Принципы рН-метрии


Согласно теории электролитической диссоциации, в растворах вещества неорганической природы – соли, кислоты и щелочи разделяются на составляющие их ионы. В растворе создается динамическая система, содержащая как молекулы вещества, так и составляющие это вещество ионы. При этом ионы водорода Н+ являются носителями кислотных свойств, а ионы ОН– – носителями щелочных свойств. В сильно разбавленных растворах кислотные и щелочные свойства зависят от концентраций ионов [Н+] и [ОН–]. В обычных растворах кислотные и щелочные свойства зависят от активностей ионов аН и аОН, то есть от тех же концентраций, но с поправкой на коэффициент активности Y, который определяется экспериментально.
аН=Y х [Н+],
аОН=Y х [ОН–].
Раствор будет нейтральным, если аН=аОН, кислым, когда аН>аОН, и щелочным, когда аН<аОН.

Для водных растворов действует уравнение равновесия
аН х аОН=Кw,
где Кw – ионное произведение воды.
Схема электролитической диссоциации полярной молекулы соляной кислоты на гидратированные ионы
Схема электролитической диссоциации полярной молекулы соляной кислоты на гидратированные ионы

Константа Кw не зависит от активностей ионов Н+ и ОН– в растворе. Так, если в воду добавить кислоты, то активность ионов Н+ резко возрастает, что, в соответствии с уравнением равновесия, приводит к снижению активности ОН– в растворе. Таким образом, в водных растворах активности ионов Н+ и ОН– связаны между собой. Достаточно указать активность одного из них, чтобы определить активность другого, пользуясь уравнением равновесия. Активность ионов в водных растворах варьирует в довольно широких пределах от 10 в степени -14 до 10 в степени -1.

Водородный показатель рН представляет собой десятичный логарифм активности водородных ионов, взятый с обратным знаком
рН=-lg(аН).
Водородный показатель определяет характер реакции раствора. Например, при температуре 22°С она нейтральна при рН=7 (аН=10 в степени -7 моль/л). При рН<7 реакция раствора кислая. При рН>7 реакция раствора щелочная.

Водородный показатель различных жидкостей человеческого организма лежит в широких пределах. Так в норме рН сыворотки крови равен 7,40±0,05, слез – 7,4±0,1, кожи – 6,2-7,5, слюны – 6,35-6,85, желудочного сока – от 0,9 и выше.

Ниже в таблице представлено сравнение характеристик, использующихся для оценки концентрации соляной кислоты и рН. Важно учитывать, что коэффициент активности здесь определён именно для чистого раствора HCl в воде. Для желудочного сока, содержащего много разных компонентов, коэффициент активности будет другим.
Сравнение различных характеристик растворов соляной кислоты
ПараметрВеличины
Молярная концентрация HCl, моль/л10,10,010,0010,0001
Массовая концентрация HCl, г/л
36,53,650,3650,03650,00365
Титрационные единицы*10001001010,1
Концентрация ионов [Н+], моль/л
10,10,010,0010,0001
Коэффициент активности – Y (при 25 °С)0,8090,7960,9040,966~1
Активность ионов Н+, аН, моль/л0,8090,07960,009040,0009660,00001
рН раствора при 25°С0,0921,102,043,024,0
* Если титрация производится при помощи 0,1 М раствора NaOH.

Вопрос об определении внутрижелудочного рН имеет давнюю историю. Однако по ряду причин внедрение его в практику сдерживалось, в частности, из-за отсутствия соответствующих рН-зондов, электродов и регистрирующей аппаратуры.

В СССР рН-зонд с электродами для внутрижелудочной рН-метрии создал Е.Ю. Линар в 1957 году. Он применил оригинальную конструкцию, которая включала в себя сурьмяно-каломельный датчик рН.

В 1969-1970 годах в НИИ электронной техники (г. Фрязино Московской обл.), позже переименованном в ГНПП «Исток», академиком Н.Д. Девятковым с сотрудниками впервые в мировой практике был создан промышленный образец сурьмяно-каломельного рН-зонда, позволяющего определять кислотность в двух отделах желудка, и аппаратура для регистрации рН. Полученные в 1969-1970 годах результаты обследования 189 человек свидетельствовали о большой точности измерений рН непосредственно в желудке (Ю.М. Панцырев и др., 1970).

В 1995 г. в Научно-производственном предприятии «Исток-Система» Г.А. Яковлевым созданы оригинальные модификации рН-зондов с хлорсеребряными накожными электродами сравнения с тремя, четырьмя и пятью измерительными сурьмяными электродами, эндоскопические, детские рН-зонды для различных возрастных групп. К этому времени коллективом разработчиков НПП "Исток-Система" уже были разработаны микропроцессорные и компьютерные приборы, которые позволяют фиксировать рН-граммы и проводить их обработку.
 
С развитием и совершенствованием технических возможностей в последнее время появились приборы, расширяющие границы исследований с использованием длительного (в основном 24 часового) рН мониторинга. Так, появились комплексированные компьютерные приборы производства НПП «Исток-Система»:
  • для суточного мониторинга ЭКГ и кислотности в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) для дифференциальной диагностики загрудинных болей – «Гастроскан-ЭКГ»;
  • для мониторинга одновременно рН и электрической активности пяти отделов  ЖКТ (желудка, толстой, двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишок) – «Гастроскан-ГЭМ».
В настоящее время оценка внутрижелудочной кислотности с использованием рН-метрии является наиболее информативным и совершенным методом.
Индекс цитирования
Логотип Исток-Системы

Информация на сайте www.gastroscan.ru предназначена для образовательных и научных целей. Условия использования.