Перенос ионов в мембранах - Заболоцкий В.И.
ISBN 5-02-001677-2
Скачать (прямая ссылка):
Среди методов измерения поперечной электропроводности мембран выделяются
две основные группы: контактные и разностные методы.
193
Классификация методов измерения электропроводности мембран [23, 24]
Методы измерения продольного электросопротивления мембран
Методы измерении поперечного электросопротивлении мембран
Контактный метод полосы (1952 г.) [11]
Контактный метод полосы с подвижным электродом (1966 г.) [25]
Метод подвешенной полосы (1966 г.) [25]
Ртутно-контактный метод (1968 г.) [28]
Зондовый метод полосы (1956 г.) [26]
Контактный метод (1954 г.) [27]
Метод двойной Мембраны (1965 г.) [13]
Дифференциальный метод двойной мембрйПЫ (1968 г.) [31]
Имнсдансимй ртутно-1 контактный метой (1983 г.) [19]
Разностный метод (1929 г.) [10]
Зондовый разностный Дифференциальный
метод (1956 г.) [38] разностный метод
(1984 г.) [30]
* I метод
-амперметра >1 1
Импеданснькй метод (1978 г.) (33)
Амплитудный метод (1984 г.) [32]
а
2~\
Z
Рис. 5.1. Ячейка для измерения электросопротивления мембран [24]
а - контактным методом; б - методом двойной мембраны. 1 - электроды; 2 -
мембрана
Основными достоинствами контактных методов являются экспрессность
единичного измерения и простота аппаратурного оформления [16, 23, 24].
Для измерения сопротивления мембран контактным методом достаточно зажать
исследуемый образец между плоскими металлическими электродами таким
образом, чтобы имел место контакт мембрана-электрод по всей поверхности
их соприкосновения (рис. 5.1, а). Из множества конструкций ячеек
контактного типа отметим предложенную Ларше [34] конструкцию в виде
прищепки, на одном конце которой укреплены параллельно друг другу
платинированные платиновые электроды. Постоянство давления на зажимаемую
между электродами мембрану обеспечивается стягивающим резиновым жгутом.
Ячейка удобна тем, что позволяет выполнять сотни измерений в день с
точностью, достаточной для сравнительного анализа электропроводности
разных мембран.
Избежать деформации мембран при измерениях контактным методом удается
путем использования в качестве электродов ртути [16, 28, 35,
Определение сопротивления мембран переменному току контактным методом
осложняется дополнительным вкладом в измеряемую величину сопротивлений
границ мембрана-электрод, приводящим к завышению искомого сопротивления
мембран и делающим его частотнозависимым [19]. Учесть переходное
сопротивление мембрана/ртуть позволяет измерение частотной зависимости
активной составляющей импеданса ячейки [19, 21, 37]. На рис. 5.2
представлен измеренный А.И. Мешечковым и соавт. [37] годограф ртутно-
контактной ячейки с мембраной МК-40, уравновешенной с раствором NaCl (0,2
моль/л). Авторы [37] отмечают невозможность получения достоверных
результатов при частотах измерительного переменного тока ниже нескольких
десятков килогерц. Систематическая ошибка на частоте 1 кГц, возникающая
из-за наличия достаточно высокого импеданса межфазных границ и пленки
раствора на поверхности мембраны, может достигать 100% и более [37]. При
частотах в несколько десятков килогерц на годографе имеется
полуокружность, осложняющая экстраполяцию активной составляющей импеданса
на бесконечно большую частоту. Авторы [37] связывают эту полуокружность с
присутствием на поверхности мембраны пленки раствора. Величина
полуокружности тем больше, чем меньше концентрация раствора. Поэтому
минимальная частота, при которой можно пренебречь реак-
36].
195
^реант"^
Рис. 5.2. Годограф мембраны МК-40, уравновешенной с 0,2 моль/л раствором
NaCI в ртутно-контактной ячейке [37]
зоо
200
too
too 200 300 Rакт" 0м
тивной составляющей импеданса, для 0,1 М раствора NaCI составляет 80 кГц,
а для 0,01 М раствора - 160 кГц.
Эта же проблема, но применительно к контактному методу с твердыми
электродами решается Н.И. Исаевым и В.А. Шапошником [13]. Разработанный
авторами метод двойной мембраны (рис. 5.1, б) предполагает нахождение
сопротивления мембраны по разности измерений двух (Rj) и одного (R2)
образцов мембран, зажатых между плоскими металлическими электродами.
Такая постановка эксперимента действительно позволяет исключить
сопротивления переходных границ мембрана-электрод (Ям_э), но при этом
возникает неопределенность, связанная с поведением границы мембрана-
мембрана (/?м_м). Попытки количественной оценки величины сопротивления
переходных границ в контактном методе были предприняты также в работах
[31, 36, 38, 39].
Поскольку во всех модификациях контактного метода измерения поперечного
сопротивления мембран в величину измеряемого сопротивления вносится вклад
переходных границ электрод-мембрана или мембрана-мембрана, метод дает
заниженные значения электропроводности.
Разностный метод был впервые применен для исследования проводящих свойств
коллоидных мембран Грином, Вичем и соавт. в 1929 г. [10]. Измерение
сопротивления ионообменных мембран этим методом (рис. 5.3, а) одними из
первых осуществили авторы работы [38, 40]. Для нахождения сопротивления
