КОНДУКТОМЕТРИЯ
Описание
Кондуктометрия (англ. conductivity электропроводность + греч, metreo мерить, измерять) — электрохимический метод анализа, основанный на измерении электропроводности каких-либо жидких сред (в т. ч. биологических). Электропроводность жидких сред является одной из характеристик их физического состояния и химических свойств. Регистрацию электропроводности можно производить в автоматическом режиме с высокой точностью (погрешности измерения не превышают сотых долей процента). Все это позволяет использовать Кондуктометрию при качественном и количественном анализе различных химических веществ, при гематологических исследованиях, при изучении водно-солевого обмена, кислотно-щелочного баланса в организме и т. д. (см. Электропроводность биологических систем).
При фиксированной концентрации и температуре электропроводность (L) слоя жидкости, расположенного между двумя электродами, прямо пропорциональна площади поверхности электродов (S) и обратно пропорциональна расстоянию (d) между ними: L = k (S/d). Коэффициент пропорциональности k называется удельной электропроводностью: k = L, если S = 1 и d = 1. В системе СИ электропроводность выражается в обратных омах (мо) или сименсах (См), за единицу удельной электропроводности принят 1 Ом-1-м-1. Часто используют понятия молярной (μ), эквивалентной (λ) и ионной (λ-λ+) электропроводности, которые представляют собой электропроводность р-ров, содержащих соответственно 1 г-моль, 1 г-экв вещества и 1 г-ион ионов: λ = kVN, где VN — объем р-ра, в к-ром содержится 1 г-экв электролита; VN = 1/С, где СN — нормальная концентрация.
Впервые (1879) измерение электропроводности ряда р-ров осуществил Кольрауш (F. Kohlrausch), предложивший использовать с этой целью мостик Уитстона с питанием от переменного тока и электролитическую ячейку с плоскопараллельными электродами. Однако широкое применение кондуктометрических методов началось лишь в 20 в. в связи с общим прогрессом в области электроники, автоматики, электрохимии и т. д. Современная промышленность выпускает много типов кондуктометрических приборов различного назначения. Эти приборы в зависимости от принципа, заложенного в основу действия их датчиков, можно объединить в две группы: приборы с контактными и бесконтактными кондуктометрическими преобразователями.
Кондуктометрические контактные преобразователи (R-ячейки, контактные датчики и т. д.), отличаясь по конструктивным особенностям, имеют один общий основной элемент — электроды, погружаемые в исследуемую жидкость, через которые в рабочем режиме пропускают электрический ток. При этом регистрируются процессы, протекающие на границе электрод — жидкость. Источником рабочего напряжения служит электрический генератор низкой частоты (до 1000 гц). Достоинством этих методов является возможность измерения с высокой точностью и возможность получения непосредственного отсчета измеряемой величины при соответствующей калибровке прибора. Недостаток — наличие поляризационных явлений, которые особенно проявляются в концентрированных р-рах.
Кондуктометрические бесконтактные преобразователи регистрируют не процессы на границах раздела электрод — жидкость, а электрохим. свойства всей системы в целом, заключенной между электродами. Применяются токи низкой (до 20 кгц), высокой (до 100 Мгц) и сверхвысокой (>100 Мгц) частот. Поэтому высокочастотные методы применяются как косвенные, напр., для кондуктометрического титрования. Достоинством таких методов является возможность измерения электропроводности концентрированных, агрессивных и летучих жидкостей, а также отсутствие взаимодействия электродов с исследуемым веществом. При высокочастотном титровании используют два типа ячеек (емкостные и индуктивные). В емкостных ячейках исследуемый р-р связан с цепью сравнения прибора электрическим полем. Емкостные ячейки применяются для исследования электролитов с концентрацией до 0,4 М. При более высоких концентрациях применяют индуктивные ячейки, связующим звеном в которых является магнитное поле. Различают методы прямой К. и кондуктометрическое титрование. При прямой К. концентрацию каких-либо веществ в р-ре определяют по величине электропроводности. Непосредственные расчеты концентрации электролита проводят с помощью калибровочной кривой, построенной для каждого из определяемых веществ (рис. 1). При кондуктометрическом титровании (см. Титриметрический анализ) количество вещества (титранта), добавляемого к исследуемой жидкости, определяют по излому кривой изменения электропроводности в процессе титрования (рис. 2). Ошибка измерения при кондуктометрическом титровании не превышает обычно 0,02%. Разновидностью кондуктометрического титрования является хронокондуктометрическое титрование, при к-ром количественное определение веществ производят по времени, затрачиваемому при определенных условиях на титрование.
С помощью различных методов К. определяют содержание солей в минеральных водах, контролируют процессы очистки и качества воды, определяют вредные примеси в молоке, винах, фруктовых соках и т. д. С помощью кондуктометрического титрования производят анализ алкалоидов, барбитуратов и других лекарственных веществ в химико-фармацевтической промышленности, наблюдают за ходом ферментативных реакций и определяют на основе этого концентрацию различных соединений и элементарных ионов, являющихся субстратами или кофакторами ферментов. С помощью прямой К. проводят исследования биол, жидкостей для определения нарушений водно-солевого обмена (см.) в организме, контролируют ход процессов диализа, высаливания белков, адсорбции различных ионов на твердых осадителях (сорбентах) и т. д. К. положена в основу проведения специальных тестов (напр., C=N-гидролазный тест на беременность, тест «индекса деструкции» при дифференциальной диагностике некоторых заболеваний, гепариновый тест на ревматизм и т. д.). Методами К. можно изучать механизм свертывания крови, гемагглютинации и других процессов, протекающих в тканях, сосудах и различных органах.
Библиография: Андреев В. С. Кондуктометрические методы и приборы в биологии и медицине, М., 1973, библиогр.; Жуков Ю. П. и Кулаков М. В. Высокочастотная безэлектродная кондуктометрия, М., 1968; Лопатин Б. А. Кондуктометрия, Новосибирск, 1964; Худякова Т. А. и Крешков А. П. Теория и практика кондуктометрического и хронокондуктометрического анализа, М., 1976, библиогр.; Purdy W. С. Electro-analytical methods in biochemistry, N. Y., 1965.
B. А. Пеккель.