Katarzyna Wcisło 15.10.2012 r.

Pomiar stężenia fizjologiczne aktywnych jonów za pomocą elektrod jonoselektywnych

1. Wstęp:

• pH określa odczyn roztworu. Od 0 do 7 roztwór ma odczyn kwaśny. Gdy pH = 7, wtedy roztwór ma odczyn obojętny. Odczyn roztworu zasadowego mieści się w przedziale 7-14. pH jest także ujemnym logarytmem dziesiętnym ze stężenia molowego jonów wodorowych znajdujących się w roztworze (pH = - log [H⁺])

• Roztwór buforowy zachowuje względnie stałe pH pomimo dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów i zasad lub rozcieńczania go wodą. Najczęściej są to roztwory zawierające słabo dysocjujące kwasy lub zasady i bardzo dobrze dysocjujące sole tych kwasów (zasad).

• Elektroda jonoselektywna – elektroda, której potencjał względem elektrody odniesienia, zmienia się pod wpływem zmian aktywności jonów w badanym roztworze. Najpowszechniej używaną elektrodą jonoselektywną jest elektroda pH - metryczna czuła na jony H⁺ znajdujące się w roztworze.

Matematycznie elektrodę jonoselektywna można opisać wzorem Nersta:

$$V = \text{Vo} + \frac{\text{RT}}{\text{zF}}\ln\left\lbrack C \right\rbrack$$

Gdzie:

Vo – wartość potencjału w warunkach standardowych

R – stała gazowa

T – temperatura [K]

z – wartościowość

F – stała Faraday’a

[C] – stężenie jonu C

ln – logarytm naturalny

Jednostką jest miliwolt [mV]

2.Wykonanie:

• Sporządzenie roztworów 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1 M KCl poprzez kolejne rozcieńczenia z wyjściowego roztworu 1M,

• Zmierzenie pH roztworu buforowego i ustawienie przełącznika potencjału tła na wartość mniejszą bądź równą pH badanego roztworu,

• Ustawienie przełącznika zakresu na „2.8+C” i wskazanie przy pomocy pokrętła „AP” dokładnie pH roztworu buforowego,

• Zmierzenie pH roztworów poprzez zanurzenie w nich elektrody i odczytanie wyników najpierw na dolnej skali przy zakresie „14”, następnie dokładnie na skali górnej przy zakresie „2.8+C”,

• Powtórzenie odczytów,

• Dokonanie odczytu pCl kolejnych rozcieńczonych roztworów KCl, soku z jabłka, wody z akwarium i wody wodociągowej poprzez:

• Przygotowanie kalomelowej elektrody odniesienia i Cl-selektywnej poprzez wypłukanie w wodzie destylowanej, wytarcie ligniną do sucha i umieszczenie w uchwytach,

• Ustawienie przełącznika odczytu na „mV” a przełącznika zakresu na „14” i odczytanie zgrubnego wyniku z dolnej skali, mnożąc przez 100,

• Ustawienie przełącznika potencjału tła tak, aby zakres był co najwyżej 2,8 mniejszy od zgrubnego odczytu,

• Ustawienie przełącznika zakresu na „2.8+C” i dokonanie odczytu ze skali górnej

• Przełączenie ponownie zakresu na „0”, zmienienie zlewki z badanym roztworem, przepłukanie elektrod, osuszenie i powtarzanie wyżej wymienionych czynności aż do ostatniej badanej substancji,

• Zmierzenie pK badanych substancji poprzez działanie analogiczne do pomiarów pCl pamiętając o wcześniejszym kondycjonowaniu elektrody K-selektywnej w 0,1 M KCl przez co najmniej 10 min,

• Obliczenie stężenia jonów Cl^- i K⁺ w soku z jabłka, wodzie wodociągowej i wodzie z akwarium.

3. Wyniki:

Pomiar pH
Roztwór
0,0001 – molowy KCl
0,001 – molowy KCl
0,01 – molowy KCl
0,1 – molowy KCl
Sok jabłkowy
Woda wodociągowa
Woda z akwarium

Potencjał i stężenie jonów
pK
2,25
4
3,5

Pomiar napięcia za pomocą elektrody Cl - selektywnej
Roztwór
0,0001 – molowy KCl
0,001 – molowy KCl
0,01 – molowy KCl
0,1 – molowy KCl
Sok jabłkowy
Woda wodociągowa
Woda z akwarium

Pomiar napięcia za pomocą elektrody K - selektywnej
Roztwór
0,0001 – molowy KCl
0,001 – molowy KCl
0,01 – molowy KCl
0,1 – molowy KCl
Sok jabłkowy
Woda wodociągowa
Woda z akwarium

4. Wnioski:

• Dla elektrody Cl-selektywnej im bardziej rozcieńczony roztwór tym wyższy pomiar napięcia,

• Dla elektrody K-selektywnej im bardziej rozcieńczony roztwór tym niższy pomiar napięcia