Електрохимичните методи за анализ са набор от методи за качествен и количествен анализ, основани на електрохимични явления, възникващи в изследваната среда или на границата и свързани с промени в структурата, химичния състав или концентрацията на аналита.
Електрохимичните методи за анализ (ECMA) се основават на процеси, протичащи върху електроди или междуелектродно пространство. Предимството им е високата точност и сравнителната простота както на оборудването, така и на методите за анализ. Високата точност се определя от много точни закони, използвани в ECMA. Голямото удобство е, че този метод използва електрически въздействия, както и фактът, че резултатът от това въздействие (отговор) също се получава под формата на електрически сигнал. Това осигурява висока скорост и точност на броене, отваря широки възможности за автоматизация. ECMA се отличават с добра чувствителност и селективност, в редица случаи могат да бъдат приписани на микроанализа, тъй като понякога по-малко от 1 ml разтвор е достатъчен за анализ.
Според видовете аналитични сигнали те се подразделят на:
1) кондуктометрия - измерване на електрическата проводимост на тестовия разтвор;
2) потенциометрия - измерване на безтоковия равновесен потенциал на индикаторния електрод, за който изследваното вещество е потенциометрично;
3) кулометрия - измерване на количеството електроенергия, необходимо за пълното преобразуване (окисляване или редукция) на изследваното вещество;
4) волтаметрия - измерване на стационарни или нестационарни поляризационни характеристики на електродите в реакции, включващи изпитваното вещество;
5) електрогравиметрия - измерване на масата на вещество, отделено от разтвор по време на електролиза.
27. Потенциометричен метод.
потенциометрия - измерване на безтоковия равновесен потенциал на индикаторния електрод, за който изпитваното вещество е потенциометрично.
А) стандартен (референтен електрод) - има постоянен потенциал, независим от външния. Условия
Б) индивидуален електрод - неговият потенциал зависи от концентрацията на веществото.
Потенциалът зависи от концентрацията: E = f (c)
Уравнението на Нерис E = E ° + lna кат
Е° - стандартно. електрон. Потенциал (const)
Р- Университет. Газова константаconst)
T - абсолютно темпо (т)- +273 °
.п - броят на участващите електрони. В оксид. / Редукция. Реакции
... а - активна концентрация
Потенциометричен метод
Йонометрична потенциометрия (малък разтвор към изследователския разтвор. Стандартен разтвор (титран) се добавя на порции, след всяко добавяне се измерва потенциалът. - E)
Точка на еквивалентност
ЕCx Vx = л t * Vt
28. Кондуктометричен метод.
кондуктометрия - измерване на електрическата проводимост на тестовия разтвор.
Кондуктометрично титруване
Кондуктомер (устройство)
Кондуктометричният анализ (кондуктометрия) се основава на използването на връзката между електрическата проводимост (електропроводимост) на електролитните разтвори и тяхната концентрация.
Електрическата проводимост на електролитните разтвори - проводници от втори вид - се оценява на базата на измерване на електрическото им съпротивление в електрохимична клетка, която представлява стъклен съд (стъкло) с два електрода, запоени в него, между които е тествания електролитен разтвор разположен. През клетката се пропуска променлив електрически ток. Електродите са най-често изработени от метална платина, която е покрита със слой от гъбеста платина за увеличаване на повърхността на електродите чрез електрохимично отлагане от разтвори на платинени съединения (платинизирани платинени електроди).
29. Полярография.
Полярографията е метод за качествен и количествен химичен анализ, основан на получаване на криви на зависимостта на стойността на тока от напрежението във верига, състояща се от тестов разтвор и електроди, потопени в него, единият от които е силно поляризуем, а другият е практически неполяризиран. Получаването на такива криви - полярографи - се извършва с помощта на полярографи.
Полярографският метод се характеризира с висока чувствителност. За извършване на анализа обикновено са достатъчни 3-5 ml от тестовия разтвор. Анализът на полярограф с автоматично регистриране отнема само около 10 минути. Полярографията се използва за определяне на съдържанието на токсични вещества в обекти от биологичен произход (например съединения на живак, олово, талий и др.), за определяне на степента на насищане на кръвта с кислород, за изследване на състава на издишания въздух, вредни вещества във въздуха на промишлени предприятия Полярографският метод за анализ е силно чувствителен и дава възможност да се определят вещества в много ниска (до 0,0001%) концентрация в разтвор.
30. Класификация на методите за спектрален анализ. Концепция за спектър.
Спектрален анализ е набор от методи за определяне на качеството и количеството. Съставът, както и структурата на веществото (въз основа на взаимодействието на изследвания обект с различни видове радиация.)
Всички спектроскопски методи се основават на взаимодействието на атоми, молекули или йони, които съставляват аналита, с електромагнитно излъчване. Това взаимодействие се проявява в поглъщане или излъчване на фотони (кванти). В зависимост от естеството на взаимодействието на пробата с електромагнитното лъчение се разграничават две групи методи -
Емисия и абсорбция. В зависимост от това кои частици образуват аналитичния сигнал, се прави разлика между методите за атомна спектроскопия и молекулярна спектроскопия.
Емисия
При емисионните методи анализираната проба излъчва фотони в резултат на своето възбуждане.
абсорбция
При абсорбционните методи излъчването на външен източник преминава през пробата, докато някои от квантите се абсорбират селективно от атоми или молекули
Обхват- разпределение на стойностите на физическа величина (обикновено енергия, честота или маса). Графичното представяне на това разпределение се нарича спектрална диаграма. Обикновено спектърът означава електромагнитния спектър - спектърът на честотите (или същите като енергиите на квантите) на електромагнитното излъчване.
1.отражение на светлината
2. въртене на светлинния лъч (дефракция)
3.Разсейване на светлината: нефелометрия, турбидиметрия
4.поглъщане на светлина
5 преизлъчване
А) фосфоресценция (продължава дълго време)
Б) флуоресценция (много кратка)
По естеството на разпределението на стойностите на физическа величина, спектрите могат да бъдат дискретни (линии), непрекъснати (плътни), а също и да представляват комбинация (наслагване) от дискретни и непрекъснати спектри.
Примери за линейни спектри са мас спектри и спектри на свързани електронни преходи на атом; примери за непрекъснати спектри са спектърът на електромагнитното излъчване на нагрятото твърдо вещество и спектърът на свободните електронни преходи на атома; примери за комбинирани спектри са емисионните спектри на звездите, където хромосферните абсорбционни линии или повечето от звуковите спектри са насложени върху непрекъснатия спектър на фотосферата.
31. Фотометрия: принципът на метода, приложение в съдебните изследвания.
Фотометрия - спектралният метод се основава на поглъщането на електромагнитно лъчение във видимия и близкия ултравиолетов диапазон (методът се основава на поглъщането на светлина)
Молекулярна атомна
Спектроскопска спектроскопия (при електронен анализ)
Кювета - през нея се пропуска светлина
л
I (интензитет на изходна светлина)
I ° е интензитетът на падащата светлина.
Фотометрията е раздел от физическата оптика и измервателна техника, посветен на методите за изследване на енергийните характеристики на оптичното излъчване в процеса на неговото излъчване, разпространение в различни среди и взаимодействие с тела. Фотометрията се извършва в инфрачервено (дължини на вълната - 10 –3…7 10 –7 m), видимо (7 10 –7… 4 10 –7 m) и ултравиолетово (4 10 –7…10 –8 m) оптично лъчение. При разпространението на електромагнитно лъчение в оптичния обхват в биологична среда се наблюдават редица основни ефекти: поглъщане и разсейване на радиацията от атоми и молекули на средата, разсейване на нехомогенности на средата върху частици, деполяризация на радиацията. Чрез регистриране на данните за взаимодействието на оптичното излъчване със средата е възможно да се определят количествените параметри, свързани с медико-биологичните характеристики на изследвания обект. За измерване на фотометрични стойности се използват инструменти - фотометри. Фотометрично казано, светлината е радиация, способна да създаде усещане за яркост, когато е изложена на човешкото око. Фотометрията като наука се основава на теорията за светлинното поле, разработена от А. Гершун.
Има два основни метода на фотометрията: 1) визуална фотометрия, при която способността на човешкото око да усеща разликите в яркостта се използва за подравняване на яркостта на две полета за сравнение чрез механични или оптични средства; 2) физическа фотометрия, при която различни приемници на светлина от различен вид се използват за сравняване на два светлинни източника - вакуумни фотоклетки, полупроводникови фотодиоди и др.
32. Закон Buger-Lambert-Beer, неговото използване в количествения анализ.
Физически закон, който определя затихването на паралелен монохроматичен лъч светлина, когато се разпространява в поглъщаща среда.
Законът се изразява със следната формула:
,
където е интензитетът на входящия лъч, е дебелината на слоя материя, през който преминава светлината, и е индексът на поглъщане (да не се бърка с безразмерния индекс на абсорбция, който е свързан с формулата, където е дължината на вълната ).
