Laboratoare monitorizarea calității mediului

1. Scopul lucrării

Metodele de analiză potenţiometrică se bazează pe dependenţa potenţialului unui electrod ion selectiv de concentraţia unei specii ionice date, în fază apoasă. Această dependenţă este o funcţie logaritmică a potenţialului de concentraţie, conform ecuaţiei Nernst:

(1)

unde: E este potenţialul măsurat

E0 este potenţialul sistemului de electrozi, la o activitate a speciei ionice de 1 mol/l;

R este constanta gazelor

T este temperatura absolută a sistemului (K)

z este semnul sarcinii ionului (- pentru anioni şi + pentru cationi)

F este constanta lui Faraday

ai este activitatea ionului măsurat.

Raportul (2,303RT/zF) este constant la temperatură constantă. Astfel, la 25 °C, valoarea acestuia este de 59,2 mV. La o tărie ionică constantă, coeficientul d activitate rămâne la rândul lui constant, astfel incât el se poate îngloba în potenţialul E0, iar dependenţa E(c) va fi liniară.

Electrozii ion-selectivi sunt realizaţi în diferite variante constructive, dependente de ionul ce se doreşte a fi determinat. In general, componenta ce conferă selectivitate electrodului este o membrană solidă, care prezintă un schimb selectiv pentru ionul analizat.

Un astfel de electrod are o structură de forma:

Electrod de

referinţa intern Soluţie tampon

internă Soluţie de

analizat

O astfel de membrană trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

- echilibru de repartiţie a ionilor pe ambele interfeţe, unul dintre ioni trebuie să fie preferat în procesul de transport;

- să fie permeabile;

- conductibilitate electrică prin mecanism ionic sau eventual electronic;

- concentraţia ionului analizat să fie constantă în membrană.

O primă variantă constructivă o constituie electrodul de sticlă, folosit iniţial pentru măsurarea activităţii ionului H+. Ulterior au fost elaborate variante constructive şi pentru alţi cationi monovalenţi, de exemplu Na+ şi Ag+. Membrana de sticlă, în cazul electrodului pentru pH, are selectivitate mare, acest ion fiind preferat altor cationi prin împiedicare sterică. Electrozii pentru Na+ şi Ag+ pot prezenta interferenţe din partea altor cationi (Na+ poate interfera cu K+ şi NH4+).

Un electrod de sticlă este reprezentat în figura 1.

Figura 1. Electrodul de sticlă:

1. corpul electrodului

2. electrod de referinţă intern

3. membrană ion-selectivă de sticlă

4. soluţie tampon internă

Alte variante constructive se bazează pe membrane confecţionate din săruri insolubile ale ionilor analizaţi.

1.1. Potenţiometria directă la curent nul

Cea mai simplă metodă de analiză cu electrozi ion-selectivi este potenţiometria directă la curent nul.

Potenţiometria directă la curent nul poate fi folosită în măsurători directe, în care concentraţia speciei analizate este funcţie de potenţialul măsurat pe un electrod reversibil în raport cu această specie (electrod de lucru, electrod indicator). În măsurătorile prin potenţiometrie directă pot fi utilizaţi numai acei electrozi care dau un răspuns conform relaţiei Nernst (răspuns nernstian). Dacă pentru un compus A există un electrod care satisface condiţia menţionată anterior, dependenţa potenţialului de electrod de concentraţie este dată de relaţia Nernst (1).

Tensiunea electromotoare măsurată este diferenţa dintre potenţialul electrodului de lucru şi cel al electrodului de referinţă. Cunoscând potenţialul standard 0, se poate determina în mod direct activitatea speciei analizate A.