Μέχρι τώρα, οι μέθοδοι που έχουμε συζητήσει για τη μέτρηση του διαλυμένου υδρογόνου επικεντρώνονταν μόνο σε μετρήσεις χρησιμοποιώντας διάφορους τύπους ηλεκτρικών συσκευών. Ωστόσο, θα πρέπει να διερευνήσουμε μια άλλη απλή και αποδεδειγμένη μέθοδο μέτρησης του διαλυμένου αερίου υδρογόνου χρησιμοποιώντας ένα αντιδραστήριο τιτλοδότησης οξειδοαναγωγής.
Τι είναι η τιτλοδότηση;
Όταν οι χημικοί έρχονται αντιμέτωποι με ένα διάλυμα που περιέχει μια άγνωστη ποσότητα μιας διαλυμένης ένωσης ή αερίου, συχνά εκτελείται μια τιτλοδότηση για να προσδιοριστεί το επίπεδο της άγνωστης συγκέντρωσης.
Η τιτλοδότηση χρησιμοποιείται συνήθως για τη μέτρηση ιδιοτήτων όπως το pH, το χλώριο ή το διαλυμένο οξυγόνο στο νερό.
Μια τιτλοδότηση περιλαμβάνει την αργή προσθήκη μικρών, ακριβών ποσοτήτων (σταγόνων) ενός διαλύματος γνωστής συγκέντρωσης (τιτλοδότησης) σε μια ακριβή ποσότητα δείγματος δοκιμής (περίπου 6 mL) που περιέχει μια άγνωστη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας μέχρι μια ένδειξη (όπως αλλαγή χρώματος ) υπάρχει.ότι η ογκομέτρηση έχει ολοκληρωθεί.
Αυτό ονομάζεται «τελικό σημείο τιτλοδότησης» και με βάση την ποσότητα του τιτλοδοτητή που προστίθεται για να φτάσει στο τελικό σημείο, μπορεί να προσδιοριστεί η άγνωστη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα.
Σχετικά με το αντιδραστήριο οξειδοαναγωγής, το οποίο χρησιμοποιείται συνήθως για την ανίχνευση διαλυμένου υδρογόνου
Όταν επιλέγετε το αντιδραστήριο οξειδοαναγωγής ως δείκτη για χρήση με μια συγκεκριμένη διαλυμένη ουσία, πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα ώστε να διασφαλιστεί ότι θα αντιδράσει με την εν λόγω διαλυμένη ουσία.
Γιατί στην περίπτωσή μας, αφού θέλουμε να μετρήσουμε το διαλυμένο αέριο υδρογόνο, χρειάζεται μια ένωση που ξέρουμε ότι θα αντιδράσει στις αναμενόμενες συνθήκες θερμοκρασίας, pH κ.λπ. και θα μας δώσει ορατά σημάδια τόσο της παρουσίας του Η2 όσο και της επίτευξης θα παρέχει το τελικό σημείο τιτλοδότησης.
Μια καλή επιλογή για τη μέτρηση του διαλυμένου υδρογόνου είναι το μπλε του μεθυλενίου (MB), μια σκούρα πράσινη σκόνη που, όπως η αιθανόλη, γίνεται βαθύ μπλε όταν διαλύεται σε διαλύτη.
Το MB χρησιμοποιείται στην ιατρική ως βιολογική βαφή ιστών και παράγοντας για τη θεραπεία διαφόρων ασθενειών.
Ως οξειδωτικός παράγοντας, το ΜΒ διαλυμένο σε διαλύτη φορέα (παρουσία καταλύτη πλατίνας) είναι γνωστό ότι αντιδρά με μοριακό υδρογόνο.
Το τελικό προϊόν της αντίδρασης είναι η διαυγής μορφή του MB, δηλαδή το μπλε του λευκομεθυλενίου (LeukoMB), ως εξής:
Όπως δείχνει η εξίσωση 8, το μπλε του μεθυλενίου (MB) είναι ένα μπλε υγρό στην αρχική του κατάσταση και αντιδρά με το Η2 για να σχηματίσει το μπλε του λευκομεθυλενίου (LeukoMB), την ανηγμένη μορφή του MB. Επειδή αυτή η μορφή MB είναι «διαυγής» όταν διαλύεται στο νερό, πληροί την απαίτηση ότι ο τιτλοδοτητής παρέχει μια «ορατή ένδειξη» της παρουσίας της διαλυμένης μας ουσίας Η2.