Индексът на абсорбция характеризира свойствата на веществото и зависи от дължината на вълната λ на погълнатата светлина. Тази зависимост се нарича абсорбционен спектър на веществото.
За разтвори на абсорбиращи вещества в неабсорбиращи светлина разтворители индексът на абсорбция може да се запише като
където е коефициентът, характеризиращ взаимодействието на молекула на поглъщащо разтворено вещество със светлина с дължина на вълната λ, е концентрацията на разтворено вещество, mol / l.
Твърдението, от което не зависи, се нарича закон на Биър (да не се бърка със закона на Биър). Този закон приема, че способността на една молекула да абсорбира светлина не се влияе от други околни молекули на същото вещество в разтвор. Има обаче множество отклонения от този закон, особено за големите.
Ако през определен слой от разтвор или газ с дебелина (светлинен поток с интензитет I преминава, то според закона на Ламбърт-Беер количеството погълната светлина ще бъде пропорционално на интензитета /, концентрацията c на вещество, поглъщащо светлина, и дебелина на СЛОЯ) Законът на BMB, който свързва интензитетите на светлината, падаща върху веществото и преминаваща през него, с концентрацията на веществото и дебелината на абсорбиращия слой Е, това е същото като пречупването, само затихване в веществото. Което поглъща светлина в определен процент. Тоест останалата част от светлинната мощност е
33. IR спектроскопия.
Този метод на анализ се основава на записване на инфрачервени абсорбционни спектри на вещество. Поглъщането от материята в инфрачервената област се дължи на вибрацията на атомите в молекулите. Вибрациите се подразделят на разтягащи (когато разстоянията между атомите се променят по време на вибрацията) и вибрационни (когато ъглите между връзките се променят по време на вибрацията). Преходите между различните вибрационни състояния в молекулите са квантизирани, поради което абсорбцията в IR областта има формата на спектър, където всяка вибрация има своя собствена дължина на вълната. Ясно е, че дължината на вълната за всяка вибрация зависи от това кои атоми участват в нея, а освен това зависи малко от околната среда.
методът на IR спектроскопията не е разделителен метод, тоест при изследване на вещество може да се окаже, че всъщност е била изследвана смес от няколко вещества, което разбира се значително ще изкриви резултатите от декодирането на спектъра. Е, все пак, да се говори за недвусмислено идентифициране на вещество с помощта на метода на IR спектроскопия не е съвсем правилно, тъй като методът по-скоро ви позволява да идентифицирате определени функционални групи, а не техния брой в съединението и техния метод на комуникация с всеки други.
методът на IR спектроскопията се използва за изследване на полимерни материали, влакна, бояджийски покрития, наркотични лекарства (при идентифициране на пълнител, въглехидратите, включително полизахаридите, често се използват като пълнители). Методът е особено незаменим при изследването на смазочните материали, така че дава възможност едновременно да се определи естеството както на основата на смазката, така и на възможните добавки (добавки) към тази основа.
34. Рентгенов флуоресцентен анализ.
(XRF) е един от съвременните спектроскопски методи за изследване на вещество с цел получаване на елементния му състав, тоест елементен анализ. Може да анализира различни елементи от берилий (Be) до уран (U). XRF методът се основава на събиране и последващ анализ на спектъра, получен чрез излагане на изследвания материал на рентгеново лъчение. При облъчване атомът преминава във възбудено състояние, което се състои в преход на електрони към по-високи енергийни нива. Атомът остава във възбудено състояние за изключително кратко време, от порядъка на една микросекунда, след което се връща в тихо положение (основно състояние). В този случай електроните от външните обвивки или запълват образуваните свободни места, а излишната енергия се излъчва под формата на фотон, или енергията се прехвърля към друг електрон от външните обвивки (Електрон на Оже)
Екология и опазване на околната среда: определяне на тежки метали в почви, валежи, вода, аерозоли и др.
Геология и минералогия: качествен и количествен анализ на почви, минерали, скали и др.
Металургия и химическа промишленост: контрол на качеството на суровините, производствения процес и готовата продукция
Бояджийска индустрия: Анализ на оловни бои
35. Атомно-емисионна спектроскопия.
Атомно-емисионният спектрален анализ е набор от методи за елементен анализ, базиран на изследване на емисионните спектри на свободни атоми и йони в газовата фаза. Обикновено емисионните спектри се записват в най-удобния диапазон на дължина на вълната от 200 до 1000 nm.
NPP (атомно-емисионна спектрометрия) е метод за определяне на елементния състав на вещество от оптичните емисионни спектри на атоми и йони на анализираната проба, възбудени в светлинни източници. Като източници на светлина за анализ на атомни емисии се използват пламък на факел или различни видове плазма, включително плазма на електрическа искра или дъга, лазерна искрова плазма, индуктивно свързана плазма, светещ разряд и др. NPP е най-разпространеният експресен високочувствителен метод за идентифициране и количествено определяне на примеси на елементи в газообразни, течни и твърди вещества, включително такива с висока чистота.
Области на употреба:
Металургия: анализ на състава на метали и сплави,
Минна промишленост: изследване на геоложки проби и минерални суровини,
Екология: анализ на водата и почвата,
Техника: анализ на двигателни масла и други технически течности за метални примеси,
Биологични и медицински изследвания.
Принцип на действие.
Принципът на работа на атомно-емисионния спектрометър е доста прост. Тя се основава на факта, че атомите на всеки елемент могат да излъчват светлина с определени дължини на вълната – спектрални линии, като тези дължини на вълните са различни за различните елементи. За да започнат атомите да излъчват светлина, те трябва да бъдат възбудени – чрез нагряване, електрически разряд, лазер или по друг начин. Колкото повече атоми на даден елемент присъстват в анализираната проба, толкова по-ярко ще бъде излъчването на съответната дължина на вълната.
Интензитетът на спектралната линия на анализирания елемент, в допълнение към концентрацията на анализирания елемент, зависи от голям брой различни фактори. Поради тази причина е невъзможно теоретично да се изчисли връзката между интензитета на линията и концентрацията на съответния елемент. Ето защо анализът изисква стандартни проби, които са близки по състав до анализираната проба. Тези стандартни проби предварително се експонират (изгарят) върху устройството. Въз основа на резултатите от тези изгаряния се изгражда калибровъчна графика за всеки анализиран елемент, т.е. зависимост на интензитета на спектралната линия на елемент от неговата концентрация. Впоследствие, когато се анализират проби, тези калибровъчни криви се използват за преизчисляване на измерените интензитети в концентрация.
Подготовка на проба за анализ.
Трябва да се има предвид, че всъщност се анализират няколко милиграма проба от нейната повърхност. Следователно, за да се получат правилни резултати, пробата трябва да бъде хомогенна по състав и структура, докато съставът на пробата трябва да бъде идентичен със състава на анализирания метал. Когато се анализира метал в леярна или топилна машина, се препоръчва използването на специални охладителни форми за леене на проби. В този случай формата на пробата може да бъде произволна. Необходимо е само анализираната проба да има достатъчна повърхност и да може да бъде захваната в статива. Специални адаптери могат да се използват за анализ на малки проби като пръчки или жици.
Предимствата на метода:
безконтактност,
Способността за едновременно количествено определяне на голям брой елементи,
Висока точност,
Ниски граници на откриване,
Простота на подготовката на пробата,
Ниска себестойност.
36. Атомно-абсорбционна спектроскопия.
метод за количествено определяне на елементния състав на изпитваното вещество чрез атомни абсорбционни спектри, базиран на способността на атомите да поглъщат селективно електромагнитното лъчение в декомп. части от спектъра. A.-a.a. похарчете за промоции. устройства - абсорбатори. спектрофотометри. Проба от анализирания материал се разтваря (обикновено с образуване на соли); разтворът под формата на аерозол се подава в пламъка на горелката. Под въздействието на пламък (3000 ° C) молекулите на солта се дисоциират на атоми, които могат да абсорбират светлина. След това през пламъка на горелката се пропуска лъч светлина, в чийто спектър има спектрални линии, съответстващи на един или друг елемент. Изследваните спектрални линии се изолират от общото излъчване с монохроматор, а интензитетът им се записва от регистрационен блок. Матем. обработката се извършва по формулата: J = J0 * e-kvI,
където J и J0 са интензитетите на предаваната и падащата светлина; kv - коеф. абсорбция, в зависимост от честотата му; I - дебелина на абсорбиращия слой
по-чувствителни от атомните електроцентрали
37. Нефелометрия и турбидиметрия.
S = log (I ° / I) интензитет на падане. В разтвор (I °) разделяме на интензитета, излизащ от разтвора (I) =
k-const мътност
b е дължината на пътя на светлинния лъч
N е броят на частиците на единица. решение
При нефелометричния и турбидиметричния анализ се използва явлението разсейване на светлината от твърди частици в суспензия в разтвор.
