PH-metry: Difference between revisions
Feedback

From WikiLectures

(překlad stránky https://www.wikiskripta.eu/index.php?title=PH-metrie&action=edit)
Tags: Removed redirect Visual edit
No edit summary
Line 1: Line 1:
Pravděpodobně největšího věhlasu se dostalo elektrochemii díky možnosti měřit [[pH]] prostřednictvím tzv. '''skleněné elektrody'''. I v tomto případě měříme potenciál mezi dvěma poločlánky, tj. měrnou (indikační) a referntní elektrodou. V praxi bývá referentní elektroda často zabudovaná do jednoho těla společně s měrnou elektrodou – mluvíme o kombinované pH-metrické elektrodě.
Probably the greatest fame has been given to electrochemistry due to the possibility of measuring pH via a so-called '''glass electrode'''. In this case, too, we measure the potential between two half-sheets, i.e. the measuring (indicating) and the reference electrode. In practice, the reference electrode is often built into one body together with the measuring electrode - we speak of a combined pH-metric electrode.


Na rozdíl od výše popsaných elektrochemických článků, kde vzniká napětí v důsledku propojení různých kovů (redukce a oxidace), u skleněné elektrody je napětí produkováno v důsledku výměnných dějů. Ty probíhají mezi ionty „usazenými“ v krystalové mřížce skla (membráně) a ionty v roztoku. Na poměrně pravidelné křemičitanové krystalové mřížce skla jsou elektrostatickými silami vázány ionty, především vodíku a alkalických kovů (např. sodíku). Při styku s roztokem se na povrchu vytváří solvatovaná vrstvička, ve které dochází k výměně iontů alkalických kovů (např. sodíkových) a vodíkových iontů mezi roztokem a sklem.{{Podrobnosti|Skleněná elektroda}}Pro skleněnou vodíkovou elektrodu platí rovnice (9):
In contrast to the electrochemical cells described above, where the voltage is produced due to the interconnection of different metals (reduction and oxidation), in the glass electrode the voltage is produced due to exchange processes. These take place between the ions 'deposited' in the glass crystal lattice (membrane) and the ions in solution. Ions, mainly hydrogen and alkali metals (e.g. sodium), are bound to the relatively regular silicate crystal lattice of the glass by electrostatic forces. On contact with the solution, a solvated layer forms on the surface in which alkali metal ions (e.g. sodium) and hydrogen ions are exchanged between the solution and the glass. For a glass hydrogen electrode, equation (9) applies:
{| align="right"
{| align="right"
|(9)
|(9)
|}
|}
:<math> E = konst + \frac{RT}{F} \cdot \ln(a_{H^+} + K_S \cdot a_{Na^+}) \;\dot=\; konst + \frac{RT}{F} \cdot \ln a_{H^+} = konst. - 2,3 \cdot pH </math>
:<math> E = konst + \frac{RT}{F} \cdot \ln(a_{H^+} + K_S \cdot a_{Na^+}) \;\dot=\; konst + \frac{RT}{F} \cdot \ln a_{H^+} = konst. - 2,3 \cdot pH </math>
kde K<sub>s</sub> je konstanta selektivity, která ukazuje, jak selektivně elektroda reaguje na jeden nebo druhý iont. Při její dostatečně nízké hodnotě lze zanedbat člen rovnice (9), který ji obsahuje, a použít zjednodušený tvar. Výraz „konst.“ zahrnuje standardní redukční potenciál, způsob přípravy elektrody, druh a složení skla, kvalitu povrchu, „stáří“ i vnitřní náplň elektrody. Pro zjednodušení se používá u většiny přístrojů dekadický logaritmus a proměnné se shrnou do jedné „konstantní“ číselné hodnoty 2,3 (pro teplotu 25&nbsp;°C).
where K<sub>s</sub> is the selectivity constant, which indicates how selectively the electrode reacts to one or the other ion. If it is sufficiently low, the term in equation (9) that contains it can be neglected and a simplified form used. The term "const." includes the standard reduction potential, the method of preparation of the electrode, the type and composition of the glass, the surface quality, the "age" and the internal charge of the electrode. For simplicity, the decadic logarithm is used in most instruments and the variables are summarised into a single 'constant' numerical value of 2.3 (for a temperature of 25 °C).


