نگاه اجمالی
پتانسیل سنج ، وسیله‌ای الکتریکی است که از قطعه سیمی مقاوم (یا از ماده مقاوم الکتریکی) با مقاومت R تشکیل شده است و روی آن یک سر اتصال لغزنده قرار دارد. که با سیم اتصال الکتریکی برقرار می‌کند و معمولا در آزمایشگاه برای تنظیم و کنترل جریان از یک مقاومت متغیر استفاده میشود. پتانسیل منبع در سه محل اتصال الکتریکی دارد. عبارت است از نقطه A و B در دو سر سیم مقاوم و سر اتصال لغزنده T، پیچ تنظیم صدای رادیو یا وسایل صوتی دیگر ، پتانسیل سنجی ساده و ارزان قیمت است. اما پتانسیل سنج دقیق وسیله‌ای گرانقیمت است که برای اندازه‌گیری ولتاژ با دقت بسیار زیاد بکار برده میشود.
اساس کار پتانسیومتر
اگر اتصال بین نقطه A و T برقرار شود، این وسیله به یک مقاومت قابل تنظیم یا رئوستا تبدیل میشود. مقاومت بین نقطه‌های A و T و شکل R1 نشان داده می شود. با حرکت سر اتصال لغزنده T در طول سیم مقاوم ، از سر اتصال A تا سر اتصال B ، مقاومت R1 از صفر تا مقدار R تغییر می‌کند. نام پتانسیل سنج از آنجا گرفته شده است که این وسیله می‌تواند مقادیر مختلف اختلاف پتانسیل الکتریکی که یا ولتاژ ، میان سر اتصال T و یکی از دو سر سیم پتانسیل سنج (مثلا نقطه A) را بسنجد.
فرض کنید باتری با نیروی محرکه الکتریکی V به دو سر A و B ، وصل شده است. مقاومت بین A و T را R1 و مقاومت بین B و T را R2 می‌گیریم. به این ترتیب ، این دو مقاومت یک تقسیم کننده ولتاژ محسوب میشود. ولتاژ میان دو سر اتصال A و T را VTA کسری از ولتاژ میان A و B که VBA است. در این صورت مقاومت R1 + R2 ثابت و برابر با مقاومت پتانسیل سنج ، R است. هنگامی که لغزنده در طول سیم مقاوم حرکت می‌کند، مقاومت R1 از صفر تا R و ولتاژ VTA بیان نقطه‌های A و T از صفر تا VRA تغییر می‌کند. این کار ، روش ساده‌ای برای تولید ولتاژ متغیر با استفاده از ولتاژ ثابت است.
مثال کاربردی
در مورد پیچ تنظیم صدای رادیو ، ولتاژ VBA داده شده به پتانسیل سنج ، ولتاژی با بسامد صوتی متناظر با موج صوتی است. مقدار متغیر ولتاژ دو سر اتصال پتانسیل سنج (VTA) به بلندگو داده میشود. (از طریق تقویت کننده رادیو) و با حرکت لغزنده شدت صوتی که از رادیو می‌شنویم، تغییر می‌کند.
پتانسیومتر دقیق
در پتانسیل سنجهای دقیق ، نسبت مقاومتهای R1 و R1 با دقت زیاد قابل تنظیم است. در این نوع وسایل ، یک باتری با ولتاژ V از طریق رئوستای r به پتانسیل سنج وصل میشود. و رئوستا تا جایی میزان میشود که ولتاژ VBA مقدار معین و دقیقی (مثلا 1.6000 ولت) داشته باشد. هنگامی که ولتاژ نامعلوم Vx را از طریق گالوانومتر به سر اتصال T اعمال می‌کنیم. نسبت R1/R را آنقدر تغییر می‌دهیم تا گالوانومتر عبور هیچ جریانی را نشان ندهد. در این شرایط ، ولتاژ Vx برابر است با (VBA(R1/R.
روش درجه بندی ولتاژ
برای درجه بندی ولتاژ VBA ، پیل استانداردی را با ولتاژ دقیقا معلوم به جای Vx قرار می‌دهیم، نسبت R1/R متناظر با این ولتاژ را تنظیم ، رئوستای r را برای جریان صفر گالوانومتر میزان می‌کنیم. با استفاده از پتانسیل سنج بسیار دقیق می‌توان ولتاژها را تا پنج رقم با معنی و تا حد میلی ولت هم اندازه گیری کرد. اما ، فرآیند اندازه گیری با پتانسیل سنج کند و دستگاه اندازه گیری هم پر حجم است. در حال حاضر ، بیشتر اندازه گیریهای دقیق ولتاژ با استفاده از ولت سنجهای رقمی و دقیق انجام می‌گیرند. پتانسیل سنج را برای درجه بندی ولت سنج رقمی می‌توان بکار برد.