Нефелометрията е метод за определяне на дисперсията и концентрацията на колоидни системи по интензитета на светлината, разпръсната от тях. Нефелометрия, измерванията се извършват в специално устройство, наречено нефелометър, чието действие се основава на сравняване на интензитета на светлината, разсеяна от изследваната среда, с интензитета на светлината, разпръсната от друга среда, която служи като стандарт. Теорията за разсейването на светлината от колоидни системи, при които размерът на частиците не надвишава половин дължината на вълната на падащата светлина, е разработена от английския физик Дж. Рейли през 1871 г. Съгласно закона на Рейли, интензитетът на светлината, разпръснат в посока, перпендикулярна на падащия лъч, се изразява с формулата I = QNvlk - където q е интензитетът на падащата светлина, N е общият брой частици на единица обем или частична концентрация, v е обемът на една частица, \ е дължината на вълната на падащата светлина, k е константа в зависимост от показателите на пречупване на колоидни частици и заобикалящата ги дисперсионна среда, разстоянието от източника на светлина, както и от приетите мерни единици
Турбидиметрията е метод за анализ на мътна среда, базиран на измерване на интензитета на погълната от тях светлина. Турбидиметричните измервания се правят в пропусната светлина с помощта на визуални турбидиметри или фотоелектрични колориметри. Техниката на измерване е подобна на колориметричната и се основава на приложимостта към мътна среда на Bouguer-Lambert - законът на Baer, който в случай на суспензии е валиден само за много тънки слоеве или при значителни разреждания. Турбидиметрията изисква внимателно спазване на условията за образуване на дисперсна фаза, подобни на наблюдаваните при нефелометрия. Значително подобрение в турбидиметрията е използването на турбидиметрично турбидиметрично титруване с фотоелектрични колориметри. Турбидиметрията се използва успешно за аналитично определяне на сулфати, фосфати, хлориди, цианиди, олово, цинк и др.
Основното предимство на нефелометричните и турбидиметричните методи е тяхната висока чувствителност, която е особено ценна по отношение на елементи или йони, за които няма цветни реакции. На практика, например, широко се използва нефелометричното определяне на хлориди и сулфати в природни води и подобни обекти. По точност турбидиметрията и нефелометрията са по-ниски от фотометричните методи, което се дължи основно на трудностите при получаване на суспензии с еднакъв размер на частиците, стабилност във времето и др. свойства на суспензията.
Нефелометрия и турбидиметрия се използват например за определяне на SO4 под формата на суспензия от BaSO4, Cl- под формата на суспензия на AgCl, S2- под формата на суспензия на CuS от дъното. границите на определеното съдържание ~ 0,1 μg / ml. За стандартизиране на условията на анализ в експериментите е необходимо стриктно да се контролират температурата, обемът на суспензията, концентрацията на реагентите, скоростта на разбъркване и времето на измерванията. Утаяването трябва да протича бързо, а отложените частици трябва да са малки по размер и нисък р-край. За да се предотврати коагулацията на големи частици, към разтвора често се добавя стабилизатор, например. желатин, глицерин.
38. Хроматография: история на произход, принцип на метода, приложение в съда. Изследвания.
Хроматографията е динамичен сорбционен метод за разделяне и анализ на смеси от вещества, както и за изследване на физикохимичните свойства на веществата. Тя се основава на разпределението на веществата между две фази – неподвижна (твърда фаза или течност, свързана с инертен носител) и подвижна (газова или течна фаза, елуент). Името на метода се свързва с първите хроматографски експерименти, по време на които разработчикът на метода Михаил Цвет отделя ярко оцветени растителни пигменти.
Методът на хроматография е приложен за първи път от руския ботаник Михаил Семенович Цвет през 1900 г. Той използва колона, пълна с калциев карбонат, за да отдели растителни пигменти. Първият доклад за разработването на хроматографски метод е направен от Цвет на 30 декември 1901 г. XI конгрес на естествоизпитателите и лекаритев Санкт Петербург. Първата печатна работа по хроматография е публикувана през 1903 г. в списанието Известия на Варшавското дружество на естествоизпитателите... За първи път мандат хроматографиясе появява в две от печатните произведения на Колор през 1906 г., публикувани в немско списание Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft... През 1907 г. Колор демонстрира своя метод Немско ботаническо дружество.
През 1910-1930 г. методът е незаслужено забравен и практически не се развива.
През 1931 г. R. Kuhn, A. Winterstein и E. Lederer изолират α и β фракции в кристална форма от суров каротин с помощта на хроматография, като по този начин демонстрират препаративната стойност на метода.
През 1941 г. A.J.P. Martin и R.L.M.Sing разработват нов вид хроматография, основана на разликата в коефициентите на разпределение на веществата, които трябва да бъдат разделени между две несмесващи се течности. Методът беше наречен " разделителна хроматография».
През 1947 г. Т. Б. Гапон, Е. Н. Гапон и Ф. М. Шемякин разработват метода на "йонообменна хроматография".
През 1952 г. Дж. Мартин и Р. Синг са удостоени с Нобелова награда по химия за разработването на метод за разделителна хроматография.
От средата на 20 век до наши дни хроматографията се развива интензивно и се превръща в един от най-широко използваните аналитични методи.
Класификация: газ, течност
Основи на хроматографията процес.За извършване на хроматография. разделяне в - в или определяне на техните физични и химични. характеристики обикновено се използват специални. инструменти - хроматографи. Основен хроматографски единици - хроматографски. колона, детектор и устройство за въвеждане на проба. Колоната, съдържаща сорбента, изпълнява функцията на разделяне на анализираната смес на компонентни компоненти, а детекторът изпълнява функцията на техните количества. определения. Детектор, разположен на изхода на колоната, автоматично и непрекъснато определя концентрацията на отделените съединения. в потока на подвижната След въвеждането на анализираната смес с потока на подвижната фаза в колоната, зоните на всички in-in са разположени в началото на хроматографията. колони (фиг. 1). Под действието на потока на подвижната фаза компонентите на сместа започват да се движат по колоната с разлагане. скорости, чиито стойности са обратно пропорционални на коефициентите на разпределение K на хроматографираните компоненти. Добре сорбираните острови, стойностите на константите на разпределение за които са големи, се движат по сорбентния слой по колоната по-бавно от слабо сорбираните. Следователно компонент A напуска колоната най-бързо, след това компонент B и компонент C (K A<К Б <К В). Сигнал детектора, величина к-рого пропорциональна концентрации определяемого в-ва в потоке элюента, автоматически непрерывно записывается и регистрируется (напр., на диаграммной ленте). Полученная хроматограмма отражает расположение хроматографич. зон на слое сорбента или в потоке подвижной фазы во времени.
Ориз. един.Разделяне на смес от три компонента (А, В и С) върху хроматографска колона К с детектор D: а - позицията на хроматографските зони на отделените компоненти в колоната през определени интервали от време; b - хроматограма (C - сигнал, t - време) .
С плоскослойна хроматография. отделяне на лист хартия или плоча със слой сорбент с приложени проби от изследваното вещество се поставя в хроматограф. камера. След разделяне компонентите се определят по всеки подходящ метод.
39. Класификация на хроматографските методи.
Храмотографията е метод за разделяне и анализ на вещества въз основа на разпределението на анализатора. Острови между 2 фази: мобилни и стационарни
Разтвор на смес от вещества, които трябва да се отделят, се прекарва през стъклена тръба (адсорбционна колона), пълна с адсорбент. В резултат на това компонентите на сместа се държат на различни височини на адсорбентната колона под формата на отделни зони (слоеве). Нещата са по-добри адсорбер. Не е в горната част на колоната и по-лошо се адсорбира в долната част на стълба. Веществата, които не могат да се адсорбират, преминават през колоната без да се задържат и се събират във филтъра.
Класификации:
1. Според агрегатното състояние на фазите.
1) Подвижен
А) газ (инертни газове: хелий, аргон, азон)
Б) течност
2. по начина на провеждане
1) на равнина (планарна); тънък слой хартия
2) колонен
А) опакована (напълнена колона със сорбент)
Б) капилярна (тънка стъклена/кварцова капиляра, върху чиято вътрешна повърхност е приложена неподвижна фаза)
Можете да деф. Неща в малък брой.
Летливите вещества се отделят.
40. Хроматограма. Основните параметри на хроматографския пик.
Хроматограмата е резултат от записване на зависимостта на концентрацията на компонентите на изхода от колоната от времето.
Х С
Всеки пик в хроматограмата се характеризира с два основни параметри
1. Време на задържане ( т Р) е времето от момента на инжектиране на анализираната проба до момента на регистриране на максимума на хроматографския пик. Зависи от естеството на веществото и е качествена характеристика.
2. Височина ( з) или площ ( С) връх
С = ½ ω × з. (4)
Височината и площта на върха зависят от количеството на веществото и са количествени характеристики.
Времето на задържане се състои от два компонента - времето на престой на веществата в подвижната фаза ( т м) и времето, прекарано в стационарната фаза ( т с):
Идентифицирането на пикове на неизвестни компоненти на анализираната смес се извършва чрез сравняване (сравнение) rel. стойности, определени директно от хроматограмата, със съответните таблични данни за известни съединения. При идентифициране в хроматография, валиден е само отрицателен. отговор; например, пик i не е място А, ако времената на задържане на пик i и място А не съвпадат. Съвпадението на времената на задържане на пик i и остров А е необходимо, но не и достатъчно условие за заключението, че пикът i е източникът А.
