Электрохимические методы анализа

Июль 30, 2022

Главная
Химия
Электрохимические методы анализа

Содержание

2. План Классификация электрохимических методов анализа. Потенциометрия. Потенциометрическое титрование. Кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование. Кулонометрия. Кулонометрическое титрование. Литература: Харитонов
3. 1. Классификация электрохимических методов анализа. Электрохимические методы анализа совокупность методов качественного и количественного анализа веществ, основанные
4. Электрохимические методы основаны на измерении электрических параметров электрохимических явлений, возникающих в исследуемом растворе. Такое измерение осуществляют
5. Миниатюрная электрохимическая ячейка, имитирующая физико-химические процессы метаболизма, проходящие в человеческом теле, была разработана и создана учеными
6. Анализатор ФАРАДЕЙ-5104 Области применения: экологический контроль загрязнений окружающей среды (воды, воздуха, почвы); анализ пищевых продуктов и
7. Электрохимические методы классифицируют в зависимости от типа явлений, замеряемых в процессе анализа. По природе источника электрической
8. В методах без наложения постороннего потенциала электрохимическая ячейка представляет собой гальванический элемент, в котором вследствие протекания
9. II. По способу применения электрохимических методов, различают прямые и косвенные методы: прямые, в которых концентрацию веществ
10. В соответствии с этой классификацией различают потенциометрию и потенциометрическое титрование, кондуктометрию и кондуктометрическое титрование и т.д.
11. бихроматное окисление с прямой потенциометрией В приборах с наложением внешнего потенциала важной частью являются устройства для
12. 2. Потенциометрия. Потенциометрическое титрование.
13. Электрод предназначен для измерения величины pH в лабораторных условиях (без использования электродов сравнения).
14. Потенциометрические измерения проводят, опуская в раствор два электрода – индикаторный, реагирующий на концентрацию определяемых ионов, и
17. Электроды второго рода чувствительны к анионам (обратимы по аниону). Различают следующие виды электродов II рода: а)
21. Инертные электроды – пластина или проволока, изготовленная из трудноокисляемых металлов – платины, золота, палладия. Применяются они
22. Мембранные или ион-селективные электроды – электроды, обратимые по катионам или анионам, сорбируемым твердой или жидкой мембраной,
23. Смешивание нерастворимых солей типа AgBr, AgCl, AgI и других с некоторыми пластмассами (каучуки, полиэтилен, полистирол) привело
24. Для проведения потенциометрических определений собирают электрохимическую ячейку из индикаторного электрода и электрода сравнения, опускают в анализируемый
25. Наиболее часто потенциометры применяют для прямых измерений рН, показатели концентраций других ионов pNa, pK, pNH4, pCl
26. Потенциометрическое титрование Потенциометрическое титрование проводят в тех случаях, когда химические индикаторы использовать нельзя или при отсутствии
28. Потенциометрическое титрование применяют во всех случаях титриметрического анализа. При кислотно-основном титровании используют стеклянный электрод и электрод
29. При осадительном потенциометрическом титровании применяют в качестве индикатора электрод из металла, составляющего с определяемыми ионами электродную
30. При комплексометрическом титровании используют: а) металлический электрод, обратимый к иону определяемого металла; б) платиновый электрод при
31. При окислительно-восстановительном титровании применяют электрод сравнения и платиновый индикаторный электрод, чувствительный к окислительно-восстановительным парам.
32. Потенциометрическое титрование – один из наиболее употребляемых методов инструментального анализа вследствие простоты, доступности, селективности и широких
33. 3. Кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование
34. Кондуктометрический анализ проводят с помощью кондуктометров – приборов, измеряющих сопротивление растворов.
35. Определение концентрации растворов осуществляют прямой кондуктометрией и кондуктометрическим титрованием. Чаще применяют кондуктометрическое титрование.
36. Кондуктометрическое титрование обладает рядом преимуществ: его можно проводить в мутных и окрашенных средах, в отсутствии химических
37. В кислотно-основном титровании кондуктометрическим путем можно определять сильные кислоты, слабые кислоты, соли слабых оснований и сильных
38. 4. Кулонометрия. Кулонометрическое титрование В кулонометрии вещества определяют измерением количества электричества, затраченного на их количественное электрохимическое
39. Q –количество электричества, прошедшего при электролизе через электрохимическую ячейку, Кл; M - молярная масса вещества, прореагировавшего
40. Различают кулонометрию прямую и кулонометрическое титрование. Высокая точность и чувствительность методов измерения электрического тока обеспечивает кулонометрическому
41. В отличии от других методов анализа кулонометрия может быть полностью автоматизирована, что сводит к минимуму случайные
43. Скачать презентацию

Слайд 2

План
Классификация электрохимических методов анализа.
Потенциометрия. Потенциометрическое титрование.
Кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование.
Кулонометрия. Кулонометрическое титрование.
Литература: Харитонов

Ю.Я. Гл.10,§10.1-10.6

Слайд 3

1. Классификация электрохимических методов анализа.
Электрохимические методы анализа
совокупность методов качественного и

количественного анализа веществ, основанные на процессах, происходящих на электродах или в межэлектродном пространстве.

