Суюқликларнинг таркибини таҳлил қилиш

Таҳлил қилишнинг потенциометрик усули
Потенциометрик усул муайян индикатор электродлар ҳосил қилган ЭЮК ни ўлчаш йўли билан ионлар концентрациясининг аниқлашга асосланган. Бу ерда, концентрацияни бевосита потенциаллари фарқини ўлчаш билан аниқлаш мумкин.
Технологик жараёнларда эритма концентрацияси, кўпинча, рН нинг қиймати бўйича ўлчанади: агар рН<7 бўлса, кислотали; рН = 7 бўлса, нейтрал; рН>7 бўлса, ишқорли эритма бўлади.
Автоматик асбобларда рН ни ўлчаш учун электр усулдан фойдаланилади. У текширилаётган эритмага ботирилган, шишадан тайёрланган ўлчаш электродининг эритма рН қийматига кўра электрод эритма чегарасида потенциаллар фарқини ўзгартиришига асосланган. Бироқ, фақат битта электрод ва эритма ўртасидаги потенциаллар фарқини ўлчаб бўлмайди, чунки ўлчаш асоси уланганида асбобни эритмага улайдиган ўтказгич билан эритма орасида ҳам потенциаллар фарқи ҳосил бўлиб, у ҳам эритмадаги водород ионлари концентрациясига боғлиқ бўлади. Шу сабабли электрод потенциалларини ўлчашда ўлчаш электроди билан бир қаторда ёрдамчи электроддан ҳам фойдаланилади, унинг потенциали ўзгармас бўлиб, эритманинг ҳоссаларига боғлиқ бўлмайди. Ёрдамчи электрод сифатида каломел ёки кумуш хлорид қопланган электродлар ишлатилади.
Ҳар икки электрод галваник элемент ҳосил қилади. Сувли эритмаларга татбиқ этиладиган Нернст тенгламасига кўра бундай галваник элементининг ЭЮК и, агар ёрдамчи электроднинг потенциали нолга тенг бўлса, қуйидаги ифодадан аниқланади:
Е =-2,3 (RT/F)∙рН, (6.18)
бу ерда R — универсал газ доимийси; Т — эритманинг мутлоқ ҳарорати, ⁰К; Ғ - Фарадей сони.
(6.18) тенглама шуни кўрсатадики, шиша электроднинг ЭЮК эритманинг рН миқдорига ва унинг ҳароратига боғлиқ экан. Эритманинг ҳарорати ўзгармас бўлганида, шиша электроднинг ЭЮК фақат эритманинг рН миқдори функциясидан иборат бўлади. Бу тенгламага R, Т ва Ғ нинг сон қийматларини қўйиб, 20°С учун шиша электроднинг потенциали қийматини (В ҳисобида) топамиз.
Е = -0,0581 ∙ рН. (6.19)
6.23-расмда текширилаётган эритма 10 га туширилган шиша 1 ва каломел электродлар 7 дан фойдаланилган ҳолда эритманинг рН миқдорини ўлчаш схемаси кўрсатилган. Улардан ҳосил бўлган потенциаллар фарқи эритманинг рН миқдорига мутаносиб бўлиб, потенциометр 4 билан ўлчанади. Шиша электрод шиша найчадан иборат бўлиб, учи электрод шишасидан ясалган юпқа деворли (0,1—0,2 мм) ичи кавак золдир кавшарлаб қўйилган. Золдирга рН миқдори маълум бўлган эритма 3 тўлдирилган бўлиб, эритмага эса кумуш хлорид қопланган контактли ёрдамчи электрод 2 ботирилган, у золдирнинг ички сиртида потенциаллар фарқини олиш учун хизмат қилади. Шиша электродларнинг хусусияти шундан иборатки, уларнинг ички электр қаршилиги жуда катта бўлиб, 20°С да 100—200 мОм га етади.

