Електроаналітичні методи включають аналітичні методи, при яких зразок в електрохімічній комірці визначається шляхом вимірювання напруги та/або струму. Залежно від того, який параметр контролюється в процесі електрохімії та вимірюється, можна розробити ряд методів. Трьома найпоширенішими, найбільш часто використовуваними галузями електроаналітики є потенціометрія (вимірювання різниці електричного потенціалу), куломбометрія (вимірювання струму, що протікає через клітинку в залежності від часу) та вольтамперометрія (залежно від потенціалу клітини).
Для електрохімічних випробувань використовують електроди, занурені у зразок у вимірювальну комірку. Залежно від типу вимірювання застосовують 2-4 електроди. Виходячи з їх функції, ми розрізняємо: а) робочий або індикаторний електрод, б) еталонний або еталонний електрод і в) допоміжний електрод.
Потенціометрія
Мета практики
Познайомити з практикою потенціометричного аналізу. Розуміння та застосування електричного потенціалу та взаємозв’язку між рН. Проведіть об'ємний аналіз з потенціометричною кінцевою точкою.
Теорія потенціометрії
Потенціометрія - це електроаналітична процедура, заснована на вимірюванні різниці між електродними потенціалами, що утворюються на поверхні електродів, занурених у розчин електроліту. Електрохімічна комірка (в даному випадку гальванічна комірка) складається з індикатора та електрода порівняння, і напруга між цими двома напівелементами вимірюється, поки через комірку не протікає струм.
Для точних вимірювань необхідно, щоб потенціал еталонних (еталонних) електродів був постійним під час вимірювальної лінії, оскільки тоді різниця від виміряного електричного потенціалу залежить лише від потенціалу (концентрації) електрода, який залежить від потенціалу індикаторного електрода. Електроди порівняння - це в основному електроди іншого типу, на практиці використовуються електроди Ag/AgCl або Hg/Hg2Cl2. Інші типи електродів складаються з металу, погано розчинного металу та розчину солі аніону з високою концентрацією.
В якості індикаторних електродів ми використовуємо першокласні металеві електроди або електроди, селективні для іонів 1-1 (або молекули), які можуть бути іонселективними, газовими, окислювально-відновними, ферментними електродами.
Взаємозв'язок між електродним потенціалом (E) та концентрацією електродивної компоненти, що генерується ним, описується рівнянням Нернста:
де E0 - стандартний потенціал системи, R - універсальна температура газу, T - термодинамічна температура, n - зміна електронного числа даного електричного процесу, F - значення Фарадея (96487 Кулон/моль), а активність електропродуктивного компонента (моль).
На практиці рівняння використовується в логарифмічній формі на основі вогню (при 25 єС):
У випадку окисно-відновних систем електричний потенціал можна отримати за рівнянням Нернста-Петерса:
де Кокс відп. cred Зразок у випробуваній окисно-відновній системі окислюється або аналітична концентрація відновленої форми.
Потенціал на поверхні одного електрода не можна виміряти безпосередньо. Тому під час вимірювання різниця між потенціалом, визначеним на індикаторному електроді, та постійним потенціалом електрода порівняння вимірюється концентрацією досліджуваного компонента. Оскільки точного потенціалу відносного електрода теж не можна виміряти, при вимірюванні потенціометричних вимірювань нам завжди залишається лише виміряти різниці потенціалів, нам потрібно отримати інформацію з цих різниць потенціалів - за допомогою відповідного калібрувального допоміжного засобу.
Порівняння значень електричного потенціалу, виміряних різними електродами, стає можливим завдяки тому факту, що стандартний водневий електрод (платиновий метал становить 1,0 м/дм 3) занурюють у розчин водню під тиском 0,1 МПа. В якості еталонного електрода звичайний водневий електрод використовується рідко, але потенціал еталонних електродів, що використовуються на практиці, можна розрахувати щодо нормального водневого електрода.
Щоб підтримувати потенціал електрода порівняння на постійному рівні, концентрація розчину внутрішнього заряду електрода повинна підтримуватися постійною протягом усієї лінії вимірювання. Для цього напів комірка, що містить електрод, відокремлюється від напів комірки, що містить індикаторний електрод, і з'єднується одна з одною лише за допомогою розчинного з'єднання (suhnd). З’єднання розчину - це розділ рідина-рідина, де також може виникати різниця потенціалів, також звана дифузійним потенціалом.
