Zestaw sprzętu

Pomiary stężenia jonów i gazów w roztworach mogą być wykonywane z użyciem elektrodami jonoselektywnymi. Zasadniczymi elementami zestawu do pomiarów są: elektroda wskaźnikowa (półogniwo), elektroda odniesienia  (półogniwo), miernik napięcia (pehametr) i oczywiście zlewka z próbką.

Kiedy odpowiednia elektroda wskaźnikowa zanurzona jest do roztworu jonów lub gazu, na membranie powstaje potencjał elektryczny jako wynik jej spontanicznej reakcji. Wielkość tego potencjału zmienia się wraz ze stężeniem wybranych jonów lub gazu.

Pomiaru tego zmiennego  potencjału dokonuje się względem stałego potencjału elektrody odniesienia  również zanurzonej do roztworu. Stałość potencjału elektrody odniesienia osiągana jest przez napełnienie jej roztworem soli o stałym stężeniu. Elektrolit ma kontakt z próbką poprzez porowatą przegrodę, co umożliwia przepływ prądu między półogniwami (rys. 1). 

Ponieważ za zmianami stężenia w roztworze oznaczanych jonów  podążają zmiany napięcia między elektrodą wskaźnikową i referencyjną , więc napięcie powstające pomiędzy dwoma elektrodami  jest miarą stężenia jonów w roztworze.

Odpowiedź elektrody może być opisana równaniem Nernsta:

E  =  E_o + S • log[A]

gdzie: E - mierzony potencjał, E_o - potencjał odniesienia (stały), A - aktywność mierzonych jonów w roztworze, S-nachylenie.

Aktywność (A) związana jest ze stężeniem (C) poprzez współczynnik aktywności γ:

A = γ • C

Współczynnik aktywności mierzonego jonu zależny jest  od obecności innych jonów w roztworze, czyli od jego całkowitej mocy jonowej.

Kiedy do mierzonych roztworów (próbek i wzorców) dodana będzie duża ilość obojętnej soli, zostanie tym samym ujednolicony poziom mocy jonowej. We wszystkich roztworach współczynnik aktywności osiągnie stałą wartość,  więc i aktywność będzie w całym zakresie pomiarów proporcjonalna do stężenia.

E = E_o + S • log[C]

Stałość mocy jonowej zapewnia odpowiedni bufor ISA zawierający jony, które nie przeszkadzają w oznaczaniu.

Widoczny na rys. 1. podstawowy zestaw do pomiaru elektrodami składa się z:

- elektrody jonoselektywnej,

- elektrody odniesienia,

- miernika napięcia (pehametru, jonometru).

Profesjonalne wykorzystanie większości procedur pomiarowych  wymaga uzupełnienia sprzętu dodatkowo o:

- mieszadło (np. magnetyczne z magnesami),

- statyw do elektrod,

- elektrodę pH (wiele oznaczeń wymaga ustalenia i kontroli kwasowości mierzonych próbek),

- wagę laboratoryjną

oraz

- szkło miarowe: kolby i pipety (do przygotowania wzorców i odmierzania próbek, miareczkowania),

- zlewki,

- tryskawkę (do opłukania elektrod między pomiarami),

- termometr, ...