Při konstantním potenciálu referentní elektrody je měřené napětí přímo úměrné pH analyzovaného roztoku ve velké části celého rozsahu možných pH. Ve skutečnosti se nelze spolehnout na teoretické kalibrační parametry a je potřeba provést kalibraci pomocí dvou či tří roztoků o známých hodnotách pH. Moderní přístroje podle změřených hodnot vypočítají ''směrnici kalibrační přímky (slope)'', obecně pro nelineární závislosti citlivost elektrody, současně se provádí i korekce na teplotu. Tyto „kalibrační parametry“ si přístroj „zapamatuje“ a změřená data podle nich zpracuje. Kalibrace se musí pravidelně opakovat, a to tím častěji, čím je elektroda starší. Zároveň je třeba dbát na to, aby kalibrace probíhala za stejných podmínek jako reálné měření (vodné prostředí, nevodné prostředí, obsah [[alkohol]]u apod.). Dalších nepřesností, které je třeba brát v potaz, se dopouští skleněná elektroda v kyselé a alkalické oblasti pH (''Alkalická (pozitivní) chyba'' – v silně alkalické oblasti a ''kyselá (negativní) chyba'' při pH < 1).
At a constant reference electrode potential, the measured voltage is directly proportional to the pH of the solution being analysed over a large part of the entire range of possible pHs. In reality, the theoretical calibration parameters cannot be relied upon and calibration with two or three solutions of known pH values is necessary. Modern instruments calculate the ''calibration line directive (slope)'' from the measured values, generally for nonlinear electrode sensitivity dependencies, and a correction for temperature is made at the same time. The instrument "remembers" these "calibration parameters" and processes the measured data according to them. The calibration must be repeated periodically, and more often the older the electrode. At the same time, care must be taken to ensure that the calibration takes place under the same conditions as the actual measurement (aqueous environment, non-aqueous environment, [[alcohol]] content, etc.). Further inaccuracies to be taken into account are committed by the glass electrode in the acidic and alkaline pH range (''Alkaline (positive) error'' - in the strongly alkaline range and ''acidic (negative) error'' at pH < 1).


Důležitým parametrem je též časová konstanta odpovědi, u skleněné elektrody zpravidla kolem 15 60 s. Délka odpovědi může být negativně ovlivněna i složením roztoku – např. koloidy a koncentrací měřeného iontu – rovnováha se ustaluje mnohonásobně déle.<noinclude>
An important parameter is also the time constant of the response, usually around 15 to 60 s for glass electrodes.The response time can also be negatively influenced by the composition of the solution - e.g. colloids and the concentration of the measured ion - the equilibrium takes many times longer to settle.<noinclude>


==Odkazy==
==References==
===Související články===
===Related articles===
*[[pH]]
*[[PH]]
*[[pH slabých kyselin a zásad]]
*[[PH of weak acids and bases]]
*[[pH silných kyselin a zásad]]
*[[PH of weak acids and bases]]
*[[Měření pH]]
*[[PH measurement]]
*[[Pufry, pufrační kapacita, oxidoredukce, elektrodové děje|pH pufrů]]
*[[Buffers, buffering capacity, oxidation and reduction, electrode processes (1.LF UK, GM)]]
*[[pH moči]]
*[[PH of urine]]
*[[pH solí]]
*[[PH of salts]]
</noinclude>[[Kategorie:Biochemie]] [[Kategorie:Chemie]]
</noinclude>[[Category:Biochemistry]] [[Category:Chemistry]]

Revision as of 00:10, 18 December 2022

Probably the greatest fame has been given to electrochemistry due to the possibility of measuring pH via a so-called glass electrode. In this case, too, we measure the potential between two half-sheets, i.e. the measuring (indicating) and the reference electrode. In practice, the reference electrode is often built into one body together with the measuring electrode - we speak of a combined pH-metric electrode.

In contrast to the electrochemical cells described above, where the voltage is produced due to the interconnection of different metals (reduction and oxidation), in the glass electrode the voltage is produced due to exchange processes. These take place between the ions 'deposited' in the glass crystal lattice (membrane) and the ions in solution. Ions, mainly hydrogen and alkali metals (e.g. sodium), are bound to the relatively regular silicate crystal lattice of the glass by electrostatic forces. On contact with the solution, a solvated layer forms on the surface in which alkali metal ions (e.g. sodium) and hydrogen ions are exchanged between the solution and the glass. For a glass hydrogen electrode, equation (9) applies:

(9)

where Ks is the selectivity constant, which indicates how selectively the electrode reacts to one or the other ion. If it is sufficiently low, the term in equation (9) that contains it can be neglected and a simplified form used. The term "const." includes the standard reduction potential, the method of preparation of the electrode, the type and composition of the glass, the surface quality, the "age" and the internal charge of the electrode. For simplicity, the decadic logarithm is used in most instruments and the variables are summarised into a single 'constant' numerical value of 2.3 (for a temperature of 25 °C).

At a constant reference electrode potential, the measured voltage is directly proportional to the pH of the solution being analysed over a large part of the entire range of possible pHs. In reality, the theoretical calibration parameters cannot be relied upon and calibration with two or three solutions of known pH values is necessary. Modern instruments calculate the calibration line directive (slope) from the measured values, generally for nonlinear electrode sensitivity dependencies, and a correction for temperature is made at the same time. The instrument "remembers" these "calibration parameters" and processes the measured data according to them. The calibration must be repeated periodically, and more often the older the electrode. At the same time, care must be taken to ensure that the calibration takes place under the same conditions as the actual measurement (aqueous environment, non-aqueous environment, alcohol content, etc.). Further inaccuracies to be taken into account are committed by the glass electrode in the acidic and alkaline pH range (Alkaline (positive) error - in the strongly alkaline range and acidic (negative) error at pH < 1).

An important parameter is also the time constant of the response, usually around 15 to 60 s for glass electrodes.The response time can also be negatively influenced by the composition of the solution - e.g. colloids and the concentration of the measured ion - the equilibrium takes many times longer to settle.

References

Related articles