В практическата работа изборът на един или друг параметър за количествена интерпретация на хроматограмите се определя от комбинираното влияние на няколко фактора, скоростта и лекотата на изчисление, формата (широка, тясна) и степента на асиметрия на хроматографския пик , ефективността на използваната колона, пълнотата на разделяне на компонентите на сместа, наличието на необходимите автоматизирани устройства (интегратори, компютърни системи за обработка на данни от хроматографска аализа).
Определеният параметър на хроматографския пик се измерва от оператора на хроматограмата ръчно в края на цикъла на разделяне на компонентите на анализираната смес
Определеният параметър на хроматографския пик се измерва автоматично с помощта на цифрови волтметри, интегратори или специализирани компютри едновременно с разделяне на компонентите на анализираната смес в колоната и запис на хроматограмата
Тъй като техниката за декодиране на хроматограми се свежда до измерване на параметрите на хроматографските пикове на съединението, представляващо интерес и стандартното съединение, хроматографските условия трябва да осигурят пълното им разделяне, доколкото е възможно, всички други компоненти на оригиналната проба при приетите аналитичните условия може да не се отделят едно от друго или дори да не се появяват изобщо на хроматограмата (това е предимство на метода IS пред метода за вътрешна нормализиране)
41. Качествен хроматографски анализ.
При достатъчна дължина на колоната може да се извърши пълно разделяне на компонентите на всяка смес. И след елуиране на отделените компоненти в отделни фракции (елуати), определете количеството на компонентите на сместа (съответства на броя на елуатите), установете техния качествен състав и определете количеството на всеки от тях, като използвате подходящите методи за количествен анализ .
Качествен хроматографски анализ, т.е. Идентифицирането на веществото чрез неговата хроматограма може да се извърши чрез сравняване на хроматографските характеристики, най-често на обема на задържане (т.е. обема на подвижната фаза, преминала през колоната от началото на инжектирането на сместа до появата на тази компонент на изхода от колоната), намерен при определени условия за компонентите на анализираната смес и за еталон.
42. Количествен хроматографски анализ.
Количественият хроматографски анализ обикновено се извършва на хроматограф. Методът се основава на измерване на различни параметри на хроматографския пик в зависимост от концентрацията на хроматографираните вещества - височина, ширина, площ и задържащ обем или произведението на задържащия обем и височината на пика.
Количествената газова хроматография използва методи за абсолютно калибриране и вътрешно нормализиране или нормализиране. Използва се и методът на вътрешния стандарт. При абсолютно калибриране зависимостта на височината или площта на пика от концентрацията на веществото се определя експериментално и се изграждат калибровъчни графики или се изчисляват съответните коефициенти. След това се определят същите характеристики на пиковете в анализираната смес и концентрацията на аналита се намира от калибровъчната графика. Този прост и точен метод е основен при определянето на следи от примеси.
Когато се използва методът за вътрешна нормализиране, сумата от всички параметри на върховете, например сумата от височините на всички пикове или сумата от техните площи, се приема за 100%. Тогава съотношението на височината на отделния пик към сумата от височини или съотношението на площта на един пик към сумата от площите, когато се умножи по 100, ще характеризира масовата част (%) на компонента в сместа . При този подход е необходимо зависимостта на стойността на измервания параметър от концентрацията да бъде еднаква за всички компоненти на сместа.
43. Планарна хроматография. Използване на тънкослойна хроматография за анализ на мастилото.
Първата форма на използване на целулоза в тънкослойна хроматография е хартиената хроматография. Наличните плочи за TLC и високоефективни TLC позволяват разделянето на смеси от полярни вещества, докато най-малко трикомпонентни смеси от вода, органичен разтворител, несмесващ се с нея, и водоразтворим разтворител, който насърчава образуването на една фаза и [re] се използват като елуент:
където E °- стандартен електроден потенциал, V;
н- броят на електроните, участващи в процеса.
Потенциометричните измервания се извършват чрез спускане на два електрода в разтвора - индикатор, който реагира на концентрацията на определяните йони, и стандартен или референтен електрод, спрямо който се измерва потенциалът на индикатора. Използват се няколко вида индикаторни и стандартни електроди.
Първокласни електродиса обратими по отношение на металните йони, които съставляват електрода. Когато такъв електрод се спусне в разтвор, съдържащ метални катиони, се образува електродна двойка: М н + /М.
Електроди тип II са чувствителни към аниони и представляват метал М, покрит със слой от неговата неразтворима сол МА с анион А- към които електродът е чувствителен. При контакт на такъв електрод с разтвор, съдържащ посочения анион А- възниква потенциал Е, чиято стойност зависи от произведението на разтворимостта на солта
ДР МА и концентрацията на аниона [ А-] в разтвор.
Електродите от втория вид са сребърен хлорид и каломел. Наситените сребърен хлорид и каломелови електроди поддържат постоянен потенциал и се използват като референтни електроди, спрямо които се измерва потенциалът на индикаторния електрод.
Инертни електроди- плоча или тел от трудно окисляеми метали - платина, злато, паладий. Използват се за измерване на Е в разтвори, съдържащи редокс двойка (например Fe 3+ / Fe 2+).
Мембранни електроди различните видове имат мембрана, върху която възниква мембранен потенциал Е. Стойността на Е зависи от разликата в концентрацията на един и същ йон от различните страни на мембраната. Най-простият и най-често използваният мембранен електрод е стъкленият електрод.
Смесване на неразтворими соли като AgBr, AgCl, AgIи други с някои пластмаси (гуми, полиетилен, полистирол) доведоха до създаването йоноселективни електродина Бр-, кл-, аз- селективно адсорбиране на посочените йони от разтвора поради правилото на Панет - Фаянс - Гана. Тъй като концентрацията на откритите йони извън електрода се различава от тази вътре в електрода, равновесията на повърхностите на мембраната са различни, което води до появата на мембранен потенциал.
За извършване на потенциометрични определяния се сглобява електрохимична клетка от индикаторен референтен електрод, който се спуска в анализирания разтвор и се свързва към потенциометър. Електродите, използвани в потенциометрията, имат голямо вътрешно съпротивление (500-1000 MΩ), следователно има видове потенциометри, които са сложни електронни волтметри с високо съпротивление. За измерване на ЕДС на електродната система в потенциометри се използва компенсационна верига за намаляване на тока в клетъчната верига.
Най-често потенциометрите се използват за директни измервания на pH, индикатори за концентрацията на други йони pNa, pK, pNH2, pClи mV. Измерванията се извършват с помощта на подходящи йоноселективни електроди.
За измерване на pH се използват стъклен електрод и референтен електрод от сребърен хлорид. Преди извършване на анализи е необходимо да се провери калибрирането на pH метри с помощта на стандартни буферни разтвори, чиито фиксатори се прилагат към устройството.
pH метри освен директни измервания рН, pNa, pK, pNH3, pClа други позволяват да се определи потенциометрично титруване на йона.
1.3 Потенциометрично титруване
Потенциометричното титруване се извършва в случаите, когато химически индикатори не могат да се използват или при липса на подходящ индикатор.
При потенциометричното титруване като индикатори се използват потенциометърни електроди, които са влакнести в разтвора за титруване. В този случай се използват електроди, чувствителни към титрувани йони. В хода на титруването концентрацията на йони се променя, което се записва по скалата на измервателната част на потенциометъра. След като се записват показанията на потенциометъра в единици pH или mV, се начертава графика на тяхната зависимост от обема на титранта (крива на титруване), определят се точката на еквивалентност и обемът на титранта, изразходван за титруване. Въз основа на получените данни се начертава потенциометрична крива на титруване.
Потенциометричната крива на титруване има форма, подобна на кривата на титруване в титриметричния анализ. Кривата на титруване се използва за определяне на точката на еквивалентност, която е в средата на скока на титруване. За това допирателните се изтеглят към участъците от кривата на титруване и точката на еквивалентност се определя в средата на тангенса на скока на титруване. Най-голямата стойност на промяната ? pH /? Vпридобива в точката на еквивалентност.
Още по-точно точката на еквивалентност може да се определи по метода на Гран, според който се изгражда зависимостта ? V/? Eвърху обема на титранта. Потенциометричното титруване може да се извърши по метода на Гран, без да се довежда до точката на еквивалентност.
Потенциометричното титруване се използва във всички случаи на титриметричен анализ.
При киселинно-алкално титруване се използват стъклен електрод и референтен електрод. Тъй като стъкленият електрод е чувствителен към промени в pH на средата, когато те се титруват с потенциометър, се записват промените в pH на средата. Киселинно-алкалното потенциометрично титруване се използва успешно при титруването на слаби киселини и основи (pK ≈ 8). При титруване на смеси от киселини е необходимо техният рК да се различава с повече от 4 единици, в противен случай част от по-слабата киселина се титрува заедно със силната и скокът на титруване не е ясно изразен.