Слайд 4

Электрохимические методы основаны на измерении электрических параметров электрохимических явлений, возникающих в

исследуемом растворе. Такое измерение осуществляют с помощью электрохимической ячейки, представляющей собой сосуд с исследуемым раствором, в который помещены электроды. Электрохимические процессы в растворе сопровождаются появлением или изменением разности потенциалов между электродами или изменением величины тока, проходящего через р-р.
Электрохимические процессы – это процессы, сопровождающиеся одновременным протеканием химических реакций и изменением электрических свойств системы.

Слайд 5

Миниатюрная электрохимическая ячейка, имитирующая физико-химические процессы метаболизма, проходящие в человеческом

теле, была разработана и создана учеными из Института Нанотехнологий MESA+, в Нидерландах (MESA+ Institute for Nanotechnology, Netherlands).
В этой электрохимической ячейке уже были проведены испытания нового противомалярийного лекарственного препарата, амодиахина. В процессе испытаний с помощью хроматографа и масс-спектрометра отслеживались все химические превращения вызванные введением лекарства.

Слайд 6

Анализатор ФАРАДЕЙ-5104
Области применения:
экологический контроль загрязнений окружающей среды (воды, воздуха, почвы);

анализ пищевых продуктов и напитков;
анализ фармацевтических препаратов;
анализ биологических и клинических проб

Слайд 7

Электрохимические методы классифицируют в зависимости от типа явлений, замеряемых в

процессе анализа. По природе источника электрической энергии различают две группы электрохимических методов:
1. Методы без наложения постороннего (внешнего) потенциала, основанные на измерении разности потенциалов, который возникает в электрохимической ячейке, состоящей из электрода и сосуда с исследуемым раствором. Эту группу методов называют потенциометрическими. В потенциометрических методах используют зависимость ЭДС и равновесного потенциала электродов от концентрации ионов, участвующих в электрохимической реакции на электродах.
2. Методы с наложением постороннего (внешнего) потенциала, основанные на измерении: а) электрической проводимости растворов – кондуктометрия; б) количества электричества, прошедшего через раствор – кулонометрия; в) зависимости величины тока от приложенного потенциала – вольтамперометрия; г) электрогравиметрия – основана на измерении массы продукта электрохимической реакции.

Слайд 8

В методах без наложения постороннего потенциала электрохимическая ячейка представляет собой гальванический элемент,

в котором вследствие протекания химических окислительно-восстановительных реакций возникает электрический ток.
В ячейке типа гальванического элемента в контакте с анализируемым раствором находятся два электрода – индикаторный электрод, потенциал которого зависит от концентрации вещества, и электрод с постоянным потенциалом – электрод сравнения, относительно которого измеряют потенциал индикаторного электрода.
Измерение разности потенциалов производят специальными приборами – потенциометрами.

Слайд 9

II. По способу применения электрохимических методов, различают прямые и косвенные

методы:
прямые, в которых концентрацию веществ измеряют по показанию прибора,
косвенные, электрохимическое титрование, где индикацию точки эквивалентности фиксируют с помощью электрохимических измерений.

Слайд 10

В соответствии с этой классификацией различают потенциометрию и потенциометрическое титрование, кондуктометрию

и кондуктометрическое титрование и т.д.
Приборы для электрохимических определений кроме электрохимической ячейки, мешалки, нагрузочного сопротивления включают устройства для измерения разности потенциалов, тока, сопротивления р-ра, количества электричества.

Слайд 11

бихроматное окисление с прямой потенциометрией
В приборах с наложением внешнего потенциала важной

частью являются устройства для подачи на ячейку соответствующего потенциала стабилизированного постоянного или переменного тока.

Слайд 12

2. Потенциометрия. Потенциометрическое титрование.

Слайд 13

Электрод предназначен для измерения величины pH в лабораторных условиях (без использования электродов сравнения).

Слайд 14

Потенциометрические измерения проводят, опуская в раствор два электрода – индикаторный, реагирующий

на концентрацию определяемых ионов, и стандартный электрод или электрод сравнения, относительно которого измеряется потенциал индикаторного. Применяют несколько видов индикаторных и стандартных электродов.
В потенциометрии используют электроды следующих типов: электроды первого, второго рода, окислительно-восстановительные и мембранные электроды.