Τα δύο δομικά διαγράμματα στο Σχήμα 15 δείχνουν τόσο την οξειδωμένη όσο και την ανηγμένη μορφή του μορίου MB:
Όπως μπορείτε να δείτε, η μόνη διαφορά μεταξύ των δύο μορίων είναι η προσθήκη των δύο ατόμων υδρογόνου (με κόκκινο) στο κάτω διάγραμμα, τα οποία συνδέονται με το μόριο MB κατά τη διάρκεια της αντίδρασης.
Αυτά τα άτομα προέρχονται από το μόριο υδρογόνου, το οποίο αρχικά αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου (Η2) συνδεδεμένα μεταξύ τους.
Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, το Η2 διασπάται (υπό την επίδραση του καταλύτη πλατίνας) σε δύο άτομα υδρογόνου (Η), τα οποία στη συνέχεια προσκολλώνται στο μόριο MB σε δύο διαφορετικά σημεία.
Επομένως, όταν το αντιδραστήριο μπλε του μεθυλενίου προστίθεται στο δείγμα που περιέχει διαλυμένο αέριο Η2, τα μόρια Η2 «καταναλώνονται» όταν αντιδρούν με MB. Καθώς προστίθενται περισσότερες σταγόνες, όλο το H2 στο δείγμα θα εξαντληθεί τελικά. Σε αυτό το σημείο, κάθε σταγόνα τιτλοδότησης που προστίθεται θα παραμείνει χρωματισμένη με μπλε, υποδεικνύοντας ότι έχει επιτευχθεί το τελικό σημείο τιτλοδότησης. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι υπάρχει αντιστοιχία ένα προς ένα στην αντίδραση μεταξύ των μορίων Η2 και ΜΒ και κάθε μόριο ΜΒ καταναλώνει ένα μόριο Η2 (δύο άτομα υδρογόνου).
Επομένως, γνωρίζοντας τα μοριακά βάρη κάθε μορίου, γίνεται εύκολος ο σχεδιασμός ενός αντιδραστηρίου που καταναλώνει μια γνωστή ποσότητα διαλυμένου Η2 ανά σταγόνα (1 σταγόνα αντιστοιχεί τυπικά σε 0,1 mg/L διαλυμένου Η2).
Αυτό μας επιτρέπει να προσθέσουμε τον συνολικό αριθμό των σταγόνων που απαιτούνται για να καταναλωθεί όλο το Η2 στο δείγμα δοκιμής (τελικό σημείο τιτλοδότησης) για να προσδιορίσουμε τη συγκέντρωση του διαλυμένου Η2. Όπως συμβαίνει με πολλές άλλες αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, η αντίδραση μεταξύ Η2 και ΜΒ έχει χαμηλή ευαισθησία στο pH στα άκρα της κλίμακας pH (το συνιστώμενο εύρος δειγμάτων δοκιμής είναι 4 έως 10 pH). Ωστόσο, επειδή αυτή η μέθοδος δεν βασίζεται στη μέτρηση του δυναμικού οξειδοαναγωγής, όπως συμβαίνει με μια συσκευή που βασίζεται σε ORP, η ευαίσθητη στο pH απόκριση του αντιδραστηρίου είναι οριακή εντός του πιθανού εύρους pH των περισσότερων, αν όχι όλων, του πόσιμου νερού υδρογόνου. Ένας δημοφιλής τιτλοδοτητής μπλε του μεθυλενίου όπως το H2 blue® προσφέρει στους χρήστες μια απλή, αξιόπιστη και οικονομικά αποδοτική μέθοδο για τον ακριβή προσδιορισμό του διαλυμένου αερίου υδρογόνου.
Απόσπασμα από το βιβλίο του Randy Sharpe: «Η σχέση μεταξύ διαλυμένου Η2, pH και οξειδοαναγωγικού δυναμικού»
