Государственная система обеспечения
единства измерений

СТАНДАРТ-ТИТРЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ -
РАБОЧИХ ЭТАЛОНОВ рН 2- го и 3- го РАЗРЯДОВ

Технические и метрологические характеристики

Методы их определения

Москва Стандартинформ 200 8

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (ФГУП «ВНИИФТРИ») Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 26 от 8 декабря 2004 г.)

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Азербайджан		Азстандарт
Беларусь		Госстандарт Республики Беларусь
Казахстан		Госстандарт Республики Казахстан
Кыргызстан		Кыргызстандарт
Молдова		Молдова-Стандарт
Российская Федерация		Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии
Таджикистан		Таджикстандарт
Узбекистан		Узстандарт

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 апреля 2005 г. № 84-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 8.135-2004 введен в действие непосредственно в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 августа 2005 г.

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Декабрь 2007 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему публикуется в указателе «Национальные стандарты».

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе (каталоге) «Национальные стандарты», а текст изменений - в информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты»

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Дата введения - 2005-08-01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на стандарт-титры, представляющие собой точные навески химических веществ во флаконах или ампулах, предназначенные для приготовления буферных растворов с определенными значениями рН, и устанавливает технические и метрологические характеристики и методы их определения.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

3.4 Стандарт-титры изготавливают с навесками химических веществ, необходимыми для приготовления 0,25; 0,50 и 1 дм 3 буферного раствора. Номинальная масса навески вещества, необходимая для приготовления 1 дм 3 буферного раствора, приведена в таблице .

Таблица 1

	Химические вещества, входящие в состав стандарт-титра	Номинальная масса навески вещества m ном входящего в состав стандарт-титра, для приготовления 1 дм 3 буферного раствора 1 , г	Номинальное значение рН буферного раствора при 25 °С 2)
	× 2Н 2 О	25,219	1,48
	Калий тетраоксалат 2-водный КН 3 (С 2 О 4) 2 × 2Н 2 О	12,610	1,65
	Натрий гидродигликолят C 4 H 5 O 5 Na	7,868	3,49
	Калий гидротартрат КНС 4 Н 4 С 6	9,5 3)	3,56
	Калий гидрофталат КНС 8 Н 4 О 4	10,120	4,01
	Кислота уксусная СН 3 СООН Натрий ацетат CH 3 COONa	6,010 8,000	4,64
	Кислота уксусная СН 3 СООН Натрий ацетат CH 3 COONa	0,600 0,820	4,71
	Пиперазинфосфат C 4 H 10 N 2 H 3 PO 4	4,027	6,26
	Натрий моногидрофосфат Na 2 HPO 4	3,3880 3,5330	6,86
	Калий дигидрофосфат КН 2 РО 4 Натрий моногидрофосфат Na 2 HPO 4	1,1790 4,3030	7,41
	Калий дигидрофосфат КН 2 РО 4 Натрий моногидрофосфат Na 2 HPO 4	1,3560 5,6564	7,43
	Трис 4) (HOCH 2 ) 3 CNH 2 Трис 4) гидрохлорид (НОСН 2) 3 CNH 2 HCl	2,019 7,350	7,65
	Натрий тетраборат 10-водный Na 2 B 4 O 7 × 10Н 2 О	3,8064	9,18
	Натрий тетраборат 10-водный Na 2 B 4 O 7 × 10Н 2 О	19,012	9,18
	Натрий углекислый Na 2 CO 3 Натрий углекислый кислый NaHCO 3	2,6428 2,0947	10,00
	Кальций гидрооксид Са(ОН) 2	1,75 3)	12,43
1) Для приготовления буферного раствора объемом 0,50 и 0,25 дм 3 массу навески вещества необходимо уменьшить соответственно в 2 и 4 раза. 2) Зависимость значений рН буферных растворов от температуры приведена в приложении . 3) Навеска для приготовления насыщенного раствора. 4) Трис-(оксиметил)-аминометан.

3.5 Массы навесок веществ в стандарт-титрах должны соответствовать номинальным значениям с допускаемым отклонением не более 0,2 %. Массы навесок веществ в стандарт-титрах для приготовления насыщенных растворов гидротартрата калия и гидрооксида кальция должны соответствовать номинальным значениям с допускаемым отклонением не более 1 %.

3.6 Буферные растворы, приготовленные из стандарт-титров, должны воспроизводить номинальные значения рН, приведенные в таблице .

Допускаемые отклонения от номинального значения рН не должны выходить за пределы:

± 0,01 рН - для буферных растворов - рабочих эталонов рН 2-го разряда;

± 0,03 рН - для буферных растворов - рабочих эталонов рН 3-го разряда.

3.7 Стандарт-титры допускается изготавливать в виде навесок порошков химических веществ и в виде их водных растворов (стандарт-титры с уксусной кислотой - только в виде водных растворов), расфасованных в герметически закрываемые флаконы или запаянных в стеклянные ампулы.

Для приготовления водных растворов используют дистиллированную воду по ГОСТ 6709 .

3.8 Требования к расфасовке, упаковке, маркировке и транспортированию стандарт-титров - по техническим условиям на конкретные стандарт-титры.

3.9 Эксплуатационная документация на стандарт-титры должна содержать следующую информацию:

Назначение: разряд (2-й или 3-й) рабочих эталонов рН - буферных растворов, приготавливаемых из стандарт-титров;

Номинальное значение рН буферных растворов при 25 °С;

Объем буферных растворов в кубических дециметрах;

Методику (инструкцию) приготовления буферных растворов из стандарт-титров, разработанную в соответствии с приложением настоящего стандарта;

Срок годности стандарт-титра.

4 Методы определения характеристик стандарт-титров

4.1 Количество образцов n для определения характеристик каждой модификации стандарт-титров отбирают по ГОСТ 3885 в зависимости от объема партии стандарт-титров данной модификации, но не менее трех образцов стандарт-титров в ампулах (для определения рН) и не менее шести образцов во флаконах (3 - для определения массы, 3 - для определения рН).

4.2 Используемые средства измерений должны иметь свидетельства о поверке (сертификаты) с действующим сроком поверки.

4.3 Измерения проводят в нормальных условиях:

температура окружающего воздуха, °С 20 ± 5;

относительная влажность воздуха, % от 30 до 80;

атмосферное давление, кПа (мм. рт. ст.) от 84 до 106 (от 630 до 795).

4.4 Массу навески химического вещества во флаконе 1) определяют по разнице массы флакона с навеской и массы пустого чистого флакона. Измерения массы навески и массы флакона проводят с погрешностью не более 0,0005 г на аналитических весах (класс точности не ниже 2 по ГОСТ 24104).

1) В стеклянной ампуле массу навески стандарт-титра не определяют.

4.4.1 Отклонение D i , %, массы навески от номинального значения массы для каждого из образцов определяют по формуле

где m ном - номинальная масса навески химического вещества, входящего в состав стандарт-титра (см. таблицу );

i

m i - результат измерения массы i -го образца (i = 1 ... n ), г.

4.4.2 Если хотя бы для одного из образцов значение D i будет более 0,2 % (а для стандарт-титров для приготовления насыщенных буферных растворов - более 1 %), то партию стандарт-титров данной модификации бракуют.

