4 Ионометрия

Ионометрия - это прямая потенциометрия, где индикаторным электродом служит ионоселективный электрод (ИСЭ). Это удобный, простой современный метод. Продолжительность анализа определяется временем подготовки пробы, поскольку на само измерение тратится не более 2-3 мин. От других физико-химических методов ионометрия отличается, прежде всего, простотой методик выполнения измерения и невысокой стоимостью измерительных приборов.

При работе с ИСЭ необходима предварительная калибровка измерительного прибора – установление зависимости между потенциалом электрода (Е) и активностью (а_i) или концентрацией (с_i) определяемых ионов (i) – построение градуировочного графика. Для построения градуировочного графика в координатах: Е – lgа_i (Е – lgс_i) используют стандартные растворы с точно известными содержаниями определяемых ионов. Число растворов может быть от 3 до 5, по выбору оператора. В случае необходимости (при нарушении прямолинейности градуировочного графика) часто применяют прием последовательного разбавления исходного раствора дистиллированной водой, а затем проводят измерения для полученных растворов.

В ионометрии распространен и универсален метод постоянной ионной силы. В данном случае используют растворы потенциалопределяющего компонента, содержащие избыток индифферентного электролита, что создает постоянную ионную силу как в стандартах, так и в исследуемых растворах. В этом случае можно использовать графическую зависимость: Е – lgс_i. Вид электродной функции (градуировочный график) для однозарядного катиона приведен на рисунке 7.

E, мВ

-50

-200

-lga_K+

Рисунок - 7 Градуировочный график для калий – селективного электрода

По градуировочному графику определяют содержание потенциалопределяющего иона, и, при необходимости, следующие электрохимические характеристики:

1 Нернстовскую область электродной функции – интервал прямолинейной зависимости потенциала от активности (концентрации) потенциалопределяющих ионов.

2 Крутизну электродной функции – угловой коэффициент наклона градуировочного графика (Е – lgа_i, Е – lgс_i).

3 Предел обнаружения потенциалопределяющего иона (с_min). В случае отклонения крутизны электродной функции от теоретической величины для определения с_min используется значение, экспериментально найденное из градуировочного графика.

В аналитических, санитарных, таможенных, сертификационных, технологических и исследовательских лабораториях, в металлургической и добывающей промышленности, сельском хозяйстве, а также для геологоразведочных и геохимических исследований, для контроля качества питьевой и сточной воды и др. успешно используют рН – метры и ионометры серии «Эксперт – 001» (рис. 8).

Рисунок - 8 Прибор «Эксперт – 001»

Измерение величины рХ (рН) и концентрации С ионов в водных растворах с помощью прибора «Эксперт – 001» производится потенциометрическим методом при помощи ионоселективных электродов. Метод заключается в измерении разности потенциалов (ЭДС) измерительного (индикаторного) электрода и электрода сравнения.

В основу работы прибора - анализатора «Эксперт – 001» положен метод построения градуировочного графика зависимости ЭДС электродной системы от концентрации градуировочных (стандартных) растворов с известной концентрацией иона и последующего нахождения концентрации иона в анализируемом растворе по измеренному в нем значению ЭДС электродной системы.

Градуировочный график строится микропроцессором автоматически. Значение концентрации ионов или рХ, рН и т.д. находится автоматически с использованием градуировочного графика по измеренному значению ЭДС (Е) электродной системы. Результаты предоставляются в мг/л, моль/л, единицах рХ (Х-ион), а также в милливольтах.

В память прибора занесены молекулярные массы и значения зарядов для 29 основных встречающихся ионов и т.п. (хлорид, бромид, иодид, цианид, роданид, натрий, калий, аммоний, нитрат, серебро, сульфид, медь (II), кадмий, свинец, ртуть, кальций, барий, карбонат, перхлорат, перренат, фторид, тетрахлораурат, цинк, железо (III), а также жесткость воды, гидрофосфат и рН), и по каждому из них сохраняются последние результаты градуировки (калибровки).

Калибровку (градуировку), которую вносят в память прибора, проводят по растворам, число которых, по выбору пользователя может, быть от 2 до 5. Прибор может работать с любыми и отечественными, и импортными рН – и ионоселективными электродами.

Прибор можно использовать как в лаборатории, так и в полевых условиях.

При анализе производственных объектов и сточных вод металлургического производства, в том числе для дистанционного анализа, хорошо зарекомендовали себя схемы непрерывного потенциометрического измерения концентрации ионов в потоке, которые проводят с помощью датчика проточного типа с ионоселективным и стандартным электродами. Информация о содержании анализируемых веществ поступает с датчика в виде электрических сигналов, которые передаются на соответствующий исполнительный механизм и, тем самым, можно влиять на ход технологических процессов с целью их регулирования.

В аналитическом контроле металлургического производства ионометрический метод анализа широко применяют для определения фтора в сточных водах и сернокислых электролитах, в рудах и продуктах их переработки, для определения ионов натрия в солях тугоплавких металлов, а также для определения кислорода в металле.