 | | 1. Mikroelektrody antymonowe do pomiaru pH przy powierzchni metali,
opracowane w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w
Warszawie, pomogą w lepszym zrozumieniu natury procesów
elektrochemicznych i korozyjnych. Na zdjęciu dr hab. inż. Iwona
Flis-Kabulska. (Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski) |
Od kilkudziesięciu lat w laboratoriach do pomiaru
kwasowości/zasadowości - czyli współczynnika pH - stosuje się elektrody
z antymonu. Niestety, pozwalają one mierzyć zmiany pH roztworów tylko w
pewnym oddaleniu od elektrod czy korodujących metali. W Instytucie
Chemii Fizycznej PAN opracowano metodę wytwarzania mikroelektrod
antymonowych, umożliwiających pomiary zmian pH tuż nad powierzchnią
metalu, na której zachodzą reakcje.
Zmiany kwasowości/zasadowości roztworu niosą ważne informacje o naturze
reakcji chemicznych zachodzących przy powierzchniach metali. Dane te są
szczególnie istotne dla lepszego poznania procesów elektrochemicznych i
korozyjnych. Niestety, metody pomiarowe, stosowane dotychczas w
pracowniach i laboratoriach, nie pozwalały obserwować tych zmian z
dostateczną precyzją.
O zasadowości bądź kwasowości informuje znany i powszechnie stosowany
współczynnik pH. Dla czystej (a więc: obojętnej) wody wynosi on 7, dla
kwasu solnego - 0, a dla wodorotlenku sodu (jednej z najsilniejszych
zasad) - 14.
"Do tej pory nie byliśmy w stanie mierzyć zmian pH tam, gdzie dzieją
się rzeczy najciekawsze: przy samej powierzchni metalu. Pomiary trzeba
było prowadzić w pewnej odległości, jak mówimy: w objętości elektrolitu.
Jest oczywiste, że w tej sytuacji zebrane dane nie zawsze dokładnie i
nie zawsze natychmiast odwzorowywały to, co naprawdę się działo przy
powierzchni metalu", mówi dr hab. inż. Iwona Flis-Kabulska z Instytutu
Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie.
Chcąc lepiej zrozumieć mechanizmy rządzące elektrochemią i korozją
powierzchni metalowych, naukowcy z IChF PAN opracowali nowe narzędzie
pomiarowe. Zgłoszony do opatentowania przyrząd to mikroelektroda
antymonowa o konstrukcji umożliwiającej prowadzenie łatwych i
powtarzalnych pomiarów tuż nad powierzchnią metali - w odległości
zaledwie jednej dziesiątej milimetra.
Nowa mikroelektroda jest wykonywana z kapilary szklanej, wypełnianej
płynnym antymonem. Rozciągnięta w celu zmniejszenia przekroju i płasko
przycięta, mikroelektroda umożliwia prowadzenie pomiarów przy
powierzchniach twardych, w środowisku ciekłym. Nadaje się więc do
śledzenia reakcji elektrochemicznych i procesów korozyjnych, które
zachodzą w wyniku oddziaływania metalu z roztworem lub cienką warstwą
wody.
Dużą zaletą mikroelektrody opracowanej w IChF PAN jest łatwość
prowadzenia pomiarów. Konstrukcje dostępne wcześniej na rynku wymagały
m.in. stosowania mikromanipulatorów w celu precyzyjnego umieszczenia
elektrod przy powierzchni. "My wykorzystujemy zwykłą geometrię. Do
powierzchni badanego metalu po prostu dosuwamy, pod odpowiednim kątem,
płasko ściętą szklaną końcówkę mikroelektrody. Ponieważ znamy średnicę
końcówki i kąt jej dosunięcia, natychmiast wiemy, jak odchyla się ona od
powierzchni, a więc w jakiej odległości od metalu znajduje się
umieszczony w środku elektrody rdzeń z antymonu", mówi dr hab. inż.
Flis-Kabulska.
Podczas pomiaru płaska końcówka mikroelektrody jest nachylona do
powierzchni badanego metalu, co oznacza, że nie styka się z nią całą
powierzchnią. Fakt ten niesie dodatkowe korzyści. Protony, wytworzone
podczas reakcji na powierzchni, nie rozpraszają się szybko w roztworze.
Ich dyfuzja jest spowolniona, a to znacznie zwiększa czułość przyrządu i
dokładność wyników.
Mikroelektroda antymonowa z IChF PAN wykazuje się największą czułością
przy pomiarach zmian pH w zakresie od 3 do 10.
Potencjalne możliwości wykorzystania nowej mikroelektrody są szerokie.
Przyrząd został skonstruowany z myślą o badaniach laboratoryjnych.
Jednak z uwagi na niskie koszty wytwarzania, prostotę i powtarzalność
pomiarów oraz wysoką czułość na zmiany, mikroelektrodę można byłoby
stosować także w warunkach polowych, na przykład jako element czujników
monitorujących stan konstrukcji żelbetonowych.
Źródło: Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk | 