4.5.1 Значение рН буферного раствора - рабочего эталона рН 2-го разряда, приготовленного из стандарт-титра, определяют при помощи рабочего эталона рН 1-го разряда (ГОСТ 8.120) при температуре буферных растворов (25 ± 0,5) °С в соответствии с методиками выполнения измерений рН, входящими в нормативные документы рабочего эталона рН 1-го разряда.

4.5.1.1 Отклонение рН от номинального значения (D рН ) i , определяют по формуле

(D рН ) i = | рН ном - рН i | ,

где i - номер образца стандарт-титра;

рН ном - номинальное значение рН буферного раствора по таблице ;

рН i - результат измерения значения рН i -го образца (i = 1 ... n ).

4.5.1.2 Если значение (D рН ) i для каждого из буферных растворов не более 0,01 рН, то стандарт-титры данной партии считают пригодными для приготовления рабочего эталона рН 2-го разряда.

Если значение (D рН ) i для каждого из буферных растворов не более 0,03 рН, то стандарт-титры данной партии считают пригодными для приготовления рабочего эталона рН 3-го разряда.

(D рН ) i

4.5.4 Значение рН буферного раствора - рабочего эталона рН 3-го разряда, приготовленного из стандарт-титра, определяют эталонным рН-метром 2-го разряда (ГОСТ 8.120) в соответствии с руководством по эксплуатации рН-метра при температуре буферных растворов (25 ± 0,5) °С.

4.5.2.1 Отклонение рН от номинального значения (D рН ) i определяют по .

4.5.2.2 Если значение (D рН ) i для каждого из буферных растворов не более 0,03 рН, то стандарт-титры данной партии считают пригодными для приготовления рабочего эталона рН 3-го разряда.

Если хотя бы для одного из буферных растворов (D рН ) i будет более 0,03 рН, то измерения повторяют на удвоенном числе образцов.

Результаты повторных измерений являются окончательными. При отрицательных результатах партию стандарт-титров бракуют.

Приложение А
(обязательное)

Химические вещества для стандарт-титров получают путем дополнительной очистки химических реактивов квалификации не ниже ч.д.а. Химические реактивы квалификаций ос.ч и х.ч могут использоваться без дополнительной очистки. Однако конечным критерием их пригодности для стандарт-титров является значение рН буферных растворов, приготовленных из стандарт-титров. Для очистки веществ необходимо использовать дистиллированную воду (далее - вода) с удельной электропроводностью не более 5 × 10 -4 См × м -1 при температуре 20 °С по ГОСТ 6709 .

А.1 Калий тетраоксалат 2-водный КН 3 (С 2 О 4) 2 × 2Н 2 О очищают двойной перекристаллизацией из водных растворов при температуре 50 °С. Сушат в сушильном шкафу с естественной вентиляцией при температуре (55 ± 5) °С до постоянной массы.

А.2 Натрий гидродигликолят (оксидиацетат) C 4 H 5 O 5 Na высушивают при температуре 110 °С до постоянной массы. Если химического реактива не имеется в наличии, то натрий гидродигликолят получают половинной нейтрализацией соответствующей кислоты гидрооксидом натрия. После кристаллизации кристаллы отфильтровывают на пористом стеклянном фильтре.

А.3 Калий гидротартрат (калий виннокислый кислый) КНС 4 Н 4 О 6 очищают двойной перекристаллизацией из водных растворов; сушат в сушильном шкафу при температуре (110 ± 5) °С до постоянной массы.

А.4 Калий гидрофталат (калий фталевокислый кислый) КНС 8 Н 4 О 4 очищают двойной перекристаллизацией из горячих водных растворов с добавкой углекислого калия при первой перекристаллизации. Отфильтровывают выпавшие кристаллы при температуре не ниже 36 °С. Сушат в сушильном шкафу с естественной вентиляцией при температуре (110 ± 5) °С до постоянной массы.

А.5 Кислоту уксусную СН 3 СООН (ГОСТ 18270) очищают одним из следующих способов:

а) перегонкой с добавлением небольшого количества безводного ацетата натрия;

б) двойным дробным вымораживанием (после окончания процесса кристаллизации избыток жидкой фазы удаляется).

А.6 Натрий уксуснокислый 3-водный (натрий ацетат) CH 3 COONa × 3Н 2 О (ГОСТ 199) очищают двойной перекристаллизацией из горячих водных растворов с последующим прокаливанием соли при температуре (120 ± 3) °С до постоянной массы.

А.7 Пиперазинфосфат C 4 H 10 N 2 H 3 PO 4 × Н 2 О синтезируют из пиперазина и ортофосфорной кислоты (ГОСТ 6552), очищают тройной перекристаллизацией из спиртовых растворов. Сушат над силикагелем в темноте в эксикаторе до постоянной массы.

А.8 Калий фосфорнокислый однозамещенный (калий дигидрофосфат) КН 2 РО 4 (ГОСТ 4198) очищают двойной перекристаллизацией из водно-этанольной смеси с объемным соотношением 1: 1 и последующим высушиванием в сушильном шкафу при температуре (110 ± 5) °С до постоянной массы.

А.9 Натрий фосфорнокислый двузамещенный 12-водный (натрий моногидрофосфат) Na 2 HPO 4 (безводный) получают из 12-водной соли Na 2 HPO 4 × 12Н 2 О (ГОСТ 4172) трехкратной перекристаллизацией из горячих водных растворов. Сушат (обезвоживают) в сушильном шкафу с естественной вентиляцией поэтапно в следующих режимах:

При (30 ± 5) °С - до постоянной массы

При (50 ± 5) °С - » » »

При (120 ± 5)°С- » » »

А.10 Трис-(оксиметил)-аминометан (HOCH 2 ) 3 CNH 2 сушат при 80 °С в сушильном шкафу до постоянной массы.

А.11 Трис-(оксиметил)-аминометан гидрохлорид (HOCH 2 ) 3 CNH 2 HCl сушат при 40 °С в сушильном шкафу до постоянной массы.

А.12 Натрий тетраборат 10-водный Na 2 B 4 O 7 × 10Н 2 О (ГОСТ 4199) очищают трехкратной перекристаллизацией из водных растворов при температуре (50 ± 5) °С. Сушат при комнатной температуре в течение двух-трех дней. Окончательную подготовку тетрабората натрия проводят выдерживанием соли в стеклографитовой (кварцевой, платиновой или фторопластовой) чашке в эксикаторе над насыщенным раствором смеси хлорида натрия и сахарозы или насыщенным раствором KBr при комнатной температуре до постоянной массы.

А.13 Натрий углекислый Na 2 CO 3 (ГОСТ 83) очищают трехкратной перекристаллизацией из водных растворов с последующим высушиванием в сушильном шкафу при температуре (275 ± 5) °С до постоянной массы.

А.14 Натрий углекислый кислый NaHCO 3 (ГОСТ 4201) очищают трехкратной перекристаллизацией из водных растворов с барботированием углекислым газом.

