Poatansiyometrik voltaj ölçümünde iki tip cihaz kullanılır,
potansiyometre ve elektronik voltmetre. Her iki cihaz da (iç dirençleri yeteri
kadar yüksek olmak koşuluyla), cam ve diğer membran elektrotlarla biraraya
getirilerek pH metre olarak, özel iyon elektrotları ile biraraya getirilerek de
"iyonmetre" olarak kullanılabilirler.
1.
Potansiyometreler
Potansiyometre potansiyel ölçümünde kullanılan klasik bir
cihazdır. Membran elektrotların bulunduğu ölçümlerde iyi sonuçlar vermez. Böyle
durumlarda düşük dirençli galvanometre, yüksek-giriş dirençli bir akım
dedektörü ile değiştirilir. Geçmişte bu amaçla vakum tüplü elektrometreler
kullanılmıştır. Alternatif olarak,
potansiyometrenin denge dışında kalan akımı yüksek-dirençli voltaj-izleyici bir
amplifiere beslenerek yükseltilir. Bu tip bir cihaz ±0.002 pH'a karşılık olan ±0.1 mV'a kadar
duyarlıdır.
Laboratuvarlarda potansiyometrik pH metreler yerine, çok
daha hızlı ve doğrudan-okumalı elektronik voltmetreler veya pH metreler
kullanılmaktadır.
2.
Doğrudan - Okumalı Cihazlar
Doğrudan-okumalı çok sayıda ticari pH metre vardır. Bunlar
çoğunlukla, gerekli yüksek iç direncin bir voltaj izleyicisi veya bir alan etki
tranzistörü ile sağlandığı kuru sistemlerdir. Şekil-16'da görüldüğü gibi devre
oldukca basittir. Burada iyon seçici elektrotun çıkışı, amplifierin ters
çevirici terminaline bağlanır. Böylece iç direnci yükselten bir alan etki
tranzistörü oluşur. Amplifier akımı, önceden pH ve milivolta göre kalibre
edilmiş bir ölçü aletine gider. Değişken
direnç RT sıcaklığa göre kalibre edilirse sıcaklık değişiklikleri için düzeltme
yapılabilir.
Ticari bir pH metrenin okunması digital olabilir veya 0-14
pH'ı kapsayacak şekilde 5-10 inc. skala üzerinde bir gösterge ile izlenebilir.
Son yapılan pH metrelerde skala genişletme olanağı da bulunmaktadır. Böylece
tüm skala 0.5-2 pH'a çevrilebilmekte ve pH okumadaki hassasiyet amplifier
gürültü seviyesine bağlı olarak ±0.001-0.005 birime kadar düşürülebilmektedir.
Genelde ise pH ±0.02-0.03
birim duyarlıkla okunabilir.
Şekil-16:
Doğrudan okumalı bir pH metrenin basitleştirilmiş devre diyagramı
Standart Weston Hücreleri: Elektrokimyasal çalışmalarda
potansiyellerin doğru olarak ölçülmesi, için, elektromotor kuvveti hassas
olarak bilinen bir hücre kullanılır. " Weston hücresi " bu amaçla
kullanılan ve çok iyi bilinen bir hücredir. Weston hücresi,
şeklinde gösterilir. Hücrede oluşan yarı- reaksiyonlar
aşağıda gösterilmiştir.
Şekil-17'de tipik bir Weston hücresi görülmektedir. Teorik
potansiyeli, 25 0C'de 1.0183 V'dur.
Bir Weston hücresinin elektromotor kuvveti çözeltideki
kadmiyum ve civa(1) iyonlarının aktivitelerine bağlıdır. Verilen herhangi bir
sıcaklıkta bu değerler sabittir; kadmiyum sülfat ve civa(1) sülfatın o
sıcaklıktaki çözünürlükleri ile sınırlandırılmıştır. Sonuç olarak Weston hücrelerinin
voltajı, büyük miktarlarda akım çekilmediği durumlarda uzun süre sabit kalır.
Kadmiyum(2) ve civa(1) tuzlarının sıcaklıkla
çözünürlüklerindeki değişiklik nedeniyle Weston hücresinin sıcaklık katsayısı -
0.04 mV/0C'dir. Sıcaklık katsayısı bu değerin dörtte biri kadar olan
bir hücre, katı CdSO4. 8/3 H2O içermeyen ve 4 0C'de
doygun olan bir kadmiyum sülfat çözeltisi kullanılarak elde edilebilir. Bu tip
ticari hücrelere " doymamış Weston hücreleri " denir; potansiyelleri
1.0185 ve 1.0195 V arasındadır.