Това позволява използването на потенциометрия за нанасяне на експериментални криви на титруване, избор на индикатори за титруване и определяне на константи на киселинност и основност.
При преципитационно потенциометрично титруване като индикатор се използва метален електрод, който представлява електродна двойка с определяните йони.
Когато се използва комплексометрично титруване: а) метален електрод, обратим спрямо йона на определяния метал; б) платинен електрод в присъствието на редокс двойка в разтвора. Когато титрантът се свърже с един от компонентите на редокс двойката, концентрацията му се променя, което причинява промени в потенциала на платиновия индикаторен електрод. Използва се и обратно титруване на излишния разтвор на EDTA, добавен към металната сол с разтвор на желязна (III) сол.
Редокс титруването използва референтен електрод и платинен индикаторен електрод, чувствителни към редокс пари.
Потенциометричното титруване е един от най-широко използваните методи за инструментален анализ поради своята простота, достъпност, селективност и широки възможности.
1.4 Кондуктометрия. Кондуктометрично титруване
Кондуктометрията се основава на измерване на електрическата проводимост на разтвора. Ако два електрода се поставят в разтвор на вещество и се приложи потенциална разлика към електродите, тогава през разтвора ще тече електрически ток. Както всеки проводник на електричество, разтворите се характеризират със съпротивление Ри обратната му стойност - електропроводимост Л:
където Р- съпротивление, ома;
Специфично съпротивление, Ohm. см;
С - площ, см 2.
където Л - електрическа проводимост, Ohm - 1;
Р- съпротивление, ом.
Кондуктометричният анализ се извършва с помощта на кондуктометри - устройства, които измерват съпротивлението на разтворите. По големината на съпротивлението Ропределяне на обратната електропроводимост на разтворите Л.
Концентрацията на разтворите се определя чрез директна кондуктометрия и кондуктометрично титруване. Директна кондуктометриясе използва за определяне на концентрацията на разтвор от калибровъчна графика. За да съставите графика за калибриране, измерете електрическата проводимост на серия от разтвори с известна концентрация и изградете графика за калибриране на зависимостта на електрическата проводимост от концентрацията. След това се измерва електрическата проводимост на анализирания разтвор и концентрацията му се определя от графиката.
По-често се използва кондуктометрично титруване... В този случай анализираният разтвор се поставя в клетката с електродите, клетката се поставя върху магнитна бъркалка и се титрува с подходящ титрант. Титрантът се добавя на равни части. След добавяне на всяка част от титранта, измерете електрическата проводимост на разтвора и построете графика на връзката между електрическата проводимост и обема на титранта. При добавяне на титранта се променя електрическата проводимост на разтвора, т.е. в кривата на титруване възниква точка на прегъване.
От н йонната подвижност зависи от електрическата проводимост на разтвора: толкова по-висока е мобилността b йони, толкова по-електрически проводимост на разтвора.
Кондуктометричното титруване има редица предимства. Може да се извършва в мътна и цветна среда, при липса на химически индикатори. Методът има повишена чувствителност и ви позволява да анализирате разредени разтвори на вещества (до 10-4 mol / dmi). Смесите от вещества се анализират чрез кондуктометрично титруване. разликите в подвижността на различните йони са значителни и те могат да се титруват диференцирано в присъствието един на друг.
Кондуктометричният анализ може лесно да бъде автоматизиран, ако разтворът на титранта се подава от бюретата с постоянна скорост и промяната в електрическата проводимост на разтвора се записва на рекордер.
Този тип кондуктометрия се нарича хроно- кондуктометричен анализ.
При киселинно-алкалното титруване кондуктометричният метод може да се използва за определяне на силни киселини, слаби киселини, соли на слаби основи и силни киселини.
V валежи кондуктометричнититруванеелектропроводимостта на титруваните разтвори първо намалява или остава на определено постоянно ниво поради свързването на титрувания електролит в утайката, след т.е. когато се появи излишък от титрант, той отново се увеличава.
V комплексметрично кондуктометрично титруванепромените в електрическата проводимост на разтвора възникват поради свързването на метални катиони в комплекс с EDTA.
Редокс кондуктометричнатитро- ванивъз основа на промяна в концентрацията на реагиращите йони и появата на нови йони в разтвора, което променя електрическата проводимост на разтвора.
През последните години се развива високочестотна кондуктометрия, при което електродите не влизат в контакт с разтвора, което е важно при анализиране на агресивни среди и разтвори в затворени съдове.
Бяха разработени два варианта - праввисокочестотна кондуктометрия и високочестотно титруване.
Директната високочестотна кондуктометрия се използва за определяне на съдържанието на влага на вещества, зърно, дървесина, концентрацията на разтвори в затворени съдове - ампули, при анализа на агресивни течности.
Високочестотното титруване се извършва на специални титратори - TV-6, TV-6L.
Високочестотното кондуктометрично титруване се извършва според вида киселинно-алкално, редокс или преципитационно титруване в случаите, когато няма подходящ индикатор или при анализиране на смеси от вещества.
1.5 Кулонометрия. Кулометрично титруване
В кулометрията веществата се определят чрез измерване на количеството електричество, изразходвано за тяхното количествено електрохимично преобразуване. Кулометричният анализ се извършва в електролитна клетка, в която се поставя разтвор на аналита. Когато съответният потенциал се приложи към клетъчните електроди, настъпва електрохимична редукция или окисление на веществото. Според законите на електролизата, открити от Фарадей, количеството вещество, което е реагирало върху електрода, е пропорционално на количеството електричество, преминало през разтвора:
където ж- масата на освободеното вещество, g;
н- броят на електроните, прехвърлени в електродния процес;
Ф- число на Фарадей (F = 96485 C / mol);
аз- сила на тока, A;
т -време, s;
М- моларна маса на освободеното вещество, g / mol.
Кулометричният анализ ви позволява да определите вещества, които не се утаяват върху електродите или не излизат в атмосферата по време на електрохимична реакция.
Правете разлика между директна кулометрия и кулометрично титруване... Високата точност и чувствителност на методите за измерване на електрически ток осигурява кулометричен анализ с уникална точност от 0,1-0,001%, а чувствителност до 1 10 -8? 1 10 -10 г. Поради това кулометричният анализ се използва за определяне на следи от примеси и продукти на разрушаване на веществата, което е важно при контрола на тяхното качество.
За индикация т.е. при кулометрично титруване могат да се използват химични и инструментални методи - добавяне на индикатори, откриване на оцветени съединения чрез фотометрични или спектрофотометрични методи.
За разлика от други методи за анализ, кулометрията може да бъде напълно автоматизирана, което минимизира случайните грешки при определянето. Тази функция беше използвана за създаване на автоматични кулометрични титратори - чувствителни устройства, използвани за особено точни анализи, когато други методи не са достатъчно чувствителни. При анализ на вещества, които са слабо разтворими във вода, може да се извърши кулометрия върху електроди от ацетилен сажди, които са добър адсорбент и извличат такива вещества от реакционната среда с достатъчна пълнота. Кулометричното титруване е обещаващ метод за инструментален анализ. Може да намери широко приложение за решаване на редица специални аналитични задачи - анализ на примеси, малки количества лекарства, определяне на токсични вещества, микроелементи и други съединения в биологичния материал и околната среда.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Статията прави преглед на основните електрохимични методи на изследване, описва подробно техния принцип, приложение, предимства и недостатъци.
Електрохимични методи за анализ - група от методи за количествен химичен анализ, основани на използването на електролиза.
Разновидности на метода са електрогравиметричен анализ (електроанализ), вътрешна електролиза, контактен метален обмен (циментиране), полярографски анализ, кулометрия и др. По-специално, електрогравиметричният анализ се основава на претегляне на вещество, отделено от един от електродите. Методът позволява не само да се извършват количествени определяния на мед, никел, олово и др., но и да се отделят смеси от вещества.
В допълнение, електрохимичните методи за анализ включват методи, базирани на измерване на електрическа проводимост (кондуктометрия) или електроден потенциал (потенциометрия). Използват се няколко електрохимични метода за намиране на крайната точка на титруване (амперометрично титруване, кондуктометрично титруване, потенциометрично титруване, кулометрично титруване).
СПИСЪК НА ИЗПОЛЗВАНАТА ЛИТЕРАТУРА
1. Основи на съвременния електрохимичен анализ. Будников Г.К., Майстренко В.Н., Вяселев М.Р., М., Мир, 2003.
2. Й. Пламбек, изд. S. G. Mairanovskiy Електрохимични методи за анализ. Основи на теорията и приложението: прев. от английски / Видания: Мир, 1985.
3. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Електрохимия - М.: химия, 2001.624 стр.
4. СТО 005-2015. Система за управление на качеството. Учебно-методическа дейност. Регистрация на курсови проекти (работи) и заключителни квалификационни работи по технически специалности.