А.15 Кальций гидрооксид Са(ОН) 2 получают кальцинированием углекислого кальция СаСО 3 (ГОСТ 4530) при температуре (1000 ± 10) °С в течение 1 ч. Образовавшуюся окись кальция СаО охлаждают на воздухе при комнатной температуре и медленно, небольшими порциями заливают водой при постоянном перемешивании до получения суспензии. Суспензию подогревают до кипения, охлаждают и фильтруют через стеклянный фильтр, затем снимают с фильтра, сушат в вакуум-эксикаторе до постоянной массы и измельчают до тонкого порошка. Хранят в эксикаторе.

Приложение Б
(справочное)

Номер модификации стандарт-титра	Химические вещества, входящие в состав стандарт-титра (модификации по таблице )	рН буферных растворов при температуре, °С
	Калий тетраоксалат 2-водный					1,48	1,48	1,48	1,49	1,49	1,50	1,51	1,52	1,53	1,53
	Калий тетраоксалат 2-водный			1,64	1,64	1,64	1,65	1,65	1,65	1,65	1,65	1,66	1,67	1,69	1,72
	Натрий гидродигликолят		3,47	3,47	3,48	3,48	3,49	3,50	3,52	3,53	3,56	3,60
	Калий гидротартрат						3,56	3,55	3,54	3,54	3,54	3,55	3,57	3,60	3,63
	Калий гидрофталат	4,00	4,00	4,00	4,00	4,00	4,01	4,01	4,02	4,03	4,05	4,08	4,12	4,16	4,21
		4,66	4,66	4,65	4,65	4,65	4,64	4,64	4,65	4,65	4,66	4,68	4,71	4,75	4,80
	Кислота уксусная + натрий ацетат	4,73	4,72	4,72	4,71	4,71	4,71	4,72	4,72	4,73	4,74	4,77	4,80	4,84	4,88
	Пиперазинфосфат		6,48	6,42	6,36	6,31	6,26	6,21	6,14	6,12	6,03	5,95
		6,96	6,94	6,91	6,89	6,87	6,86	6,84	6,83	6,82	6,81	6,82	6,83	6,85	6,90
	Натрий моногидрофосфат + калий дигидрофосфат	7,51	7,48	7,46	7,44	7,42	7,41	7,39	7,37
	Натрий моногидрофосфат + калий дигидрофосфат		7,51	7,49	7,47	7,45	7,43	7,41	7,40
	Трис гидрохлорид + трис	8,40	8,24	8,08	7,93	7,79	7,65	7,51	7,33	7,26	7,02	6,79
	Натрий тетраборат	9,48	9,41	9,35	9,29	9,23	9,18	9,13	9,07	9,05	8,98	8,93	8,90	8,88	8,84
	Натрий тетраборат	9,45	9,39	9,33	9,28	9,23	9,18	9,14	9,09	9,07	9,01	8,97	8,93	9,91	8,90
	Натрий углекислый кислый + натрий углекислый	10,27	10,21	10,15	10,10	10,05	10,00	9,95	9,89	9,87	9,80	9,75	9,73	9,73	9,75
	Кальций гидрооксид	13,36	13,16	12,97	12,78	12,60	Примечание - Для приготовления растворов со значением рН > 6 дистиллированную воду необходимо прокипятить и охладить до температуры 25 - 30 °С. При подготовке стеклянной посуды не допускается использовать синтетические моющие средства. В.1.1 Стандарт-титр переносят в мерную колбу 2-го класса по ГОСТ 1770 (далее - колба). В.1.2 Извлекают флакон (ампулу) из упаковки. В.1.3 Промывают поверхность флакона (ампулы) водой и просушивают фильтровальной бумагой. В.1.4 Вставляют в колбу воронку, вскрывают флакон (ампулу) в соответствии с инструкцией изготовителя, дают содержимому полностью высыпаться в колбу, промывают флакон (ампулу) изнутри водой до полного удаления вещества с поверхностей, промывные воды сливают в колбу. В.1.5 Заполняют колбу водой примерно на две трети объема, взбалтывают до полного растворения содержимого (за исключением насыщенных растворов гидротартрата калия и гидрооксида кальция). В.1.6 Заполняют колбу водой, не долив воды до метки 5 - 10 см 3 . В течение 30 мин термостатируют колбу в водяном термостате при температуре 20 °С (колбы с насыщаемыми растворами гидротартрата калия и гидрооксида кальция заполняют водой полностью и термостатируют не менее 4 ч при температуре 25 °С и 20 °С соответственно, периодически перемешивая суспензию в колбе встряхиванием). В.1.7 Доводят водой объем раствора в колбе до метки, закрывают пробкой и тщательно перемешивают содержимое. В пробах, отбираемых из насыщенных растворов гидротартрата калия и гидрооксида кальция, осадок удаляют фильтрованием или декантацией. В.2 Хранение рабочих эталонов рН В.2.1 Рабочие эталоны рН хранят в плотно закрытой стеклянной или пластмассовой (полиэтиленовой) посуде в затемненном месте при температуре не выше 25 °С. Срок хранения рабочих эталонов - 1 мес с момента приготовления, за исключением насыщенных растворов гидротартрата калия и гидрооксида кальция, которые готовят непосредственно перед измерением рН и которые хранению не подлежат.

Потенциометрия – один из электрохимических методов анализа, основанный на определении концентрации электролитов путём измерения потенциала электрода, погружённого в исследуемый раствор.

Потенциал (от лат. potentia – сила) – понятие, харак-теризующее физические силовые поля (электрическое, магнитное, гравитационное) и вообще поля векторных физических величин.

Метод потенциометрического измерения концентра-ции ионов в растворе основан на измерении разности электрических потенциалов двух специальных электро-дов, помещённых в испытуемый раствор, причём один электрод – вспомогательный – в процессе измерения имеет постоянный потенциал.

Потенциал Е отдельного электрода определяют по уравнению Нернста (W.Nernst– немецкий физико-химик, 1869 – 1941) через его стандартный (нормальный) потенциалЕ 0 и активность ионова + , которые принимают участие в электродном процессе

Е = Е 0 + 2,3 lg a + , (4.1)

где E 0 – составляющая межфазной разности потенциалов, которая определяется свойствами электрода и не зависит от концентрации ионов в растворе;R – универсальная газовая постоянная;n – валентность иона;Т – абсолютная температура;F – число Фарадея (M.Faraday– английский физик ХIХ века).

Уравнение Нернста, выведенное для узкого класса электрохимических систем металл – раствор катионов этого же металла, справедливо в значительно более широких пределах.

Потенциометрический метод наиболее широко применяют для определения активности ионов водорода, характеризующей кислотные или щелочные свойства раствора.

Появление водородных ионов в растворе вызвано диссоциацией (от лат. dissociatio - разъединение) части молекул воды, распадающихся на ионы водорода и гидроксила:

H 2 O ↔
+
. (4.2)

По закону действующих масс константа К равновесия реакции диссоциации воды равнаK =
.
/
.

Концентрация недиссоциированных молекул в воде настолько велика (55,5 М), что её можно считать постоянной, поэтому уравнение (5.2) упрощают:
= 55,5 =
.
, где
- константа, называемая ионным произведением воды,
= 1,0∙10 -14 при температуре 22 о С.

