離子選擇性電極可以直接測定離子的活(濃)度,也可用以指示滴定終點(diǎn)。
1.電池電動(dòng)勢和離子活度之間的關(guān)系
與用pH玻璃電極測定溶液pH值一樣,用離子選擇性電極測定離子活度時(shí)也是把它插入被測溶液中,與參比電極組成一個(gè)原電池,并測量其電動(dòng)勢。例如,使用氟離子電極測定F-活(濃)度時(shí)組成如下的電池:
電池電動(dòng)勢E=(φAgCl/Ag+△φM)-φHg2Cl2/Hg
而△φM=K-0.059lgaF-
∴ E=φAgCl/Ag+K-φHg2Cl2/Hg-0.059lgaF-
其中φAgCl/Ag、K、φHg2Cl2/Hg均為常數(shù),可合并為一個(gè)常數(shù)K'
E=K'-0.059lgaF-
對于各種離子選擇性電極,可以得出如下一般公式:
E=K'+0.059/nlga陽離子
E=K'-0.059/nlga陰離子
說明工作電池的電動(dòng)勢在一定條件下與被測離子活度的對數(shù)值成直線關(guān)系。
2.測定離子濃度的方法
在實(shí)際分析工作中,要求測定的是濃度而不是活度。一般可用下面兩種方法來測定。
(1)標(biāo)準(zhǔn)曲線法 配制一系列已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,加入一定量惰性電解質(zhì),保持各溶液離子強(qiáng)度一定。插入離子選擇性電極和參比電極,測出各溶液的電動(dòng)勢E,以測得的E和相對應(yīng)的濃度c繪制E--lgc標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖12-13所示(為F-的標(biāo)準(zhǔn)曲線)。試液也按相同條件加入一定量惰性電解質(zhì),保持與標(biāo)準(zhǔn)溶液大致相同的離子強(qiáng)度,測出其電動(dòng)勢E,即可從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出其濃度。
這里要說明的是離子選擇性電極膜電位只與離子活度成線性關(guān)系,當(dāng)溶液中離子強(qiáng)度一定時(shí),膜電位才與離子濃度成線性關(guān)系。因此,必須加入一定量惰性電解質(zhì)以固定溶液離子強(qiáng)度。這樣才能使E與-lgc間成線性關(guān)系。
(2)標(biāo)準(zhǔn)加入法 此法不需要知道溶液的離子強(qiáng)度,也不需要作標(biāo)準(zhǔn)曲線,只要測二次電動(dòng)勢即可求出被測離子的濃度。因而對一個(gè)復(fù)雜的試樣,采用此法是十分方便而有效的。
方法原理是:先在試液(濃度為cx)中測得電動(dòng)勢為E1,然后加入濃度為cs體積為Vs的標(biāo)準(zhǔn)溶液(Vs比試液體積Vx約小100倍),再測其電動(dòng)勢為E2。
E1=K+slgrcx
式中 r——離子活度系數(shù);
s=0.059/n(25℃)
E2=K+slgr'(cx+c△)
式中 r'——加入標(biāo)準(zhǔn)溶液后,溶液離子活度系數(shù);
c△——加入標(biāo)準(zhǔn)溶液后試液濃度的增量。
c△=csVs/(Vx+Vs)
因?yàn)?nbsp; Vs<<Vx
所以 C△=csVs/Vx
△E=E2-E1=slgr'(cx+c△)/rcx
因?yàn)榧尤氲捏w積Vs很小,不會影響溶液總離子強(qiáng)度,所以r=r'
△E=slg(cx+c△)/cx
cx=c△(10(△E/s次方)-1)(-1次方)
式中s,c△,△E都可求得,所以cx即可算出。