Каломел электрод 7 диэлектрикдан тайёрланган, ичига кимёвий тоза симоб 5 тўлдирилган бўлади. Унинг устида ёмон эрийдиган каломел пастасининг қатлами 6, тўйинтирилган калий хлорид эритмаси 8 жойлаштирилган. Электр контакт ҳосил қилиш учун кам ўтказадиган тўсиқ 9 ўрнатилган бўлиб, у орқали калий хлорид аста-секин сизиб ўтади ва бу билан текширилаётган эритмадан ёрдамчи электродга чет ионлар ўтиб қолишининг олдини олади. Шундай қилиб, шиша ва каломел электродлардан иборат рН- метрнинг электр занжири кетма-кет уланган элементлар қаторидан ташкил топган бўлиб, уларнинг потенциали ўлчаш асбоби қайд этадиган йиғинди ЭЮК ни беради:
E_Σ=E₁+E₂+E₃+E_x , (6.20)
бу ерда Е₁ — кумуш хлорид қопланган контактли электрод билан хлорид кислота орасидаги потенциалнинг кескин ўзгариши; Е₂ — хлорид кислота эритмаси билан шиша электрод золдирси ички юзаси ўртасидаги потенциалнинг ўзгариши; Е₃—симоб билан каломел ўртасидаги ёрдамчи электроддаги потенциалнинг ўзгариши; Е_х — шиша электрод золдирси ташқи сирти билан текширилаётган эритма ўртасидаги потенциалнинг ўзгариши.
Е ₁, Е₂ ва Е₃ катталиклар назорат қилинаётган эритманинг таркибига боғлиқ бўлмайди ва фақат ҳароратга қараб ўзгаради. Шиша электрод золдирсининг ташқи юзасида .ҳосил бўладиган электр юритувчи куч Е_х эритманинг рН миқдори ва температираси билан аниқланади ҳамда (6.18) тенглама билан ҳисобланиши мумкин. Бинобарин, рН-метр электр занжирининг йиғинди ЭЮК маълум ҳарорат учун текширилаётган эритмадаги водород ионлари активлигининг функциясидан иборатдир. Бу ЭЮК ни ўлчаб текширилаётган эритма учун рН катталикни топиш мумкин.
Назорат қилинаётган эритманинг ҳарорати ўзгарганида шиша электроднинг электрод потенциали ўзгаради. Бунинг натижасида эритманинг турли ҳароратларидаги айнан бир хил катталикдаги рН ларга электрод тизимининг турли қийматлари мос келади.
6.24-расмда электрод тизими ЭЮК нинг назорат қилинаётган эритманинг турли ҳароратларидаги рН ларига боғлиқлик характери кўрсатилган. Эритманинг ҳарорати ортиши билан тизим тавсифининг тиклиги ошади. Изопотенциал нуқта деб аталадиган А нуқтада тўғри чизиқлар кесишади ва демак, электрод тизимининг ЭЮК эритманинг ҳароратига боғлиқ бўлмайди. Бу нуктада эритма ҳароратининг шиша электрод ички ва ташқи потенциалларига таъсири ўзаро компенсациялангaн. Изопотенциал нуқтанинг Е_и ва рН_п билан белгиланган координаталари электрод тизимининг энг муҳим тавсифлари ҳисобланади, уларга рН- метрнинг ҳарорат компенсацияси схемасини ҳисоблашда амал қилинади.
Саноат рН- метрларида ўлчаш электроди ва ёрдамчи электрод битта корпусда жойлаштирилади ва сиғимларда ўрнатиладиган, ботириб қўйиладиган датчиклар тарзида ёки қувурларда ўрнатиладиган, оқар сувда турадиган датчик тарзида тайёрланади. рН занжирнинг ЭЮКини ўлчашда одатда кириш қаршилиги катта бўлган автоматик потенциометрлардан фойдаланилади, уларнинг шкаласи рН бирликларида даражаланади. Текширилаётган эритмаларнинг ҳарорати кенг чегараларда ўзгариб турганида ўлчаш тизимида эритма ҳароратларининг ўзгариб туришини автоматик компенсацияловчи қурилма бўлиши керак.