При диссоциации молекул воды ионы водорода и гидроксила образуются в равных количествах, следовательно, их концентрации одинаковы (нейтраль-ный раствор). Исходя из равенства концентраций и известной величины ионного произведения воды, имеем

[Н + ] =
=
= 1∙10 -7 . (4.3)

Для более удобного выражения концентрации ионов водорода химик Зеренсен (P.Sarensen– датский физико-химик и биохимик) ввёл понятиеpH(p– начальная буква датского словаPotenz– степень,H– химический символ водорода).

Водородный показатель рН – величина, характери-зующая концентрацию (активность) ионов водорода в растворах. Он численно равен десятичному логарифму концентрации ионов водорода
, взятому с обратным знаком, т.е.

рН = - lg
. (4.4)

Водные растворы могут иметь рН в интервале от 1 до 15. В нейтральных растворах при температуре 22 о С рН = 7, в кислых рН < 7, в щелочных рН > 7.

При изменении температуры контролируемого раствора электродный потенциал стеклянного электрода меняется из-за наличия коэффициента S = 2,3∙в уравнении (4.1). Вследствие этого одной и той же величине рН при разных температурах раствора соответствуют различные значения эдс электродной системы.

Зависимость эдс электродной системы от рН при разных температурах представляет собой пучок прямых (рис. 4.1), пересекающихся в одной точке. Эта точка соответствует величине рН раствора, при которой эдс электродной системы не зависит от температуры, её называют изопотенциальной (от греч.  - равный, одинаковый и …потенциальная ) точкой. Координаты изопотенциальной точки (Е И и рН И) являются важнейшими характеристиками электродной системы. С учётом температуры статическая характеристика (4.1) примет вид

В свое время, мой первый морской аквариум был шедевром. Это был 20-галлонный полностью стеклянный аквариум, склеенный силиконовым клеем. Система фильтрации состояла из пневматических песочных фильтров. Моя задача заключалась в том, чтобы поддерживать двух его обитателей (рыбу-ласточку Бью Грегори - Stegastes leucostictus - и актинию Condylactis ) по возможности довольными (что, с учетом отсутствия у меня опыта и ограниченных ресурсов, означало, поддерживать их живых). Сложная задача для 9-летнего ребенка, это был 1964 год. Моя наставница, миссис Перри из Cobb Pets, посоветовала мне проверять удельный вес воды и pH. С удельным весом все было довольно просто (просто опустить гидрометр в аквариум и сделать отметку на определенном уровне при добавлении пресной воды), а вот с pH все было несколько сложнее. Данный параметр проверялся посредством добавления цветной жидкости в бутылочку с образцом аквариумной воды. Словно по волшебству, цвет образца воды изменялся, а затем сравнивался при помощи сравнительной таблицы, состоящей из серии цветных квадратов. По результатам моего первого тестирования мне необходимо было добавить пищевую соду, чтобы повысить уровень pH. Исполненный сознания долга, я так и сделал - никаких изменений. Я продолжал процесс до тех пор, пока не добавил всю пачку пищевой соды.

Я никогда не узнаю, что стало причиной гибели моей рыбы и актинии, но инцидент имел место сразу после описанного эпизода. Помимо того, что для моих питомцев все закончилось очень печально, ситуация стала опустошительной для меня. Вся моя работа, за которую я получал доллар в неделю, была коту под хвост. Что еще хуже, я был ответственен за гибель обитателей. Я похоронил их на заросшем папоротником берегу ручья, протекавшего на нашем дворе. Сейчас я думаю, что у жидкого реагента истек срок годности, соответственно, результаты были неправильные. Это был очень поучительный урок.

С годами ситуация не сильно изменилась. Незнание значимости этого ключевого параметра и способов проверки показателей, отсутствие правильной интерпретации и необходимых мер могут привести и приведут к печальным последствиям. Что существенно изменилось, так это доступность на рынке и доступность по цене способов и инструментов измерения рН. В данной статье мы рассмотрим некоторые из них, сравнивая их достоинства и недостатки.

Определение pH

pH - это оценка кислотного или щелочного характера субстанции, выраженная по шкале от 0 до 14, где 0 – очень кислая среда, а 14 – очень щелочная. Нейтральная среда (не кислая, и не щелочная) - показатель 7 на данной шкале. Ионы водорода преобладают при кислотных показателях pH, тогда как в щелочной среде доминируют гидроксильные ионы.

Рисунок 1. Шкала pH логарифмическая, представляет собой степень активности ионов водорода.

В зависимости от источника, pH означает «показатель концентрации водородных ионов» ("potential of hydrogen") или французский термин "pouvoir hydrogène", что означает «энергию водорода».

Значимость измерения pH

pH – это характеристика жидкостей (в нашем случае), которая влияет на их химический состав, в частности, растворимость питательных веществ (хорошо, если мы не переборщили). Низкий pH способен сделать потенциально токсичные тяжелые металлы растворимыми. рН влияет на активность энзимов (у них имеется предпочтительный диапазон pH). Высокий pH способен растворять клеточные липидные мембраны. У водных организмов также имеется предпочтительный диапазон pH. Краткий обзор показателей pH в различной среде (интересной для аквариумистов) представлен в Таблице 1. Таблица 1. Примерные показатели pH.

Источник pH	pH
Река Рио-Негро	5.1
Дождевая вода	5.6
Река Амазонка (светлая вода)	6.9
Чистая (питьевая) вода	7
Морская вода	8.2
Озеро Танганьика (поверхность)	9

Измерение pH

Существует несколько способов определения pH. У каждого из них имеются свои преимущества и недостатки. Начнем с самых недорогих.

Лакмусовая бумага
Лакмус – материал, получаемый из лишайников (название берет свое начало от древнескандинавского слова litmosi, что означает "краска" и "мох/лишайник"). Этот дериват лакмуса изменяет цвет с возможностью прогнозирования под воздействием различных уровней pH. Благодаря такой чувствительности лакмус – простой и недорогой способ определения pH. Лакмусовая бумага – бумага, к которой были добавлены эти растворимые в воде красители, а изменение цвета вызваное погружением лакмусовой бумаги в образец воды и указывает на кислотную или щелочную среду. Рабочий диапазон измерений pH составляет примерно 5 - 8.Проверку изменения цвета необходимо проводить под освещением полного спектра.

Рисунок 2. Лакмусовая бумага – недорогой, но приблизительный способ измерения pH.

Преимущества: недорого (около 5 US). Быстро, легко использовать.

Недостатки: Выдает приблизительные показатели. На результат влияет цвет образца воды, восстановителей и окислителей. Интерпретация результатов требует острого зрения. Срок хранения реагента ограничен.

Индикаторные красители
Существует совсем немного таких pH индикаторов. Приобрести их можно в виде порошка или в жидкой форме. Обычно они используются при анализе, включающем титрование. Ниже привожу характеристики некоторых из них:

Фенолфталеин: Индикатор кислоты/щелочи, который становится бесцветным в кислой среде и розовым-красным в щелочной среде. Диапазон измерений ~8.3 до 10.

Метилоранж (гелиантин, кислотный азокраситель): Изменяет цвет с желтого на красный при уровне pH около 3.7.