Публикувано на Allbest.ru
...Подобни документи
Класификация на електрохимичните методи за анализ, същността на волтамперометрията, кондуктометрията, потенциометрията, амперометрията, кулометрията, тяхното приложение в опазването на околната среда. Характеристики на оборудването за химическо анализиране и основните доставчици.
курсова работа, добавена на 01/08/2010
Електрохимичните методи се основават на измерване на електрическите параметри на електрохимичните явления, възникващи в изпитвания разтвор. Класификация на електрохимичните методи за анализ. Потенциометрично, кондуктометрично, кулометрично титруване.
резюме, добавен на 01.07.2011
Класификация на електрохимичните методи за анализ. Потенциометрично определяне на концентрацията на вещество в разтвор. Принципът на кондуктометрията. Видове реакции при кондуктометрично титруване. Количествен полярографски анализ. Директна кулометрия.
курсова работа, добавена на 04.04.2013
Същността на електроаналитичните методи, способността за получаване на експериментална информация за кинетиката и термодинамиката на химичните системи. Предимства, недостатъци и пригодност на волтамперометрията, кондуктометрията, потенциометрията, амперометрията и кулометрията.
резюме, добавен на 20.11.2009
Обща характеристика на потенциометричния анализ. Индикаторни електроди (електроннообменни и йоноселективни). Видове потенциометричен метод за анализ. Директна потенциометрия и потенциометрично титруване. Измерване на ЕМП на електрохимични вериги.
курсова работа, добавена на 08.06.2012
Общи понятия, условия и класификация на електрохимичните методи за анализ. Потенциометричен анализ (потенциометрия). Амперометрично титруване (потенциометрично поляризационно титруване). Количествен полярографски анализ.
резюме, добавено на 01.10.2012 г
Електрохимични методи на изследване, тяхната класификация и същност история на произход. Определяне на концентрацията на киселина чрез кондуктометрично титруване; потенциали на електродите, ЕМП на галваничен елемент, електрохимичен еквивалент на мед.
курсова работа, добавена на 15.12.2014
Изследване на метода за потенциометричен анализ. Анализ и оценка на обектите на изследване. Изследване на техниката на потенциометричен анализ в приложението към този обект. Определяне на възможността за използване на методите за потенциометричен анализ на месни продукти.
курсовата работа е добавена на 16.09.2017 г
Основни електрохимични методи за анализ. Обща характеристика на потенциометричния анализ. Видове потенциометричен метод за анализ. Приложение на галванична клетка с два електрода. Процедурата за измерване на потенциала на индикаторния електрод.
курсова работа, добавена на 11.08.2014
Класификация на инструменталните методи за анализ според определяния параметър и метода на измерване. Същността на потенциометричното, амперометричното, хроматографското и фотометричното титруване. Качествено и количествено определяне на цинков хлорид.
Методите за измерване на електрохимична концентрация използват електрохимична клетка. Най-простата клетка се състои от двойка електроди, потопени в електролитен разтвор. Разтворът на електролита се поставя в един съд или в два, свързани с мост с електролит (трансферна клетка). Електродите могат да бъдат свързани директно един към друг чрез проводник (вътрешна електролиза) или чрез проводници чрез захранване (външна електролиза).
Механизмът за пренос на електричество в различните части на електрическата верига е различен. Електрическият заряд се пренася по проводниците от електрони, в разтвор - от йони. На интерфейса настъпва промяна в механизма на проводимост в резултат на възникването на хетерогенна редокс реакция. Нарича се електрохимична или електродна реакция, тоест реакция, свързана с обмяната на заряди между химични съединения в различни фази - твърда (повърхност на електрода) и течност (електролитен разтвор).
В разтвор има химични съединения, които лесно даряват електрони на електрод, изработен от определен материал, като платина или графит, тоест те се окисляват върху него. Такъв електрод се нарича анод. На повърхността на анода се образува окислител, който може да остане върху нея (адсорбира), да се разтвори в анодния материал (живачен анод) или да дифундира в разтвора на електролита под действието на дифузионни сили (градиент на концентрация).
Например в разтвор на CuCl 2
2Cl - - 2 д= Cl 2
(Червено 1 - не= Ох 1)
Pt електроден разтвор
Cl - → ← Cl 2
Газообразният Cl 2, образуван на повърхността на платинения електрод, ще дифундира в разтвора на електролита.
В разтвора има и химични съединения, които лесно приемат електрони от електрода, т.е. са възстановени върху него. Такъв електрод се нарича катод. На повърхността на катода се образува редуциращ агент, който може да остане върху нея (адсорбира), да се разтвори в анодния материал (живачен катод) или да дифундира в разтвора на електролита под действието на дифузионни сили.
Например в разтвор на CuCl 2
Cu 2 + - + 2e = Cu 0
(Ox 2 + ne = червено 2)
Hg електроден разтвор
Cu 2+ → Cu 0 → Cu 0 (Hg)
Медните атоми, образувани на повърхността на живачния електрод, ще дифундират дълбоко в живака, разтваряйки се в него с образуването на амалгама.
И на анода, и на катода се образуват нови химични съединения, които преди това не са били в разтвора. Ако има пренос на заряд от една фаза в друга, тогава на интерфейса се установява електрически потенциал (енергия).
Ако електродите са свързани с проводник, тогава при достатъчна потенциална разлика между електродите, съпротивлението на разтвора към движението на зарядите ще бъде преодоляно и през разтвора ще протича електрически ток (движение на заряди). Този ток може да бъде измерен.
Електрохимичните методи за химичен анализ се основават на използването на явления и процеси, протичащи на повърхността на електрода, в близкия до електродния слой или в електролитен разтвор, свързани с химическата природа и съдържанието на компонентите в разтвора.
Измерват се електрическите свойства на системата електрод - електролит (електроден потенциал, сила на електрическия ток, количество електричество, електропроводимост и др.) Всички разглеждани електрически величини зависят от концентрацията на всички компоненти на електролитния разтвор. Следователно всеки от тях - електрическата проводимост на електролита, потенциалът на електрода, силата на електрическия ток, капацитетът на електрическия двоен слой и други - може да служи като аналитичен сигнал, ако е функционално свързан с концентрацията на аналита в анализирания разтвор и е измерима. Измерените стойности на електрическите свойства се използват за количествен, а понякога и за качествен химичен анализ на състава на веществото.
Съществуват различни класификации на електрохимичните методи за определяне на концентрацията на компонент. Например, методите могат да бъдат класифицирани по следния начин.
1. Методи, базирани на протичането на електродната реакция.
1.1. Методи, базирани на преминаването на електрически ток през електрохимична клетка:
-- волтаметрия– метод, въз основа на измерване на силата на дифузионния ток на електроокисление или електроредукция на определения компонент при определена стойност на потенциала на индикаторния електрод;
- кулометрия– метод, въз основа на измерване на количеството електричество (законът на Фарадей), изразходвано за електрохимичната реакция на определения компонент;
- електрогравиметрия– метод, въз основа на измерване на масата на определения компонент, освободен от електрода, когато електрически ток преминава през електролитен разтвор (законът на Фарадей);
1.2 Методи, базирани на измерване на потенциалната разлика между двойка електроди с потока на незначителни токове в разтвора:
-- потенциометрия– метод, въз основа на измерването на потенциалната разлика между индикаторния електрод и референтния електрод;
2. Методи, които не са свързани с хода на електродната реакция:
-- кондуктометрия– метод, въз основа на измерването на специфичната електрическа проводимост на разтвора, която зависи от естеството и концентрацията на компонентите, разтворени в него.
Концентрацията на определения компонент в пробата от веществото на обекта на химичен анализ се намира, както при всеки друг физичен метод за химичен анализ, от калибровъчната графика.
внимание.Средствата за измерване на електрическите свойства на веществата се използват и при химични методи за количествен химичен анализ, като титриметрия, за да се фиксира еквивалентният обем на титранта по време на химическа реакция. Това е така нареченият инструментален (неиндикаторен) метод за фиксиране на точката на еквивалентност. С помощта на средствата за измерване на електрическите свойства на веществата се измерва съответното електрическо свойство на определяния компонент, което се променя с добавянето на всяка порция от титранта. В точката на еквивалентност интензитетът на измерваното свойство се променя рязко и този момент може да бъде фиксиран чрез конструиране и графична обработка на кривата на титруване, нанесена в координатите “ измерена стойност на електрическото свойство - добавен обем титрант ”... Концентрацията на определения компонент се намира от закона за еквивалентите. Това разширява възможностите на титриметричните методи при анализа на цветни, мътни разтвори, агресивни среди и др., където използването на цветни индикатори за фиксиране на точката на еквивалентност е невъзможно. Методите на титруване в този случай се наричат, както следва: метод на потенциометрично титруване, метод на кондуктометрично титруване, метод на амперометрично титруване и др. Според метода за сравнение със стандарта тези методи принадлежат към химичните методи за количествен химичен анализ.
