Физическая биохимия - Фрайфелдер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Е 2,303ЯГ , [Н+Ь (0)
V-b*„КС F lg [Н+]а • (4
Поскольку стеклянный электрод обычно заполнен 0,1 н. НС1
[Н+], = ю-1
и поскольку pH = —lg[H+],
,, г , 2.303ЯГ 2.303ЯГ „
У = Рфпко + —р-------------~р----РН>
или
I/ = const---2-:wW. pH. (3)
Отсюда возникающее напряжение линейно связано с pH раствора.
Чтобы избежать определения констант в уравнении (3) и, следовательно, концентрации НС1 в стеклянном электроде, которая может изменяться при неоднократном использовании, рН-метры обычно стандартизуют, применяя для этого раствор с заведомым pH. (Концентрация КС1 в электроде сравнения не изменяется, так как раствбр насыщен и содержит нерастворенные кристаллы.) Для этого электроды помещают в стандартный бу-
фср (обычно берут буферы с pH 4, 7 и 10) и прибор регулируют так, чтобы показание соответствовало pH стандарта. Такой стандартизации достаточно. Однако, поскольку небольшие изменения вызывают некоторую нелинейность, для точного определения pH рекомендуется использовать стандарт, pH которого отличается от pH неизвестного раствора не более чем на 1—2 единицы.
Как видно из уравнения (3), соотношение между измеряемым напряжением и действительным pH зависит от температуры *. Поэтому при определении pH следует отрегулировать рН-метр на температуру измеряемого раствора (с помощью ручки, обычно обозначаемой «Темп» или «Контроль компенсации температуры»). Это позволяет регулировать сопротивление в электрической цепи таким образом, чтобы изменение напряжения на единицу pH было постоянным. Здесь, несомненно, важно то, что само измерение не вызывает изменений температуры, поскольку температурная зависимость такая же, как и влияние температуры на ионизацию. Это замечание приводится потому, что температура может повышаться во время измерения в результате прохождения тока через раствор. Однако, поскольку стеклянный электрод обладает очень большим сопротивлением, через вольтметр протекает очень слабый ток. Более того, раствор, в котором проводится измерение, обычно имеет очень низкое сопротивление, так что изменение температуры (пропорциональное сопротивлению, времени и квадрату величины тока) за короткий интервал очень мало.
Осложнения при измерении pH
Зависимость pH от концентрации ионов
pH буфера зависит не только от концентрации ионов в буфере, зю и от термодинамического параметра, называемого активностью. Эта величина сильно зависит от общей концентрации ионов ^ра^вор_е.„(фактически от ионной силы), так^щ)_.р11^буфера будет изменяться как в зависимости от его собственной концентрации , так и при изменении концентраций'других солей в растворе. Это особенно важно при использовании коммерческих стандартов pH, поскольку они обычно выпускаются в виде концентрированных растворов, которые требуется разбавлять в 25 раз, — этот фактор разбавления должен строго соблюдаться. Сходным
* Здесь важно понять, что температурная зависимость не является той зависимостью, которая вызывает изменения pH буфера с температурой,— этот эффект является результатом зависимости от температуры константы диссоциации кислоты, тогда как данная зависимость отражает влияние температуры на потенциал.
образом, если буферный раствор был приготовлен в виде концентрата (иными словами, запасной раствор), pH этого раствора не соответствует значению, требуемому для разбавленного раствора. Поэтому концентрированный раствор должен быть приготовлен таким образом, чтобы при разбавлении до концентрации, необходимой для конкретного эксперимента, измеряемое значение pH соответствовало требуемому.
Загрязнение и нарушение показаний
электродов
Некоторые вещества способны адсорбироваться на Н+-проницае-мом стекле стеклянного электрода и тем самым влияют на про-никновеИИе ионов Н+, вызывая искажение показаний. Это часто случается в растворах белков, так как на стекле может образовываться тонкая пленка белка. К счастью, такая пленка легко удаляется при обработке детергентом или кислотой.
Обычно используемый трис-буфер [трис-(оксиметил) амино-метан], как установлено, реагирует с компонентами некоторых коммерческих электродов. При этом наблюдается ошибка, достигающая иногда единицы pH. Фирмы-изготовители обычно указывают в своих каталогах, какие электроды могут быть использованы для работы в трис-буфере.
Натриевая ошибка
Стеклянные электроды общего назначения почти всегда в некоторой степени проницаемы для ионов натрия. Поэтому потенциал, соответствующий концентрации Na+, может возникать тем же путем, что и для Н+-ионов. Если в растворе, где определяется pH, присутствует Na+, то измеряемое значение pH уменьшается с^увеличением концентрации Na+, поскольку электрод определяет сумму концентрации’Na+ и Н^. Следовательно, [Н+] может казаться больше, так как наблюдаемое значение pH (—lg[H+ и Na+]) меньше, чем действительное значение pH (—lg[H+]). Такой эффект особенно заметен при высоких pH (когда используется NaOH) и можег составлять одну — две единицы pH в 1 М растворе Na+. Это важно помнить из-за вездесущего характера ионов натрия.