Meta-Крезоловый фиолетовый: оранжево-желтый при 7.4 и меняет цвет на фиолетовый при более высоких показателях pH (примерно до 8.8.)

Бромтимоловый синий: синий при 7.5, зеленоватый при ~6.2 - 6.8 и желтый при показателе около 6.

Универсальный индикатор: сочетает несколько индикаторов, позволяя оценивать широкий диапазон pH.

Рисунок 3. Данный тест pH от API использует мета-крезоловый фиолетовый в качестве индикатора.
Оценивать изменение цвета желательно проводить при естественном освещении на белом фоне.

Преимущества: Относительно недорогой (~$10 US.) Некоторые красители можно использовать для проведения других тестов (например, щелочности) без использования pH электрода при использовании реагента.

Недостатки: Такие же, как и с лакмусовой бумагой. У отдельных красителей – ограниченный диапазон показателей pH. На результаты может влиять мутность и/или цвет тестируемой жидкости. Сравнение необходимо проводить на белом фоне при полноспектральном освещении. Срок годности реагентов ограничен – обязательно должна быть отметка о сроке годности.

pH-электроды
Понимаю, новичкам аквариумистики сложно представить, но 30 лет назад аквариумисты за пределами Европы практически не слышали об использовании pH-электродов. Ситуация изменилась в 1980-х годах, когда немецкая компания (Dupla GmbH) начала экспортировать передовое оборудование в Северную Америку. Сегодня pH-метры используются повсеместно. Доступность приборов и конкуренция среди производителей способствовали тому, что цена стала вполне доступной.

PH-электрод – это селективный датчик ионов водорода (H+). В pH-электродах на самом деле используется два электрода, зонд (индикаторный электрод) и контрольный электрод. Как правило, эти два электрода расположены в едином корпусе («теле») электрода. На конце тела электрода у зонда имеется тонкий слой чувствительного к водороду стекла. Напряжение зонда меняется в зависимости от активности ионов водорода (напряжение растет в кислой среде и уменьшается в щелочной среде). Контрольный электрод обеспечивает постоянное напряжение, которое мы используем для определения разницы с зондом. Суммарный mV отклик отправляется на измерительный прибор (счетчик), где конвертируется в pH-показатель.

Строение датчика и терминология
Чтобы разобраться, как работает pH-электрод, необходимо понимать некоторые термины, которые используются как для описания его конструкции, так и другие.

Корпус (тело электрода): полая трубка, содержащая рабочие детали pH-электрода. Корпус может быть из стекла или химически стойкой пластмассы, например, полиэфиримида.

Буфер: В нашем случае, стандартный раствор, демонстрирующий кислый, нейтральный или щелочной pH, используется для калибровки pH-метра. С целью упрощения идентификации некоторые буферные растворы кодируются цветом.

Калибровка: Процесс проверки или регулирования градуировки аналитического прибора.

Соединение (стык, спай): Объединение двух частей; в данном случае, тестируемого материала и контрольного внутреннего раствора. Соединения производятся из различных материалов; материалы должны быть пористыми, чтобы обеспечить прохождение через них контрольного раствора. Как правило, используются керамика, ткань и т.п. Существуют электроды с одним, двумя и кольцевыми соединениями.

Фритта: частично расплавленное стекло или керамика, иногда используемые в качестве соединения.

ATC: Автоматическая компенсация температуры (Automatic Temperature Compensation). Поскольку pH раствора зависит от температуры, ATC корректирует воздействие температуры. ATC требует наличия датчика температуры, который бывает встроен в электрод возле стеклянной колбы.

Контрольный электрод: Электрод, который обеспечивает известное, постоянное напряжение; обычно производится из хлор-серебряной проволоки и заполнен буферным электролитом.
Зонд: Хлор-серебряная проволока в трубке с чувствительной к рН стеклянной колбой на конце.

Рисунок 4. Внутренние детали pH-электрода.
Для наглядности не показан защитный кожух (колпак), окружающий хрупкую стеклянную колбу.
У некоторых рН-электродов соединение расположено сбоку

Типы pH-электродов
Существует несколько типов электродов. Некоторые, как правило, более старые, электроды (как показывает мой опыт, они сейчас редко встречаются), состоят из двух отдельных корпусов. В настоящее время большинство электродов – совмещенные датчики, где анод и катод расположены отдельно в едином корпусе. Форма стеклянной колбы зачастую определяет, что будет измерять электрод. Сферические колбы, с их большой площадью поверхности, хорошо подходят для многоцелевых (универсальных) измерений в водной среде. Конические колбы способны пронизывать полутвердые материалы (например, мясо и другие продукты) и почву. Плоские стеклянные «колбы» можно использовать для измерения pH разных видов кожи и т.д. Некоторые электроды бывают многоразового использования, тогда как другие – нет, они заполнены химическими гелями. У некоторых электродов встречаются съемные (сменные) соединения и зонды.

Краткий обзор pH-метров

Наш обзор посвящен pH-метрам, производимым Hanna Instruments (Woonsocket, Rhode Island, USA.) Компания Hanna представлена на рынке с 1978 и на сегодняшний день предлагает более 3 000 вариантов продукции своим покупателям по всему миру. Некоторые продукты компании представляют интерес для аквариумистов.

Все рН-метры от Hanna, представленные в обзоре, поставляются с буфером калибровки, раствором для очистки электрода и футляром. Начнем наш обзор с:

pH Checker (HI98103)

Рисунок 5. Доступный по цене pH Checker от Hanna Instruments.

HI98103 Checker® entry level pH meter станет ценным дополнением к набору инструментов многих аквариумистов. Прибор предлагает 0.1 pH ед. разрешение по доступной цене. Доступная цена связана с тем, что прибор предлагает только две точки градуировки (pH 4.01 и 7.01 или 7.01 и 10.01) без автоматической компенсации температуры (ATC) или возможности измерить температуру. Поскольку обычно рекомендуется, чтобы точки калибровки отображали ожидаемый показатель pH, данное устройство больше подходит для пресноводных систем, имитирующих кислую среду, например, биотопы реки Амазонки (несмотря на тот факт, что оно безусловно способно измерять показатели pH, характерные для рифов и систем с африканскими цихлидами, хотя и с меньшей точностью из-за всего лишь двух точек калибровки). Электрод сменный, а соединение выполнено из бумаги.

Диапазон: 0 до 14 единиц

Разрешение: 0.1 ед.

Точность: ±0.2 ед.

Точки калибровки (градуировки): Две; pH 4.01, 7.01 или 10.01

Автоматическая компенсация температуры: Отсутствует

Измерение температуры/Дисплей: Отсутствует

Сменный зонд: Да

Диаметр электрода: 8 мм (~5/16")

Размер LCD: 3/8" (~10мм)

Аккумулятор: 1-CR2032; ресурс примерно 1 000ч.

pHep pH и температурный датчик (HI98107)

Рисунок 6. Устройство pHep с буферами калибровки в своем футляре.