روشهای تشخیص نقطه اکی والان
اصولا" نقطه اکی والان زمانی بدست می آید که آنالیت با تیترانت با نسب استکیومتری مربوطه به طور کامل واکنش دهند.
اگر تیتراسیون را به عنوان " شمارش یونها یا مولکولها " بدانیم، بدست آوردن نقطه اکی والان باید خیلی مهم باشد.
انجام این کار می تواند با استفاده از خواص بعضی محلولها به عنوان شناساگر رنگی که در بهترین حالت در نقطه اکی والان تغییر رنگ می دهند، انجام شود.
اما این تغییر رنگ در نقطه پایان اتفاق می افتد نه در نقطه اکی والان با اینکه نقطه پایان بسیار نزدیک به نقطه اکی والان است . اما همواره در این روش انتشار خطا خواهیم داشت از آن گذشته تشخیص افراد مختلف در تشخیص رنگ بسیار متفاوت است.
اصولا" تشخیص نقطه اکی والان به سه روش مرسوم انجام می پذیرد :
- روش چشمی یا فتومتری
- روش پتانسیومتری
- روش بی ولتامتری/بی آمپرومتری
در این مبحث به روش پتانسیومتری که روش مرسوم و متداول در اغلب استانداردها می باشد می پردازیم .
اساس روش پتانسیوتری :
روش پتانسیومتری یکی از متداول ترین روشهای تشخیص نقطه اکی والان است این روش تشخیص ، کل تیتراسیونهای آبی ، غیر آبی اسید و باز ، اکسیداسیون احیاء ، رسوبی و کمپلکسومتری را پوشش می دهد .
اساس تشخیص نقطه اکی والان به این روش مبتنی بر دو الکترود می باشد ، یکی الکترود شناساگر و
دیگری الکترود مرجع و چیزی که در اینجا اندازه گیری می شود پتانسیل الکترود ها نیست بلکه تفاضل پتانسیل بین الکترود شناساگر و الکترود کار در هر لحظه می باشد.
در واقع الکترود شناساگر پتانسیلی را تامین می نماید که وابسته به وضعیت محلول داخل ظرف تیتراسیون می باشد.
و الکترود مرجع عهده دار تامین پتانسیلی است که کاملا" مستقل از وضعیت محلول داخل ظرف تیتراسیون است .
این اختلاف پتانسیل بین دو الکترود توسط یک ولتامتر اندازه گیری می شود که مقاومت داخلی بسیار بالایی دارد.
رابطه تئوری اندازه گیری این اختلاف پتانسیل به قرار زیر می باشد.
U = Uo + 2.303×RT ×Logai
Zi × F
R= ثابت گازها ( I8.314 J/K/mol )
اختلاف پتانسیل بین دو الکترود =U
پتانسیل الکترود شناساگر =Uo
دستگاههای تیتراسیون های پتانسیومتری
همانطور که در قبل نیز شرح داده شد این روش نیاز به مدار الکتریکی به نام ولتمتر دارد که دارای مقاومت داخلی بالایی باشد.
امروزه دستگاههای ولت متر ساخته شده برای این منظور تنها یک ولتمتر ساده نیست . این دستگاهها علاوه بر وظیفه اصلی که به عهده دارند که همانا پیدا کردن حجم مصرفی از تیترانت در نقطه اکی والان است بسیار پیشرفته تر شده ، می توانند پس از پیدا کردن این نقطه اطلاعات را نیز توسط فرمولی که خود کاربران برای آنها تعریف می کنند پردازش نمایند و نتیجه را به صورت مستقیم با
دیمانسیون و تعداد ارقام پس از اعشار تعیین شده به نمایش در آورند . علاوه بر آن اطلاعات حاصل از هر آزمایش را می توان توسط کامپیوتر ذخیره یا توسط دستگاه چاپگر نمود که از این طریق به کاربران اجازه می دهند تا بانک اطلاعاتی تیتراسیون را در آزمایشگاه خود داشته باشد تا هر زمان که نیاز بود بتوانند به نتیجه آزمایشی در روز خاصی رجوع کرده آن را ملاحظه یا چاپ نماید.
در نسل جدید این دستگاه کاربر قادر خواهد بود حتی تیترانت خود را در پله های i0.05µLit یکی از کمپانی هایی که بیش از 65 سال در ارتباط با تولید این نوع دستگاهها در جهان سابقه کار دارد کمپانی Metrohm سوئیس است که در 65 سال پیش در شهر کوچکی در کشور سوئیس بوجود آمد و تا به و تا به امروز که تبدیل به بزرگترین کمپانی در این ارتباط شده است . دستگاههایی که در این کمپانی امروزه برای تیتراسیون تولید می کند ، در دو نسل Titrino,Titrando تولید می شود.