Характерните предимства на електрохимичните методи за химичен анализ са ниска граница на определяне, бърз анализ, лекота на извършване на измервания чрез измерване, възможност за автоматизация и непрекъснатост на химическия анализ. Въпреки това процесите, протичащи в електрохимичните клетки, са доста трудни за разбиране и интерпретиране на получените резултати поради тяхната неяснота, поради което е практически невъзможно да се извърши качествен анализ на проба от вещество с тези методи, което ограничава възможностите на електрохимични методи за химичен анализ на вещества.
Недостатъкът на електрохимичните методи за анализ в сравнение с химичните методи за количествен анализ е тяхната относително ниска точност (грешка на анализа ~ 10%), но някои методи (кулометрия, електрогравиметрия) са с висока точност (грешка на анализа ~ 0,01%).
2. МЕТОДИ ЗА ЕЛЕКТРОХИМИЧЕН АНАЛИЗ
Електрохимичните методи за анализ и изследване се основават на изследването и използването на процеси, протичащи на повърхността на електрода или в околоелектродното пространство. Като аналитичен сигнал може да служи всеки електрически параметър (потенциал, сила на тока, съпротивление и т.н.), функционално свързан с концентрацията на анализирания разтвор и подлежащ на коректно измерване.
Разграничаване директни и индиректни електрохимични методи.Директните методи използват зависимостта на силата на тока (потенциал и т.н.) от концентрацията на аналита. При индиректните методи се измерва силата на тока (потенциал и др.), за да се намери крайната точка на титруването на аналита с подходящ титрант, т.е. използва се зависимостта на измервания параметър от обема на титранта.
За всякакъв вид електрохимични измервания е необходима електрохимична верига или електрохимична клетка, от която анализираният разтвор е неразделна част.
2.1. Метод за потенциометричен анализ
2.1.1. Основни закони и формули
Потенциометричните методи се основават на измерване на потенциалната разлика между индикаторния електрод и референтния електрод, или по-точно, електродвижещи сили(EMF) на различни вериги, тъй като именно EMF е потенциалната разлика, която се измерва експериментално.
Равновесен потенциал на индикаторния електродсвързани с активността и концентрацията на вещества, участващи в електродния процес, уравнението на Нернст:
E = E ° + R T / (n F) вътрешен (и оксид/и бунт)
E = E ° + R T / (n F) вътрешен ([ оксид] ү оксид / ( [ бунт] ү почивка)),
Р - универсална газова константа, равна на 8,31 J / (mol. K); T е абсолютната температура;Ф - константа на Фарадей (96500 C / mol);н - броят на електроните, участващи в електродната реакция; и оксид, и бунт- активността съответно на окислената и редуцираната форма на редокс системата;[ оксид] и[ бунт] - моларните им концентрации; ү оксид, ү остатък - коефициенти на активност; E° е стандартният потенциал на редокс системата.
Заместване т= 298,15 K и числените стойности на константите в уравнението, получаваме:
E = E ° + (0,059 /н) lg (и оксид/и бунт)
E = E ° + (0,059 /н) lg ([ оксид] ү оксид / ([ бунт] ү почивка))
Методи за директна потенциометриясе основават на прилагането на уравнението на Нернст за намиране на активността или концентрацията на участник в електродната реакция от експериментално измерената ЕМП на веригата или потенциала на електрода. Най-разпространеният сред директните потенциометрични методи е методът за определяне на pH, но неотдавнашното създаване на надеждно работещи йон-селективни електроди значително разшири практическите възможности на директните методи. pH също се измерва чрез потенциометрично титруване.
За определяне на pH най-често се използва стъклен електрод. Основните предимства на стъкления електрод са лекотата на работа, бързото установяване на равновесие и възможността за определяне на pH в редокс системи. Недостатъците включват крехкостта на материала на електрода и сложността на работата при преминаване към силно алкални и силно киселинни разтвори.
В допълнение към концентрацията на водородните йони, съдържанието на няколко десетки различни йони може да се определи чрез директен потенциометричен метод с йоноселективни електроди.
Потенциометрично титруваневъз основа на определянето на точката на еквивалентност от резултатите от потенциометричните измервания. Близо до точката на еквивалентност настъпва рязка промяна (скок) в потенциала на индикаторния електрод. Точно както в други титриметричниметоди, реакциите на потенциометрично титруване трябва да протичат стриктно стехиометрично, има висока скорост и преминете докрай.
За потенциометрично титруване се сглобява верига от индикаторния електрод в анализирания разтвор и референтния електрод. Като референтни електроди най-често се използват каломелови или сребърни хлоридни електроди.
Видът на индикаторния електрод, използван за потенциометрично титруване, зависи от свойствата титриметричнисмес и нейното взаимодействие с електрода. При киселинно-основно титруване се използва стъклен електрод, при редокс титруване - инертен (платинен) електрод или електрод, обратим по отношение на един от йоните, съдържащи се в титриметричнисмеси; при валежите - сребърен електрод; v комплексометричен- метален електрод, обратим към титрувания метален йон.
За да се намери точката на еквивалентност, диференциална крива често се начертава в координати дЕ/ д V - V ... Точката на еквивалентност се обозначава с максимума на получената крива, а отчитането на абсцисата, съответстващо на този максимум, дава обема на титранта, изразходванза титруване до точката на еквивалентност. Определянето на точка на еквивалентност преди диференциална крива е много по-точно от използването на проста зависимост Е - V.
Основните предимства на метода на потенциометрично титруване са високата точност и възможността за извършване на определения в разредени разтвори, в мътна и оцветена среда, както и за определяне на няколко вещества в един разтвор без предварително разделяне. Областта на практическо приложение на потенциометричното титруване при използване на неводни разтворители значително се разширява. Те позволяват да се анализират многокомпонентни системи, които не могат да бъдат определени във воден разтвор, да се анализират вещества, които са неразтворими или се разлагат във вода и др. Потенциометричното титруване може лесно да се автоматизира. Индустрията произвежда няколко вида автоматични титратори, използващи потенциометрични сензори.
Недостатъците на потенциометричното титруване включват не винаги бързо установяване на потенциала след добавяне на титранта и необходимостта в много случаи да се извърши голям брой отчитания по време на титруването.
При потенциометричния анализ основните измервателни уреди са различни видове потенциометри. Предназначени са за измерване на ЕМП на електродната система. Тъй като emf зависи от активността на съответните йони в разтвора, много потенциометри също дават възможност за директно измерване на pX стойността - отрицателния логаритъм на активността на X йони. йономери... Ако потенциометърът и електродната система са предназначени да измерват активността само на водородни йони, устройството се нарича pH метър.А.А. Вихарев, С.А. Зуйкова, Н.А. Чемерис, Н.Г. Domina
КУРСОВА РАБОТА
По дисциплина: ______ ___________
ОБЯСНИТЕЛНА БЕЛЕЖКА
_______ Потенциометрия и потенциометрично титруване ________
(Пълно име) (подпис)
ОЦЕНКА: _____________
Дата: ___________________
ПРОВЕРЕНО
Ръководител проект: А. В. Цибизов /________________/
(Пълно име) (подпис)
Санкт Петербург
Катедра Металургия на цветните метали
КУРСОВА РАБОТА
По дисциплина _________ Физикохимични методи за анализ на вещества __________
(наименование на дисциплината според учебния план)
УПРАЖНЕНИЕ
За студент в група: ONG-10-1Фандофан А.А. . (код на групата) (пълно име)
1. Тема на проекта: Потенциометрия и потенциометрично титруване.
3. Списък на графичния материал: Представяне на резултатите под формата на графики, таблици, фигури.
4. Дата на завършване на завършения проект 10.12.12
Ръководител проект: А. В. Цибизов /________________/
(Пълно име) (подпис)
Дата на издаване на заданието: 24.10.12
анотация
Тази обяснителна бележка е доклад за изпълнението на курсовия проект. Целта на работата е да се научи как да се ориентира в основния поток от информация за аналитичната химия, да работи с класическа и периодична литература в областта на аналитичната химия на цветни метали, да технически компетентно да разбере и оцени предложените методи и методи за анализ.
Страници 17, фигури 0.
Обобщението
Тази обяснителна бележка е доклад за изпълнението на курсов проект. Целта е да се научи да се ориентира в масовите медии в аналитичната химия, да работи с класическа литература и периодични издания в областта на аналитичната химия на цветни метали, технически компетентен да разбира и оценява предлаганите методи и техники за анализ.
Страници 17, фигури 0.
Резюме .. 3
Въведение. 5
Кратко описание на електрохимичните методи за анализ .. 6
Потенциометрия .. 7.
Директна потенциометрия .. 10
Потенциометрично титруване. тринадесет
Заключение. шестнадесет
Литература .. 17
Въведение
Целта на работата е да се научи как да се ориентира в основния поток от информация за аналитичната химия, да работи с класическа и периодична литература в областта на аналитичната химия на цветни метали, да технически компетентно да разбере и оцени предложените методи и методи на анализа.
