Индикаторный метод определения рН: преимущества и ограничения

Зайцев Александр Сергеевич, генеральный директор
ООО «Дельта хим-тэк», Москва

Вода является слабым электролитом и диссоциирует по уравнению: H2O ↔ H + + OH. В чистой воде при 25 °C концентрации [H+] и [OH] равны. В этом случае раствор имеет нейтральную реакцию. При добавлении к воде кислоты концентрация ионов водорода увеличивается, а концентрация гидроксид – ионов, соответственно, уменьшается, т.е. [H+] > [OH]. Такой раствор имеет кислую реакцию. При добавлении основания – наоборот, повышается содержание гидроксид-ионов, а концентрация ионов водорода падает, т.е. [OH] > [H+], и такой раствор имеет щелочную реакцию.

Для удобства выражения реакции среды водных растворов была введена специальная величина – рН. Водородным показателем (рН) называют десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком:

рН = –lg[H+],

где [Н+] – концентрация ионов водорода, моль/л.

Характер среды определяют качественно – с помощью кислотно-основных индикаторов, полуколичественно – с помощью индикаторных полосок и количественно – потенциометрическим методом.

Кислотно-основные индикаторы представляют собой органические вещества, слабые электролиты, обладающие кислыми или основными свойствами:

HInd ↔ H+ + Ind,

где HInd – молекулярная форма индикатора,

Ind – ионная форма индикатора.

Чем больше концентрация Н+-ионов, тем меньше степень ионизации индикатора. Молекулярная HInd и ионная Ind формы индикатора имеют разные окраски. Если равновесие реакции сдвинуто вправо, в растворе преобладает окраска, характерная для ионной формы индикатора. Если же равновесие сдвинуто влево, в растворе преобладает окраска, характерная для молекулярной формы индикатора. Например, индикатор метиловый оранжевый при рН = 3,1 находится в молекулярной форме, имеющей красный цвет. При изменении рН раствора до 4,4 превалирует ионная форма индикатора, имеющая желтое окрашивание. При определенном соотношении молекулярной и ионной форм индикатора, раствор может иметь промежуточную (переходную) окраску, обусловленную смешением двух различных цветов молекулярной и ионной форм индикатора. Так, при рН = 3,8 раствор метилового оранжевого имеет промежуточную оранжево-красную окраску. Вот почему индикаторы изменяют свою окраску не скачкообразно, а плавно, в определенном интервале значений рН. Исследования показали, что область значений рН, в которой происходит изменение цвета индивидуальных индикаторов, приближенно равна 2 логарифмическим единицам.

Наряду с индивидуальными индикаторами применяют смешанные и универсальные индикаторы, позволяющими измерять рН растворов в более широких интервалах логарифмической шкалы.

ООО «Дельта хим-тэк» производит и реализует индикаторные полоски для определения рН водных растворов в различных интервалах логарифмической шкалы. Индикаторные полоски изготавливаются в виде полимерных полос с закрепленными на них тестовыми зонами, содержащими смесь кислотно-основных индикаторов. При погружении индикаторной зоны полоски в раствор с неизвестным значением pH, индикаторная зона приобретает ту или иную окраску. Сравнивая окраску тестовой зоны с цветовой шкалой, устанавливают pH анализируемого раствора.

Индикаторные полоски производства ООО «Дельта хим-тэк» являются простейшим средством быстрой оценки рН водных растворов, обеспечивают высокую точность исследования по сравнению с бумажными полосками, имеют относительно низкую стоимость, не требуют наличия дорогостоящих приборов, специального оборудования, а также высокой квалификации исполнителя анализа. Кроме того, конструкция индикаторных полосок, включающая гидрофобный пластиковый держатель, позволяет проводить безопасное тестирование агрессивных и токсичных растворов.

При измерении рН индикаторными методами следует учитывать возможные ошибки, приводящие к получению неверного результата анализа.

При измерении небуферных растворов также могут возникать так называемые «кислотные» или «щелочные» ошибки, обусловленные тем, что сам индикатор, являющийся слабой кислотой или слабым основанием, изменяет реакцию анализируемого раствора. Величина данных ошибок может достигать значительных размеров. Так, для чистой воды величина кислотной ошибки может быть свыше 1 единицы рН. В растворах, обладающих буферными свойствами, кислотные и щелочные ошибки не проявляются.

Точность измерения pH зависит от концентрации солей в исследуемом растворе. При концентрации солей порядка 2М возникает так называемая «солевая ошибка», вызванная влиянием солевого фона на растворимость и диссоциацию индикаторов. Абсолютная величина солевых ошибок обычно не превышает 0,2 единиц рН.

При наличии в исследуемом растворе веществ белковой природы, истинное значение рН может быть искажено «белковой ошибкой», обусловленной адсорбцией индикаторов протеинами. Как правило, белковая ошибка возникает при измерении рН физиологических жидкостей. При небольшом содержании протеинов белковая ошибка невелика и, как правило, не превышает 0,2-0,3 единиц рН.

Наличие в исследуемом растворе спиртов приводит при измерении рН колориметрическим методом к так называемой «спиртовой ошибке». Спирт оказывает существенное влияние на величину констант диссоциации индикаторов, вследствие чего интервал перехода окраски индикатора сдвигается. Величина спиртовой ошибки индикаторов в водно-спиртовых растворах может достигать значительных размеров. Например, для фенолфталеина спиртовая ошибка достигает 2,2 единиц рН при содержании спирта 70 об.%.

Искажение результатов анализа может получиться вследствие возникновения температурной ошибки. С изменением температуры изменяется и константа диссоциации индикатора, что приводит к неверному результату анализа. Так, п-нитрофенол при 0°С имеет рК = 7,3, а при 50°С рК = 6,81.

Кроме того иногда происходят ошибки технического порядка, связанные с плохим освещением рабочего места, субъективными возможностями человеческого глаза к восприятию оттенков окраски и т.п.

Однако, несмотря на все эти ограничения, существенным преимуществом колориметрического метода измерения рН с помощью индикаторных полосок является его простота, доступность и отсутствие необходимости в приобретении специальной аппаратуры.

Авторизация
*
*
Регистрация
*
*
*
*
Generation password