Асбобсозлик саноатида ишлаб чиқариладиган рН- метрларнинг энг кўп тарқалган турларига рН-201 ва рН-261 хиллари киради. Уларнинг ўлчаш ўзгарткичлари ўзгармас кучланиш бўйича 0—50 мВ ва ток бўйича 0—5 мА чиқиш сигналларига эга бўлади. Бу эса уларнинг автоматик потенциометрлар, назорат қилиш ва ростлаш қурилмалари билан биргаликда ишлашга имкон беради.

РН- метрнинг комплекти рН-201 эритмаларида водород ионлари активлигини ўлчаш, қайд этиш ҳамда ростлаш учун мўлжалланган. рН-метрга оқар сувда турадиган датчик — сезгир элемент ДМ-5М шиша ва кумуш хлорид қопланган электродлар билан, юқори частотали саноат ўзгарткичли П-201 ва ўзиёзар потенциометр КСП-2 киради.

С аноат ўзгарткичи П-201 рН ларни ўлчашда қўлланиладиган электрод тизимларининг сезгир элементлари ЭЮК ни унификацияланган ўхшаш электр сигналларига ўзгартириш учун мўлжалланган. Ўзгарткич кўрсатувчи асбоб Мl730 А (ёки М325) билан жиҳозланган. Ўзгарткич чиқиш токи бўйича манфий тескари алоқа билан қамраб олинган ўзгармас ток кучайтиргичидан иборат, бу эса катта чиқиш қаршиликлари олишга имкон беради. П-201 ўзгарткичи билан электрод тизимининг ЭЮК ини ўлчаш схемаси 6.25-расмда кўрсатилган. Электрод тизимининг ўлчанадиган ЭЮК Е_х тескари ишорали U_чик кучланиш билан таққосланадн. Бу кучланиш резистор R дан кучайтиргичнинг чиқиш токи I_чик ўтаётганида кучланиш тушуви натижасида ҳосил бўлади. Бинобарин, электрон кучайтиргич ЭК нинг киришига U_киp = E_х-U_чик кучланишлар айирмаси берилади; бу ерда,н
E_Σ=U_чиқ+U_кир .
Электрон кучайтиргичнинг кучайтириш коэффициенти (у кучайтиргич чиқиш кучланишининг кириш кучланиши нисбатига тенг) қиймати анча катта бўлганида U_чиқ>> U_кир бўлади, шунинг учун U_kиp нинг қийматини ҳисобга олмаса ҳам бўлади. У ҳолда
E_Σ=U_чик=I_чик∙R.
Шундай қилиб, резистор орқали ўтаётган ток кучи амалда электрод тизимида ҳосил бўладиган ЭЮК га мутаносиб бўлади. Унинг катталигини ўлчаб, Е_х нинг ва бинобарин, эритма рН миқдорини аниқлаш мумкин.
Ўзгарткичда ўлчаш чегаралари 10 дан 100 мВ гача бўлган ўзиёзар потенциометрларни улаш учун кучланиш ва ток бўйича чиқишлари бор. Ҳарорат компенсацияси 0 дан 100°С гача. Сезгир элементдан ўзгарткичгача йўл қўйиладиган энг катта масофа 150 м. Чиқиш сигналлари ўзгармас ток бўйича 0—5 мА; ўзгармас ток кучланиши бўйича 0 дан (10—100) мВ гача. Кўрсатишларни аниқлаш вақти 10 с.рН-201 асбобида рН сонларини ўлчашнинг беш чегараси бор: 1; 2,5; 5; 10; 15. Электр чиқиш сигналлари бўйича асосий хатолик ±1%. кўрсатувчи асбоб бўйича ±2%.