Слайд 15

Слайд 16

Слайд 17

Электроды второго рода
чувствительны к анионам (обратимы по аниону). Различают следующие

виды электродов II рода: а) металл М, покрытый слоем нерастворимой его соли МА с анионом A-, к которому чувствителен электрод. При контакте такого электрода с раствором, содержащим указанный анион A-, возникает потенциал Е, величина которого зависит от произведения растворимости соли ПРМА и концентрации аниона [A-] в растворе.

Слайд 18

Слайд 19

Слайд 20

Слайд 21

Инертные электроды
– пластина или проволока, изготовленная из трудноокисляемых металлов – платины,

золота, палладия. Применяются они для измерения Е в растворах, содержащих окислительно-восстановительную пару
(например, Fe3+ / Fe2+).

Слайд 22

Мембранные или ион-селективные электроды – электроды, обратимые по катионам или анионам,

сорбируемым твердой или жидкой мембраной, на которой возникает мембранный потенциал Е.
Величина Е зависит от разности концентраций одного и того же иона по разным сторонам мембраны. Простейшим и наиболее употребляемым мембранным электродом является стеклянный электрод.
Определение ионов с применением мембранных электродов называется ионометрией.

Слайд 23

Смешивание нерастворимых солей типа AgBr, AgCl, AgI и других с некоторыми

пластмассами (каучуки, полиэтилен, полистирол) привело к созданию ион-селективных электродов на Br-, Cl-, I- избирательно адсорбирующих из раствора указанные ионы вследствие правила Панета – Фаянса – Гана. Так как концентрация определяемых ионов вне электрода отличается от таковой внутри электрода, равновесия на поверхностях мембраны отличаются, что приводит к возникновению мембранного потенциала.

Слайд 24

Для проведения потенциометрических определений собирают электрохимическую ячейку из индикаторного электрода и

электрода сравнения, опускают в анализируемый раствор и подсоединяют к потенциометру.
Величина ЭДС в ячейке равна разности потенциалов этих 2 электродов.
Т.к. потенциал электрода сравнения постоянный, то ЭДС зависит только от потенциала индикаторного электрода т.е. от С или а тех или иных ионов в растворе.
Применяемые в потенциометрии электроды имеют большое внутреннее сопротивление (500-1000 МОм), поэтому существуют типы потенциометров представляющие собой сложные электронные высокоомные вольтметры.

Слайд 25

Наиболее часто потенциометры применяют для прямых измерений рН, показатели концентраций других

ионов pNa, pK, pNH4, pCl и мВ. Измерения проводят, используя соответствующие ион-селективные электроды.
Для измерения рН применяют стеклянный электрод и электрод сравнения – хлорсеребряный. Перед проведением анализов необходимо проверить калибровку рН-метров по стандартным буферным растворам, фиксаналы которых прикладываются к прибору.
рН-метры помимо прямых определений рН, pNa, pK, pNH4, pCl и других позволяют проводить потенциометрическое титрование определяемого иона.

Слайд 26

Потенциометрическое титрование
Потенциометрическое титрование проводят в тех случаях, когда химические индикаторы

использовать нельзя или при отсутствии подходящего индикатора.
В потенциометрическом титровании в качестве индикаторов используют электроды потенциометра, опушенные в титруемый раствор. При этом применяют электроды, чувствительные к титруемым ионам. В процессе титрования изменяется концентрация ионов, что регистрируется на шкале измерительного пробора потенциометра. Записав показания потенциометра в единицах рН или мВ, строят график их зависимости от объема титранта (кривую титрования), определяют точку эквивалентности и объем титранта, израсходованный на титрование. По полученным данным строят кривую потенциометрического титрования.

Слайд 27

Слайд 28

Потенциометрическое титрование применяют во всех случаях титриметрического анализа.
При кислотно-основном титровании используют

стеклянный электрод и электрод сравнения. Поскольку стеклянный электрод чувствителен к изменениям рН среды, при их титровании на потенциометре регистрируются изменения рН среды. Кислотно-основное потенциометрическое титрование с успехом применяют при титровании слабых кислот и оснований (рК≤8). При титровании смесей кислот необходимо, чтобы их рК отличались больше, чем на 4 единицы, в противном случае часть более слабой кислоты оттитровывается вместе с сильной, и скачок титрования выражен нечетко.
Это позволяет использовать потенциометрию для построения экспериментальных кривых титрования, подбор индикаторов для титрования и определения констант кислотности и основности.

