробовуваного розчину змішують в маленькій фарфоровій чашці з 5 краплями універсального індикатора і отримане забарвлення порівнюють з кольоровою шкалою.

Після наближеного визначення рН випробовуваного розчину вибирають тип буферного розчину, придатного для даної області рН, і готують серію з 5—6 розчинів, рН яких відрізняється на 0,2 один від одного і охоплює інтервал переходу даного індикатора. У одну з пробірок наливають 10 мл випробовуваного розчину, в інших — вибрані буферні розчини. У всі пробірки додають по 2—3 краплі розчину індикатора і порівнюють забарвлення випробовуваного розчину із забарвленнями буферних розчинів.

рН випробовуваного розчину рівний рН буферного розчину, забарвлення якого співпадає із забарвленням випробовуваного розчину.

Індикатор слід вибирати так, щоб передбачувана область шуканого р<Н потрапила в центральну частину інтервалу переходу забарвлення індикатора.

Концентрація індикатора у випробовуваному і буферному розчині повинна бути однаковою.

Якщо випробовуваний розчин злегка забарвлений або каламутний, то порівняння проводять в компараторі. Останній є ящиком з шістьма гніздами для пробірок, задня стінка якого зроблена з матового скла. Для визначення рН в гніздо 2 компаратори (див. мал. 10) поміщають досліджуваний розчин з індикатором, в гніздо 5—-воду, в гнізда 4 і 6 ставлять пробірки з випробовуваним розчином без індикатора і в гнізда 1 і 3 — послідовно пробірки з буферними сумішами, рН яких відрізняється на 0,2 один від одного, до збігу забарвлень з випробовуваним розчином.

Мал. 1. Розташування пробірок в компараторі.

Потенціометричне титрування

Потенціометричне титрування застосовують для визначення концентрації розчинів сильних і слабких електролітів.

Основні переваги цього методу перед титриметричними методами аналізу з використанням індикаторів — високі точність і чутливість, а також можливість проводити визначення більш розбавлених розчинів. Крім того, потенціометричне титрування дає змогу визначати концентрацію кількох речовин у розчині без їх попереднього розділення та проводити титрування каламутних і забарвлених розчинів. Застосування неводних розчинників дає можливість проводити аналіз речовин, що не титруються у водних розчинах, розкладаються або не розчиняються у воді.

Принцип методу полягає у визначенні точки еквівалентності за результатами вимірювання ЕРС. Поблизу точки еквівалентності відбувається різка зміна (стрибок) ЕРС гальванічного елемента або потенціалу індикаторного електрода.

Для визначення концентрації розчинів складають гальванічне коло з індикаторного електрода та електрода порівняння.

Індикаторним називають електрод, який реагує на зміну активності визначуваного йона в розчині, електродом порівняння — електрод зі сталою величиною електродного потенціалу. Як зазначалося вище, як електроди-порівняння використовують хлорсрібний — Ag | AgCl, KCl та каломельний — Hg | Hg2Cl2, KCl.

Величина ЕРС гальванічного елемента контролюється в процесі титрування.

Різка зміна електрорушійної сили, або стрибок ЕРС, що виникає внаслідок зміни потенціалу індикаторного електрода, відповідає точці еквівалентності. Величина стрибка залежить від концентрації електроліту та його сили. Наприклад, зі зменшенням сили кислоти та концентрації розчину стрибок титрування зменшується, тому при титруванні слабких кислот і основ або дуже розбавлених розчинів сильних кислот чи основ визначити точку еквівалентності важко, оскільки на кривій титрування не буде стрибка. У таких випадках використовують диференціальну потенціометричну криву, яку будують у координатах ΔE/ΔF— F, де ΔЕ — зміна електрорушійної сили після добавляння кожного наступного об'єму титранту, а ΔV— об'єм добавленого титранту. Точці еквівалентності відповідає максимум на такій кривій титрування.

Якщо в розчині є кілька йонів, що вступають у взаємодію з титрантом, то за певних умов відбувається ступінчасте осадження або нейтралізація аналізованих речовин. На кривій титрування (рис. 24.6) у цьому разі спостерігатиметься кілька стрибків ЕРС, або максимумів, кожен з яких відповідатиме нейтралізації чи осадженню певного йона.

Потенціометричні методи аналізу класифікують, як і звичайні об'ємні методи. В основу покладені різні типи хімічних реакцій: нейтралізації, осадження, комплексоутворення, окиснення-відновлення тощо.

Для прикладу розглянемо метод кислотно-основного потенціометричного титрування, який застосовують для визначення концентрації сильних і слабких кислот, основ та їхніх солей, коли неможливо застосовувати кольорові індикатори. Оскільки під час титрування відбувається зміна концентрації йонів Гідрогену, то як індикаторний електрод використовують скляний електрод з водневою функцією. У процесі титрування величина ЕРС гальванічного кола залежить від зміни рН середовища.

Приклад. Визначення концентрації хлоридної кислоти в шлунковому соку. У посудину для титрування відмірюють піпеткою 10,0 см3 профільтрованого шлункового соку, добавляють 50,0 см3 дистильованої води і занурюють у цей розчин хлорсрібний і скляний електроди. За допомогою йономіра вимірюють величину ЕРС цього елемента. Розчин титрують О, ЇМ розчином NaOH порціями по 0,5 см3, вимірюючи після добавляння кожної порції тит-ранту величину ЕРС. У процесі титрування ЕРС спочатку зростає повільно, потім спостерігається її різке збільшення (стрибок титрування), а далі ЕРС знову повільно збільшується. Титрування продовжують доти, доки ризниця значень ЕРС між передостанньою і останньою порціями титранту не становитиме 2—5 мВ. За цими даними будують інтегральну та диференціальну криві титрування (рис. 1), знаходять точки еквівалентності та об'єм титранту і обчислюють концентрацію хлоридної кислоти.

Рис. 1. Криві потенціометричного титрування шлункового соку:

а — інтегральна крива; б — диференціальна крива

У нашому прикладі точці еквівалентності відповідає об'єм титранту 3,8 см3. Концентрацію кислоти обчислюють за формулою:

Отже, концентрація хлоридної кислоти в шлунковому соку дорівнює 0,037 моль/дм3.

У медичній практиці кислотність шлункового соку виражають у клінічних одиницях (кількість кубічних сантиметрів 0,1М розчину лугу, витраченого на титрування 100,0 см3 профільтрованого шлункового соку). Одна клінічна одиниця відповідає концентрації хлоридної кислоти, що дорівнює 1 ммоль/дм3, отже, кислотність досліджуваного соку становить 37 клінічних одиниць.