Quantifying the Cross-Sensitivity of Glass pH Electrodes in Alkaline Solutions
Quantifying the Cross-Sensitivity of Glass pH Electrodes in Alkaline Solutions
复制标题
量化碱性溶液中玻璃 pH 电极的交叉敏感性
DOI：
10.1021/acs.jchemed.8b00812
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发表时间：
2019
影响因子：
3
通讯作者：
Goeltz, John C.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Boisen, Olivia;Corral, Alesha;Pope, Emily;Goeltz, John C.
标准玻璃pH电极是研究和教室中普遍使用的仪器，用于测量溶液中存在的氢离子。虽然许多化学家和教育工作者已经交流了支持教学对溶液pH值以及pH探针和染料功能的概念性理解的方法，但社区缺乏一种方法，使学生能够超越对pH探针对其他阳离子（如Li+和Na+）交叉敏感性的定性讨论。在这里，我们提出了一个负担得起的方法，让学生学习量化这种仪器的限制和交叉敏感性。可逆氢电极（RHE）通过电化学电位检测氢离子活性的变化，并作为本研究的基线，以标准化几种玻璃膜pH探针的阳离子灵敏度。增加盐的添加，例如，NaCl，在其相应的碱溶液中，例如，0.10 M NaOH，用于观察RHE（标称仅H+）和玻璃pH探针（H+其他阳离子）之间测量的pH值的变化。所产生的工作曲线被发现是特定于每个玻璃pH电极，阳离子身份，和溶液pH值。两者合计，本报告提供了一种方法，装备教师和研究导师教本科生与仪器相关的系统误差，特别是如何提高在盐水或碱性环境中的pH探针测量的准确性。
Standard glass pH electrodes are ubiquitous instruments used in research and in classrooms to measure the hydrogen ions present in a solution. While many chemists and educators have communicated ways to support teaching conceptual understanding of solution pH and the function of pH probes and dyes, the community lacks a methodology that enables students to move beyond a qualitative discussion of pH probe cross-sensitivity to other cations such as Li+and Na+. Here, we present an affordable method whereby students learn to quantify such instrumental limitations and cross-sensitivities. The reversible hydrogen electrode (RHE) detects changes in hydrogen ion activity via electrochemical potential and serves as the baseline in this study to standardize the cation sensitivity of several glass membrane pH probes. Increasing additions of a salt, e.g., NaCl, in their corresponding alkali solutions, e.g., 0.10 M NaOH, were used to observe the shift in measured pH between the RHE (nominally only H+) and glass pH probes (H+plus other cations). The generated working curves were found to be specific to each glass pH electrode, the cation identity, and the solution pH. Taken together, this report provides a methodology that equips instructors and research mentors to teach undergraduates about systematic error associated with instrumentation and specifically how to improve the accuracy of pH probe measurements in saline or alkaline environments.
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