Като се вземат предвид особеностите на аналитичния контрол в цветната металургия (много определени елементи, включително елементи от отпадъчни скали, сателитни елементи; сложни комбинации от елементи в минерали; много широк диапазон от концентрации на елементи и др.), най-разпространените методи на физич. и химичен анализ във фабрични и изследователски лаборатории, трябва да се включват такива класически методи като титриметрия (включително комплексометрия), гравиметрия (за високи концентрации на елементи и арбитражен анализ) и особено интензивно развиващите се напоследък оптични методи за анализ (спектрофотометрия, екстракционно-фотометричен метод, атомно-абсорбционен анализ, рентгенов спектрален анализ) и електрохимичен (потенциометрия, волтаметрия).
Разнообразието от суровини ни представя широка гама от метали и елементи, които трябва да бъдат количествено определени: основни метали от цветната и черната металургия (мед, никел, олово, цинк, калай, алуминий, магнезий, титан, антимон, арсен, желязо , кадмий, сребро, хром и др.), скалообразуващи елементи (силиций, калций, натрий, хлор, флуор, сяра, фосфор и др.) и редки метали (литий, рубидий, цезий, цирконий, хафний, ванадий, ниобий, тантал, молибден, волфрам, рений, галий, индий, талий, германий, селен, телур и др.).
Кратко описание на електрохимичните методи за анализ
Електрохимичните методи за анализ и изследване се основават на изследването и използването на процеси, протичащи на повърхността на електрода или в околоелектродното пространство. Като аналитичен сигнал може да служи всеки електрически параметър (потенциал, сила на тока, съпротивление и т.н.), функционално свързан с концентрацията на анализирания разтвор и подлежащ на коректно измерване.
Голямо удобство е, че електрохимичните методи използват електрически въздействия и фактът, че резултатът от това въздействие (отговор) се получава и под формата на електрически сигнал. Това гарантира висока скорост и точност на отчитане, отваря широки възможности за автоматизация. Електрохимичните методи за анализ се отличават с добра чувствителност и селективност, в някои случаи те могат да бъдат приписани на микроанализа, тъй като понякога по-малко от 1 ml разтвор е достатъчен за анализ.
За всякакъв вид електрохимични измервания е необходима електрохимична верига или електрохимична клетка, от която анализираният разтвор е неразделна част. Веществото, което се определя, може да бъде включено както в състава на електролита, запълващ клетката, така и в състава на един от електродите. Ако аналитичната окислително-редукционна реакция протича спонтанно върху електродите на клетката, тоест без прилагане на напрежение от външен източник, а само поради потенциалната разлика (EMF) на нейните електроди, тогава такава клетка се нарича галванична клетка.
Разграничаване на прави ииндиректни електрохимични методи . Директните методи използват зависимостта на силата на тока (потенциал и т.н.) от концентрацията на аналита. При индиректните методи се измерва силата на тока (потенциал и др.), за да се намери крайната точка на титруването на аналита с подходящ титрант, т.е. използва се зависимостта на измервания параметър от обема на титранта.
Според видовете аналитичен сигнал ЕМА се подразделя на: 1) кондуктометрия - измерване на електропроводимостта на изпитвания разтвор; 2) потенциометрия- измерване на безтоковия равновесен потенциал на индикаторния електрод, за който изпитваното вещество е потенциоопределящо; 3) кулометрия - измерване на количеството електроенергия, необходимо за пълното преобразуване (окисляване или редукция) на изследваното вещество; 4) волтаметрия - измерване на стационарни или нестационарни поляризационни характеристики на електродите в реакции, включващи изпитваното вещество;
5) електрогравиметрия - измерване на масата на вещество, отделено от разтвор по време на електролиза.
Потенциометрия
Потенциометрията (от латински potentia-сила, мощност и гръцки metreo-I мярка) е електрохимичен метод за определяне на различни физикохимични величини, базиран на измерване на равновесния електроден потенциал на индикаторен електрод, потопен в тестовия разтвор. Потенциалът на индикаторния електрод, който се определя от активността на компонентите на електрохимичната реакция, се измерва спрямо референтния електрод. Потенциометрията се използва широко в аналитичната химия за определяне на концентрацията на вещества в разтвори (потенциометрично титруване), за измерване на концентрацията на водородни йони (рН-метрия), както и на други йони (йонометрия).
Потенциометрията се основава на зависимостта на равновесния електроден потенциал Еот термодинамична активност акомпоненти на електрохимичната реакция:
аА + bB + ... + нд м M + Р P + ...
Тази връзка се описва с уравнението на Нернст:
Е = Е° + R T/(п Ф) в ( авол / аобороти)
Е = Е° + R T /(п Ф) ln ([оксид] ү оксид / ([възстановяване] ү възстановяване)), където
Р- универсална газова константа, равна на 8,31 J / (mol. K); т- абсолютна температура; Ф- константа на Фарадей (96500 C / mol); н- броят на електроните, участващи в електродната реакция; авол, апочивка — активности съответно на окислената и редуцираната форма на редокс система; [оксид] и [остана] са техните моларни концентрации; ү оксид, ү остатък - коефициенти на активност; Е° - стандартен потенциал на редокс системата.
Заместване т= 298,15 K и числените стойности на константите в уравнението, получаваме:
Е = Е° + (0,059 / н) LG ( авол / аобороти)
Е = Е° + (0,059 / н) lg ([оксид] ү оксид / ([възстановяване] ү възстановяване))
За потенциометрични измервания съставете галванична клетка с индикаторен електрод , чийто потенциал зависи от активността на поне един от компонентите на електрохимичната реакция, а електродвижещата сила (ЕДС) на този елемент се измерва с еталонен електрод.
В потенциометрията се използват галванични елементи без пренос, когато и двата електрода са поставени в един и същ тестов разтвор и с пренос, когато електродите са в различни разтвори, които имат електролитен контакт един с друг. Последното се извършва по такъв начин, че разтворите да могат да се смесват един с друг само чрез дифузия. Обикновено те са разделени от пореста керамична или пластмасова преграда или здраво смляна стъклена втулка. Елементите без пренос се използват главно за измерване на равновесни константи на химичното вещество. реакции, константи на дисоциация на електролита. константи на стабилност на комплексни съединения, продукти на разтворимост, стандартни електродни потенциали, както и активности и коефициенти на активност на йони. Прехвърлените елементи се използват за определяне на "привидни" константи на равновесие (тъй като те не отчитат течния потенциал), активности и коефициенти на активност на йони, както и в потенциометрични методи за анализ.
Директна потенциометрия
Методите за директна потенциометрия се основават на прилагането на уравнението на Нернст за намиране на активността или концентрацията на участник в електродната реакция от експериментално измерена ЕМП на верига или електроден потенциал. Директната потенциометрия се използва за директно определяне айони (например Ag + в разтвор на AgNO 3) според стойността на ЕМП на съответния индикаторен електрод (например сребърен); в този случай електродният процес трябва да е обратим. Исторически, първите методи за директна потенциометрия са методи за определяне на pH . За определяне на pH най-често се използва стъклен електрод. Основните предимства на стъкления електрод са лекотата на работа, бързото установяване на равновесие и възможността за определяне на pH в редокс системи. Недостатъците включват крехкостта на материала на електрода и сложността на работата при преминаване към силно алкални и силно киселинни разтвори.
Появата на мембранни йоноселективни електроди доведе до появата на йонометрия (рХ -метрия), където рХ = - lg Ах ах -активност на компонент X на електрохимичната реакция. Понякога pH измерването се счита за специален случай на йонометрията. Калибрирането на скалите на инструмента на потенциометъра според pX стойностите е трудно поради липсата на подходящи стандарти. Следователно, когато се използват йон-селективни електроди, активността (концентрацията) на йони се определя като правило с помощта на калибровъчна графика или по метода на добавките. Използването на такива електроди в неводни разтвори е ограничено поради нестабилността на тялото и мембраната им към действието на органични разтворители.
Директната потенциометрия включва и редоксметрия - измерване на стандартни и реални редокс потенциали и равновесни константи на редокс реакции. Редокс потенциалът зависи от активността на окислените (O и редуцирани ( аре) форми на материята. Редоксметрия се използва и за определяне на концентрацията на йони в разтворите. Механизмът и кинетиката на реакциите на утаяване и комплексообразуване се изследват чрез директна потенциометрия с метални електроди.
Използвайте и метода на калибровъчната графика. . За да направите това, графика за калибриране се изгражда предварително в EMF координати - lg Санкато се използват стандартни разтвори на анализирания йон със същата йонна сила на разтвора.
В такъв случай еан(коефициент на активност) и Еразл(дифузионен потенциал) остават постоянни и графиката става линейна. След това, като се използва същата йонна сила, ЕМП на веригата с анализирания разтвор се измерва и концентрацията на разтвора се определя от графиката. Пример за дефиницията е показан на фиг. един.
Фиг. 1.Калибровъчна графика за определяне на концентрацията чрез директна потенциометрия
Директната потенциометрия има важни предимства. В хода на измерванията съставът на анализирания разтвор не се променя. В този случай, като правило, не се изисква предварително отделяне на аналита. Методът може лесно да бъде автоматизиран, което дава възможност да се използва за непрекъснато наблюдение на технологичните процеси.