Дифузійний потенціал, який неможливо усунути повністю, може погіршити точність вимірювання, тому ми повинні прагнути до того, щоб він був якомога меншим. Для цього індикаторний електрод і комірки комірок, що містять електрод порівняння, з'єднані насосом. Сіль готують із використанням водного розчину солі, в якому аніон і катіон мають однакову рухливість (наприклад, KCl, KNO3, можливо NH4NO3). Отже, катіон рухається з такою ж швидкістю, як і катіон, через граничну поверхню, тому обробки поверхневого заряду не спостерігається. Надзвичайно важливо, щоб концентрація солі в печі була вищою, ніж концентрація досліджуваного розчину та розчину, який утворює середовище електрода порівняння, так що піч повинна бути звернена як назовні, так і на розчини. Отже, знак дифузійних потенціалів на двох кордонах буде протилежним, більш-менш компенсуючи один одного.
Potenciometriбs titrбlбsok sorбn hasznбlt elektrokйmiai клітин feszьltsйge tehбt зробив цssze hбrom tagbуl фіксованого компонента meghatбrozandу koncentrбciуja повідомлення від цих людей, то fellйpő indikбtorelektrуdon Ei potenciбlbуl referenciaelektrуdnak незмінності mйrйs sorбn йrtйken Ev potenciбljбbуl і lehetősйgekhez kйpest незмінності маленький йrtйken Ed diff'ziуs potenciбlbуl.
THE pH-чутливий скляний електрод тип електрода, який найчастіше використовується для визначення рН розчинів. Діапазон вимірювання знаходиться між рН 1-13. Найважливішим елементом його структури є тонка скляна куля, в якій із Н + с розчину утворюється іонообмінна рівновага. Коли внутрішню сторону скляної сфери поміщають у забуференне середовище (постійна концентрація Н +!), Співвідношення концентрації Н +, що утворюється між двома сторонами, залежить лише від концентрації Н +, що утворюється у зовнішньому (зразку) розчині, так, щоб скло розчинилося, концентрація буде пропорційною. У комбінованих скляних електродах, що використовуються сьогодні, опорний електрод також побудований навколо звичайного корпусу скляного електрода. (Малюнок 3.1)
3.1. ббра - Комбінований скляний електрод
Практика потенціометричного аналізу
Перед визначенням рН рН-метр регулюють за допомогою двох калібрувальних (буферних) розчинів перед вимірюванням, так що різниці потенціалів, виміряній у відомому калібрувальному розчині рН, призначають значення рН калібрувальним розчином. Потім прилад показує точний рН. (Цей етап відповідає калібрувальній свердловині). При виборі калібрувальних розчинів вигідно, якщо рН розчину, що тестується, контролюється рН калібрувальних розчинів.
3.2. Рисунок - Деякі електроди, що використовуються для потенціометричного аналізу: платиновий пластинчастий електрод, іонселективний електрод, двомостовий електрод порівняння Ag/AgCl
Існує дві версії потенціометричного аналізу: пряма або пряма потенціометрія та потенціометричне титрування або непряма потенціометрія.
З першого на основі значення експериментально виміряної електрорушійної сили ми обчислюємо шукану концентрацію електродактивної складової на основі рівняння Нернста. Таким чином, здійснюється постійний моніторинг технологічних процесів шляхом потенціометричного вимірювання виробничого продукту.
Прямі потенціометричні вимірювання можна швидко перетнути, але їх похибка є відносно великою, оскільки згідно з рівнянням Нернста, зміна величини концентрації електродактивного матеріалу спричиняє зміну сили електронного двигуна при 0,059/н В. Навіть найточніша похибка вимірювання електрорушійної сили досягає ± 0,1 мВ, що, мабуть, спричиняє значну похибку концентрації.
Потенціометричне титрування може також використовуватися як сигнал кінцевої точки (непряма потенціометрія). У цьому випадку індикаторний електрод занурюють у розчин, що містить електродиктивну речовину, яку слід визначити, і зміна електрорушійної сили вимірюється під час титрування вимірювального розчину під час титрування. Таким чином, ми експериментально визначаємо криву титрування, точка перегину якої вказує на кінцеву точку. Точність вимірювання визначається не точністю вимірювання потенціалу, а точністю визначення кінцевої точки. Таким чином, ця процедура матиме менше помилок.
3.3. Рисунок 2 - Вимірювальна система, що використовується для визначення рН