1909 geliştirilen Fritz Haber , cam elektrot en sık görülen ölçüm elektrodu . Esas olarak pH-metride kullanılır .
Çalışma prensibi, potansiyel adı verilen bir elektrik potansiyeli üreten çok ince bir cam zarın (yaklaşık 0.1 mm) her iki tarafında bulunan oksonyum iyonlarının (H 3 O + ) konsantrasyonundaki farka dayanır . Bu, elektrotun daldırıldığı sulu çözeltinin pH'ı ile orantılıdır .
Olarak cam membran arasında bir değişim olduğu , sodyum iyonları , Na + hidratlanmış cam yüzeyine ait ve hidronyum iyonları olan pH değeri ölçülecek çözeltinin gelen (hidratlı protonlar).
≡S – Na + H + ↔ ≡S – H + Na +Burada S, camın hidratlı yüzeyini temsil etmektedir. Biz göz ile kaplanmış cam yüzey kimyasını ele alırsak , silanol grupları (= Si - OH), aşağıdaki gibi, değiştirme reaksiyonu yazılabilir:
≡Si – O – Na + H + ↔ ≡Si – O – H + Na +Dolayısıyla bu iyon değişimi , hidratlı silika yüzeyinde bulunan silanol gruplarının ayrışması veya hidrolizi ile de bağlantılıdır :
≡Si – O - + H + ↔ ≡Si – OHCam yüzeyinde bulunan silanol gruplarının yanı sıra camın kimyasal bileşimine bağlı olarak alüminol grupları (> Al – OH) de bulunabilir. Ayrıca protonları (hidronyum iyonları) ayrıştırıp salıvermeleri veya tam tersine kabul etmeleri olasıdır. Cam membranın yüzeyi ile proton değişim reaksiyonu, bu nedenle, aynı zamanda, nispeten daha karmaşık çeşitli süreçleri ve mekanizmaları da içerir.
Cam membranın iç yüzü ile çalışılacak çözelti arasında 298 K'ye (25 °C) eşit potansiyel fark d arasında bir potansiyel fark oluşturulur:
d = 0.059 ( dahili pH - harici pH ) (bkz. Nernst denklemi )
Dahili pH elbette sabittir.
Cam elektrot tarafından alınan potansiyel E" daha sonra şuna eşit olacaktır:
E "= E ' dahili referans elektrotu + 0.059 dahili pH - 0.059 harici pH .
E "= Sabit - 0.059 harici pH
E " dış pH'ın, yani çalışılacak çözeltinin pH'ının afin bir fonksiyonu olacaktır.
Bir referans elektrotla olan potansiyel fark bu nedenle bize pH'ı bir sabite verecektir. Bu nedenle kalibrasyon değerini görebiliriz.
Bir cam elektrot kullanılarak sulu çözeltilerin pH ölçümleri, önce bilinen pH standart çözeltileri ile bir kalibrasyon prosedürü gerektirir .
Referans elektrot çalışma gümüş metal Ag / gümüş klorür / hidroklorik asit 0.1 mol L -1 , benzer , doymuş kalomel elektrod içinde potasyum klorid (EİS).
Ag + / Ag redoks çiftinin standart potansiyelinin ENH'ye ( normal hidrojen elektrotu ) göre 298 K'da 0.80 V'ye eşit olduğu göz önüne alındığında, bu referans elektrot tarafından alınan potansiyel E şu şekildedir:
E = 0.80 + 0.059 günlük [Ag +]
Ks = [Ag + ] [Cl - ] olduğunu bilmek
E = 0.80 + 0.06 log Ks - 0.059 log (Cl - )
Ks : gümüş klorürün (AgCl) çözünürlük ürünü
Ks AgCl = 1.77 × 10 −10 ila 298 K.
[Cl - ] sabit olduğundan ve burada 0,1 mol L- 1'e eşit olduğundan , E sabittir: aslında bir dahili "referans" elektrottur.
Yüksek pH'da, H + iyonlarının çok düşük aktivitesi, şimdiye kadar seyirci olarak kabul edilen çözeltideki diğer katyonların, membran yüzeyindeki değişimlere katılmalarına izin verir, böylece arasındaki potansiyelin değerini bozar. elektrotun iç ve l. dışı ve dolayısıyla pH ölçümü.
Bu, soda ile çalışırken genellikle mevcut olan ve aktivitesi pH ~ 12'den itibaren artık ihmal edilemeyen Na + için geçerlidir . Ayrıca, boyutları H +' nın boyutlarına daha yakın olan ve onu oluşturan Li + varlığına dikkat edin. özellikle rahatsız edici bir iyon.
pH = 0,5'in altında, ölçüm değerinin çok yüksek olduğu görülebilir. Kolayca tekrarlanamayan bu hatanın kaynağı hala tam olarak anlaşılamamıştır.
Bu elektrodu konsantre sodaya koymamaya özen gösterilmelidir , çünkü zarar görür.
Elektrot, cam yüzeyin hidrasyon durumunu korumak için KCl gibi seyreltik tuzlu su solüsyonunda saklanır. Elektrotun ucundaki sıkı oturan plastik kapak ve izotonik KCl solüsyonu (genellikle 3M KCl) ile doldurulmuş bir kombinasyon elektrotu durumunda referans elektrodu bozmama avantajı da vardır. Bununla birlikte, referans elektrotun elektrolitini yanlışlıkla konsantre etmemek için bu KCl çözeltisinden suyun buharlaşmasını önlemek de gereklidir.