Электроды с жесткой матрицей (стеклянные электроды)

Первым ионселективным электродом был стеклянный электрод для измерения рН наиболее широко применяемый и до настоящего времени (рис. 6). В зависимости от целевого назначения электрод может иметь разную форму и размер (от крошечных стерженьков для введения в полость зуба или даже в отдельную клетку до шарика диаметром 10-15 мм для лабораторных аналитических работ). В любом случае главной частью электрода является тонкая рН-чувствительная мембрана. Обычно ее изготавливают из стекла, содержащего 22 % оксида натрия, 6 % оксида кальция и 72 % диоксида кремния. Внутренним раствором служит 0,1 М раствор соляной кислоты, насыщенный хлоридом серебра, в который погружен электрод сравнения, соединенный экранированным кабелем с рН-метром. В качестве электрода сравнения применяется хлоридсеребряный электрод.

Рис. 6. Стеклянный электрод для измерения рН:

1 – стеклянная мембрана, 2 – внутренний раствор, 3 – хлоридсеребряный электрод сравнения,

4 – стеклянная трубка, не обладающая ионселективными свойствами

Чувствительностью к ионам водорода обладает только хорошо вымоченная мембрана. При длительном выдерживании в воде на обеих сторонах мембраны образуется тонкий (~ 10^-4 мм) слой гидратированного геля и все пустоты в трехмерной сетке из атомов кремния и кислорода, составляющей структуру стекла, на поверхности занимают ионы водорода, вытесняя находившиеся там ионы натрия. При движении внутрь мембраны уменьшается число пустот, занятых протонами, и увеличивается число пустот, занятых ионами натрия. Специальными измерениями с изотопами доказано, что ионы водорода через слой сухого стекла (~ 10^-1 мм) не проходят. Внутри этого слоя ток переносится ионами натрия, способными перемещаться внутри пустот на расстояние, равное нескольким радиусам, и передавать энергию соседним атомам натрия. Обычно стеклянный электрод вымачивают в 0,1 М растворе соляной кислоты в течение нескольких суток, этого времени достаточно для установления в системе равновесия.

Схематически стеклянный электрод можно представить следующим образом (ионы водорода, адсорбированные на обеих сторонах поверхности мембраны, на схеме не указаны):

Внешний раствор