HI98107 pHep pH and temperature tester – более современная версия pH Checker (описанного выше). В дополнение к определению pH в диапазоне практически любого аквариума – от биотопа Амазонки до рифа – прибор также измеряет температуру с автоматической компенсаций температуры (ATC.) Устройство включает два буфера калибровки (4.01 и 7.01) с доступным третьим - (10.01, который рекомендуется для рифовых аквариумов). Соединение выполнено из бумаги. Электрод не сменный.

Диапазон: 0 до 14 единиц

Разрешение: 0.1 ед.

Точность: ±0.1 ед.

Точки калибровки: три; pH 4.01, 7.01 и 10.01 (4.01 и 10.01 представлены)

Сменный датчик: Да

Размер LCD: 0.3125" или ~8 мм

Аккумулятор: 1-CR2032; примерно 800 часов.

pHep5 Водонепроницаемый датчик рH и температуры (HI98128)

Рисунок 7. pHep предлагает много функций: измерение pH и температуры, ATC; и он удерживается на поверхности воды!

HI98128 pHep 5 pH meter – самый современный из всех карманных рН-метров от Hanna. Устройство предлагает разрешение 0.01 ед. с точностью ±0.05 и автоматической компенсацией температуры. Устройство водонепроницаемое и удерживается на поверхности воды. Прибор предлагает гибкий подход к важным измерениям, т.к. способен распознавать 5 различных буферов калибровки.

Диапазон: -2 до 16 единиц

Разрешение: 0.01 ед.

Точность: ±0.05 ед

Точки калибровки: Два варианта: 4.01, 7.01, 10.01 или 6.86, 9.18.

Автоматическая компенсация температуры: Да

Температурный дисплей: Да, можно настроить °F или °C, с точностью ±0.5°C.

Сменный зонд: Да

Размер LCD: 0.3125" или ~8 мм (размер знака)

Аккумулятор: 4-1.5v батарейки; примерно 300 ч.

HALO Wireless Field pH Meter (HI12302)

Рисунок 8. Возможно, самый современный pH-электрод на рынке – беспроводной электрод HALO.

HI12302 Halo Field pH Meter – интересный прибор, который предлагает множество возможностей. Прежде всего, это беспроводной pH-электрод, которым можно управлять через Bluetooth с устройств на платформах Android или iOS. Даже неуверенным пользователям не стоит переживать. Как показал мой опыт, настройка невероятно простая. Я открыл вебсайт Hanna Instruments, прошел по ссылке the HALO link и скачал приложение для своего смартфона. Когда приложение было установлено (скачивается бесплатно, по времени занимает около 2 минут), я открыл приложение и ПО распознало мой HALO pH-электрод. Далее, единственное, что требуется – выбирать соответствующие иконки для калибровки электрода, отображения графических данных, просмотра данных датчика и т.д. Я искренне верю, что проще уже не может быть. ПО замеряет pH и температуру ежесекундно. Регистрация данных выдает идентификационный номер электрода, дату калибровки, точки калибровки, кривую калибровки, дату и время измерений, pH, температуру, милливольты и т.д. (см. Рисунки 9-11).

Варианты зондов включают сферический (универсальный и для водной среды), конический (для продуктов, полутвердых материалов, почвы и т.п.) и плоский наконечник (для кожи, бумаги и т.п.) Пластиковый корпус HALO из полиэфиримида (polyetherimide, PEI) одобрен для контакта с пищевыми продуктами и невосприимчив ко всему, что рифер может использовать (разве что вы совсем «без тормозов» и дозируете в свою систему ароматические углеводороды и/или частично галогенизированные растворители).

Диапазон: 0 до 14 единиц

Разрешение: настраивается пользователем: 0.1, 0.01 или.001 ед.

Точность: ±0.005 ед.

Точки калибровки: семь; pH 1.68, 4.01, 6.86, 7.01, 91.8, 10.01 и 12.45.

Автоматическая компенсация температуры: Да

Сменный зонд: Отсутствует

Диаметр электрода: 12 мм (~1/2")

Регистрация данных: Да

Аккумулятор: литиевая батарея, 500 ч.

Рисунок 10. В режиме регистрации данных, показатели pH, полученные при помощи HALO электрода, можно просмотреть в виде таблицы или…

Рисунок 11. …в виде графика. Возможны примечания, а данные можно передавать в таблицы Excel.

Здесь можно проверить, совместим ли ваш телефон или планшет с технологией HALO: http://hannainst.com/halo
Более подробную информацию о продукции Hanna Instruments можно найти здесь: http://hannainst.com
На все датчики и электроды Hanna действует 6-месячная гарантия.

Прочие соображения

Сейчас я вкратце расскажу о других аспектах, которые необходимо принимать во внимание при покупке рН-метра или электрода.

Коннекторы (переходники)
Устройства для измерения pH с раздельными электродами необходимо подсоединять к прибору при помощи коннектора (за исключением случаев, когда речь идет об устройствах с беспроводным соединением, как Hanna HALO.) И хотя аспект кажется незначительным, у него могут быть продолжительные и, возможно, дорогостоящие последствия. Некоторые производители используют специализированные коннекторы, чтобы обеспечить продолжительное использование и покупку производимых ими электродов. Наиболее распространенный - Bayonet Neill-Concelman (BNC) быстросъемный разъем. Реже встречается US коннектор. В некоторых устройствах европейского производства используется S7 коннектор.

Соединения
Соединение в pH-электроде – это точка пересечения (встречи) двух миров – внутреннего раствора датчика и тестируемого образца. Существуют специализированные термины, используемые для описания соединений, их строения и геометрии. Как уже говорилось, соединения позволяют контрольному раствору электрода попадать в тестируемый раствор. В этой связи, они подвергаются загрязнению, забиваются, особенно в случае маслянистых образцов, или же образцов с высоким содержанием белка или суспензий (растворов с взвесью). В некоторых электродах используется тканевое соединение. В более дорогих электродах используются пористые керамические материалы. Некоторые соединения производятся из пластика PTFE (политетрафторэтилена) и предназначены для использования в суровых условиях, включая среду с высоким содержанием углеводорода. PTFE соединения иногда довольно большие и напоминают кольцо вокруг стеклянной колбы (керамические соединения, как правило, маленькие, всего лишь около 1 миллиметра в диаметре). Любые соединения могут загрязняться.

К счастью, для рифовых аквариумистов вполне подойдут универсальные рН-датчики с тканевыми или керамическими соединениями.

Очистка pH-электродов
Всегда стоит помнить, что электроды – это приборы для научных исследований, и за ними требуется соответствующий уход. И хотя пластиковый корпус довольно прочный, стеклянная колба очень хрупкая – неаккуратное обращение может привести к тому, что она разобьется. Электроды, которые используются лишь время от времени, не требуют частой очистки; однако, если ваш электрод постоянно погружен в «органический суп» (как в некоторых аквариумах), аквариумистам рекомендуется проводить регулярную очистку электрода. Бывает так, что зонд покрывается биологическими обрастаниями и белком. Корма (и катастрофические поломки погружных помп) добавляют жиры в воду аквариума, что также способствует загрязнению электрода. К счастью, очищающие растворы помогают поддерживать функциональность электрода. Следуйте инструкции производителя. Нельзя тереть электрод – всегда насухо промокайте его, чтобы не допустить статического разряда.