Слайд 29

При осадительном потенциометрическом титровании применяют в качестве индикатора электрод из металла,

составляющего с определяемыми ионами электродную пару.

Слайд 30

При комплексометрическом титровании используют:
а) металлический электрод, обратимый к иону определяемого

металла;
б) платиновый электрод при наличии в растворе окислительно-восстановительной пары.
При связывании титрантом одного из компонентов редокс-пары меняется его концентрация, что вызывает изменения потенциала индикаторного платинового электрода.
Применяются также обратное титрование избытка раствора ЭДТА, добавленного к соли металла, раствором соли железа (III).

Слайд 31

При окислительно-восстановительном титровании применяют электрод сравнения и платиновый индикаторный электрод, чувствительный

к окислительно-восстановительным парам.

Слайд 32

Потенциометрическое титрование – один из наиболее употребляемых методов инструментального анализа вследствие

простоты, доступности, селективности и широких возможностей.

Слайд 33

3. Кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование

Слайд 34

Кондуктометрический анализ проводят с помощью кондуктометров – приборов, измеряющих сопротивление растворов.

Слайд 35

Определение концентрации растворов осуществляют прямой кондуктометрией и кондуктометрическим титрованием.
Чаще применяют кондуктометрическое

титрование.

Слайд 36

Кондуктометрическое титрование обладает рядом преимуществ:
его можно проводить в мутных и окрашенных

средах, в отсутствии химических индикаторов,
метод обладает повышенной чувствительностью и позволяет анализировать разбавленные растворы веществ (до 10-4 моль/дм³).
кондуктометрическим титрованием анализируют смеси веществ, т.к. различия в подвижности различных ионов существенны и их можно дифференцированно оттитровывать в присутствии друг друга.

Слайд 37

В кислотно-основном титровании кондуктометрическим путем можно определять сильные кислоты, слабые кислоты,

соли слабых оснований и сильных кислот.
В осадительном кондуктометрическом титровании электропроводимость титруемых растворов сначала уменьшается или остается на некотором постоянном уровне вследствие связывания титруемого электролита в осадок, после ТЭ при появлении избытка титранта – снова возрастает.
В комплексометрическом кондуктометрическом титровании изменения электропроводимости раствора наступают вследствие связывания катионов металла в комплекс с ЭДТА.
Окислительно-восстановительное кондуктометрическое титрование основано на изменении концентрации реагирующих ионов и появлении в растворе новых ионов, что изменяет электропроводимость раствора.

Слайд 38

4. Кулонометрия. Кулонометрическое титрование
В кулонометрии вещества определяют измерением количества электричества,

затраченного на их количественное электрохимическое превращение. Кулометрический анализ проводят в электролитической ячейке, в которую помещают раствор определяемого вещества. При подаче на электроды ячейки соответствующего потенциала происходит электрохимическое восстановление или окисление вещества.

Слайд 39

Q –количество электричества, прошедшего при электролизе через электрохимическую ячейку, Кл;
M -

молярная масса вещества, прореагировавшего при электролизе, г/моль;
F= 96487 Kл/моль – число Фарадея;
n – число электронов, участвующих в электродной реакции.
Q=i·t
I – сила тока, А
t – время, сек.

Слайд 40

Различают кулонометрию прямую и кулонометрическое титрование.
Высокая точность и чувствительность методов

измерения электрического тока обеспечивает кулонометрическому анализу уникальную точность 0,1-0,001%, и чувствительность до 1∙10-8- 1∙10⁻10 г. Поэтому кулонометрический анализ применяется для определения микропримесей и продуктов разрушения веществ, что важно при контроле их качества.
Для индикации ТЭ при кулонометрическом титровании можно применять химический и инструментальные методы – добавление индикаторов, обнаружение окрашенных соединений фотометрическим или спектрофотометрическим путём.

Слайд 41

В отличии от других методов анализа кулонометрия может быть полностью автоматизирована,

что сводит к минимуму случайные ошибки определения. Эта особенность использована при создании автоматических кулонометрических титраторов – чувствительных приборов, применяющихся для особо точных анализов, когда другие методы оказываются недостаточно чувствительными.
При анализе веществ, малорастворимых в воде, кулонометрию можно проводить на электродах из ацетиленовой сажи, являющейся хорошим адсорбентом, извлекающим такие вещества из реакционной среды с достаточной полнотой. Кулонометрическое титрование – перспективный метод инструментального анализа. Он может найти широкое применение для решения ряда специальных аналитических задач – анализа примесей, малых количеств лекарственных препаратов, определение в биологическом материале и окружающей среде токсических веществ, микроэлементов и других соединений.