Заполняемые и незаполняемые гелевые электроды
Некоторые электроды можно повторно заполнять специально для них разработанными растворами, тогда как другие электроды заполнены гелем. В целом, гелевые датчики медленнее реагируют на изменение уровня pH. Большинство датчиков, предназначенных для использования в аквариумах, заполнено гелем.

Калибровка
Правильная калибровка pH-электрода является необходимым условием для получения точных результатов. Процесс упрощается, если прибор предлагает автоматическую компенсацию температуры (ATC.) На Рисунках 12-14 представлены примеры воздействия температуры на калибровочный стандарт (эталон).

Рисунок 12. Влияние температуры на 4.01 буфер из гидрофталата калия.

Рисунок 13. Влияние температуры на pH буфера из дигидрофосфата калия/вторичного кислого фосфата натрия (6.865). К счастью, калибровка, произведенная при комнатной температуре, довольно точная, если используется прибор без ATC.

Рисунок 14. На pH данного буфера (бикарбонат натрия/карбонат натрия) может влиять температура (еще один случай для использования устройства с ATC.) Углекислый газ из атмосферы со временем воздействует на раствор.

Правильная калибровка pH-электрода требует немного терпения и внимания к мелочам. Новые датчики должны быть соответствующим образом гидратированы (см. инструкцию к своему прибору). Несмотря на тот факт, что возможна калибровка с единой точкой, желательно осуществлять калибровку с 2 точками (в диапазон между которыми должен попадать ожидаемый уровень рН). Для рифовых аквариумов используйте буферы 7.01 и 9 или 10. Принимайте во внимание, что некоторые приборы способны автоматически распознавать буферы и, соответственно, требуют использования специальных растворов. Перед калибровкой проверьте электрод на наличие каких-либо повреждений (особенно это касается стеклянной колбы). На стеклянной колбе не должно быть никакого биологического обрастания. Если таковое имеется, используйте очищающий раствор, рекомендованный производителем. При правильной очистке будут удалены биологические обрастания, жиры, белковые загрязнения и т.п. Электрод, если он наполняемый, должен быть заполнен раствором, рекомендованным производителем. Когда электрод чистый и в хорошем состоянии, поместите его в первый калибровочный раствор. Убедитесь, что стеклянная колба электрода и соединение полностью погружены в калибровочный раствор (я использую 30-миллиметровый лабораторный стакан, где 7 миллиметров буфера вполне достаточно для калибровки). Энергично перемешайте раствор электродом (если отсутствует магнитная мешалка) и подождите, пока не выровняется температура электрода и раствора. Введите показатель в память прибора (как правило, необходимо нажать кнопку, когда устройство находится в режиме калибровки). Промойте электрод дистиллированной водой и промокните насухо салфеткой (желательно использовать лабораторные салфетки, такие как Kimwipes). НИКОГДА не вытирайте электроды бумагой – можно создать статическое напряжение, способное повлиять на калибровку и, соответственно, показания. В случае с единой точкой калибровки процесс закончен. В случае с 2 или 3 точками калибровки процедуру необходимо повторить. При измерении pH образца воды, вручную или при помощи мешалки перемешайте раствор, и предоставьте время для компенсации температуры. В лабораторной практике рекомендуется регистрировать показатели pH и температуры.

Старение калибровочных буферов
Как и в случае с большинством химических реагентов, pH буферы со временем портятся. Некоторые буферы производятся устойчивыми к изменениям и обладают длительным сроком годности (несколько лет). Выбирайте буферы, у которых срок годности указан на упаковке. Срок годности карбонатных буферов, как правило, меньше, чем у щелочных или кислотных, что связано с воздействием содержащегося в воздухе углекислого газа. Буферы, которые контактировали с электродом в процессе калибровки, необходимо выкидывать. Если заметили, что буфер покрывается плесенью (обычно это касается буферов в пределах около 4), - выкидывайте. Не используйте буферы для коррекции pH вашего аквариума.

Хранение pH-электродов
Хранить pH датчики следует правильно. Самое главное – стеклянная колба должна оставаться гидратированной. Во-вторых, исходный раствор не должен допускать осмос между самим раствором и внутренним раствором/гелем электрода. Кроме того, он должен содержать антимикробный компонент, предупреждающий появление плесени и обрастаний.
Необходимые буферы калибровки pH, исходные растворы и аксессуары можно посмотреть здесь: http://hannainst.com/ph-solutions

Hanna Instruments pH блоги и ресурсы

1.
2. pH electrode Guides and Checklists
3. Top 10 Mistakes in pH Measurements
4.

Статьи данного раздела можно загрузить в формате Ворда (текст и рисунки) и в формате Эксель (текст, рисунки, работающие фрагменты расчетов)

Однако если вам все же не нравится пользоваться картинками, рассмотренными на предыдущем уроке, то можно предложить коротенькие программы, работающие в диапазоне NaCl=0--500 мкг/кг и t=10--50 оС с погрешностью экстраполяции до 2 мкг/кг в пересчете на натрий, что гораздо меньше погрешности самого замера. Эти программы вы обнаружите в файле Фрагмент.xls, они имеют следующий табличный вид:

NaCl при контакте с воздухом:

Если в воздухе помещения содержание углекислого газа больше, чем принято в расчете, то концентрация NaCl, рассчитанная по этим фрагментам, будет завышенной.

Теперь о качестве наших данных. Всегда сохраняйте исходную информацию. Если вы записали показания прибора - электропроводность или рН, - то запишите и температуру измеряемого раствора. Для рН укажите был ли при замере включен термокомпенсатор и вообще посмотрите по инструкции к прибору, что он делает при отклонении температуры пробы от стандартной температуры. Когда вы определяете в пробе рН, электропроводность или гидратную щелочность, особенно в пробе с большим исходным содержанием углекислоты, то имейте ввиду, что ваша проба уже не та, что была в момент ее отбора. Неведомое количество углекислоты уже успело перейти из пробы в воздух или наоборот.

Из Винницы как-то позвонили и спросили, как нужно откорректировать рН по температуре. Как раз этого может быть и не следует делать на объекте. Во всяком случае записывайте исходные рН и температуру пробы, а колонку для скорректированного значения рН предусмотрите отдельно.

Теперь о том, как скорректировать рН. Боюсь, что в общем виде на этот "простой" вопрос вам не ответит и сотня мудрецов. Вот так, например, выглядит зависимость рН от температуры для абсолютно чистой воды.

То же, но при контакте с воздухом:

А вот поправка рН на температуру для этих двух графиков оказалась одинаковой:

Переход от измеренного pHt к рН при t=25 оС для этих графиков можно сделать по формуле:

Более строгим подходом было бы взять не 1 и 3 мг/л свободной углекислоты, а 1 и 3 мг/л общей (недиссоциированной и диссоциированной) углекислоты. Этот фрагмент, при желании, вы найдете на Лист4, но результаты по этому фрагменту не будут существенно отличаться от приведенных на этом Листе.

Имейте ввиду, что фрагменты для углекислоты приведены применительно к водам, где кроме углекислоты нет щелочей или кислот и, в частности, нет аммиака. Подобное случается только на некоторых ТЭС с котлами среднего давления.

Водородный показатель , pH (лат. p ondus Hydrogenii — «вес водорода», произносится «пэ аш» ) — мера активности (в сильно разбавленных растворах эквивалентна концентрации) ионов водорода в растворе, которая количественно выражает его кислотность. Равен по модулю и противоположен по знаку десятичному логарифму активности водородных ионов, которая выражена в молях на один литр:

История водородного показателя pH .

Понятие водородного показателя введено датским химиком Сёренсеном в 1909 году. Показатель называется pH (по первым буквам латинских слов potentia hydrogeni — сила водорода, либо pondus hydrogeni — вес водорода). В химии сочетанием pX обычно обозначают величину, которая равна lg X , а буквой H в этом случае обозначают концентрацию ионов водорода (H + ), либо, вернее, термодинамическую активность гидроксоний-ионов.

Уравнения, связывающие pH и pOH .

Вывод значения pH .

В чистой воде при 25 °C концентрации ионов водорода ([H + ]) и гидроксид-ионов ([OH − ]) оказываются одинаковыми и равняются 10 −7 моль/л, это четко следует из определения ионного произведения воды, равное [H + ] · [OH − ] и равно 10 −14 моль²/л² (при 25 °C).

Если концентрации двух видов ионов в растворе окажутся одинаковыми, в таком случае говорится, что у раствора нейтральная реакция. При добавлении кислоты к воде, концентрация ионов водорода возрастает, а концентрация гидроксид-ионов понижается, при добавлении основания — напротив, увеличивается содержание гидроксид-ионов, а концентрация ионов водорода уменьшается. Когда [H + ] > [OH − ] говорится, что раствор оказывается кислым, а при [OH − ] > [H + ] — щелочным.

Чтоб было удобнее представлять, для избавления от отрицательного показателя степени, вместо концентраций ионов водорода используют их десятичный логарифм, который берется с противоположным знаком, являющийся водородным показателем — pH .

Показатель основности раствора pOH .

Немного меньшую популяризацию имеет обратная pH величина — показатель основности раствора , pOH , которая равняется десятичному логарифму (отрицательному) концентрации в растворе ионов OH − :

как во всяком водном растворе при 25 °C , значит, при этой температуре:

Значения pH в растворах различной кислотности.

• Вразрез с распространённым мнением, pH может изменяться кроме интервала 0 - 14, также может и выходить за эти пределы. Например, при концентрации ионов водорода [H + ] = 10 −15 моль/л, pH = 15, при концентрации ионов гидроксида 10 моль /л pOH = −1 .

Т.к. при 25 °C (стандартных условиях) [H + ] [OH − ] = 10 −14 , то ясно, что при такой температуре pH + pOH = 14 .

Т.к. в кислых растворах [H + ] > 10 −7 , значит, у кислых растворов pH < 7, соответственно, у щелочных растворов pH > 7 , pH нейтральных растворов равняется 7. При более высоких температурах константа электролитической диссоциации воды увеличивается, значит, увеличивается ионное произведение воды, тогда нейтральной будет pH = 7 (что соответствует одновременно возросшим концентрациям как H + , так и OH −); с понижением температуры, наоборот, нейтральная pH увеличивается.

Методы определения значения pH .

Существует несколько методов определения значения pH растворов. Водородный показатель приблизительно оценивают при помощи индикаторов, точно измерять при помощи pH -метра либо определять аналитическим путём, проводя кислотно-основное титрование.

1. Для грубой оценки концентрации водородных ионов часто используют кислотно-основные индикаторы — органические вещества-красители, цвет которых зависит от pH среды. Самые популярные индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый (метилоранж) и др. Индикаторы могут быть в 2х по-разному окрашенных формах — или в кислотной, или в основной. Изменение цвета всех индикаторов происходит в своём интервале кислотности, зачастую составляющем 1-2 единицы.
2. Для увеличения рабочего интервала измерения pH применяют универсальный индикатор , который является смесью из нескольких индикаторов. Универсальный индикатор последовательно изменяет цвет с красного через жёлтый, зелёный, синий до фиолетового при переходе из кислой области в щелочную. Определения pH индикаторным способом затруднено для мутных либо окрашенных растворов.
3. Применение специального прибора — pH -метра — дает возможность измерять pH в более широком диапазоне и более точно (до 0,01 единицы pH ), чем при помощи индикаторов. Ионометрический метод определения pH основывается на измерении милливольтметром-ионометром ЭДС гальванической цепи, которая включает стеклянный электрод, потенциал которого зависим от концентрации ионов H + в окружающем растворе. Способ обладает высокой точностью и удобством, особенно после калибровки индикаторного электрода в избранном диапазоне рН , что дает измерять pH непрозрачных и цветных растворов и поэтому часто применяется.
4. Аналитический объёмный метод — кислотно-основное титрование — тоже даёт точные результаты определения кислотности растворов. Раствор известной концентрации (титрант) каплями добавляют к раствору, который исследуется. При их смешивании происходит химическая реакция. Точка эквивалентности — момент, когда титранта точно хватает, для полного завершения реакции, — фиксируется при помощи индикатора. После этого, если известна концентрация и объём добавленного раствора титранта, определяется кислотность раствора.
5. pH :

0,001 моль/Л HCl при 20 °C имеет pH=3 , при 30 °C pH=3,

0,001 моль/Л NaOH при 20 °C имеет pH=11,73 , при 30 °C pH=10,83,

Влияние температуры на значения pH объясняют разчной диссоциацией ионов водорода (H +) и не есть ошибкой эксперимента. Температурный эффект нельзя компенсировать за счет электроники pH -метра.

Роль pH в химии и биологии.

Кислотность среды имеет важное значение для большинства химических процессов, и возможность протекания либо результат той или иной реакции зачастую зависит от pH среды. Для поддержания определённого значения pH в реакционной системе при проведении лабораторных исследований либо на производстве применяют буферные растворы, позволяющие сохранять почти постоянное значение pH при разбавлении либо при добавлении в раствор маленьких количеств кислоты либо щёлочи.

Водородный показатель pH часто применяют для характеристики кислотно-основных свойств разных биологических сред.

Для биохимических реакций сильное значение имеет кислотность реакционной среды, протекающих в живых системах. Концентрация в растворе ионов водорода зачастую оказывает влияние на физико-химические свойства и биологическую активность белков и нуклеиновых кислот, поэтому для нормального функционирования организма поддержание кислотно-основного гомеостаза является задачей исключительной важности. Динамическое поддержание оптимального pH биологических жидкостей достигается под действием буферных систем организма.

В человеческом организме в разных органах водородный показатель оказывается разным.

Некоторые значения pH.
Вещество
Электролит в свинцовых аккумуляторах
Желудочный сок
Лимонный сок (5% р-р лимонной кислоты)
Пищевой уксус
Кока-кола
Яблочный сок
Кожа здорового человека
Кислотный дождь
Питьевая вода
Чистая вода при 25 °C
Морская вода
Мыло (жировое) для рук
Нашатырный спирт
Отбеливатель (хлорная известь)
Концентрированные растворы щелочей