Обща характеристика на електрохимичните методи за изследване. Тема iii. електрохимични методи за анализ. "инструменти и аналитична апаратура"

Електрохимични методи– най-динамично развиващите се по отношение на приложението им в мониторинга на околната среда. Най-често MOS системите използват волтаметрия (включително полярография), потенциометрия (включително йонометрия), кулометрия и кондуктометрия.

Електрохимичните методи за анализ използват зависимостта на различни електрически свойства на средата от количественото съдържание и качествения състав на анализираните в нея вещества:

· промяна капацитетелектрод в зависимост от физикохимичните процеси, протичащи в веществото ( потенциометричниметод), вкл. селективни реакции на йон-селективни електроди, индивидуално чувствителни към голям брой катиони и аниони ( йонометриченметод);

· промяна проводимост (ток)и диелектрична проницаемост на веществото в зависимост от естеството на средата и концентрацията на нейните компоненти ( кондуктометричени амперометриченметоди);

промени количество електроенергиякогато аналитът навлезе в електрохимичната клетка ( кулонометриченметод);

възстановяване на анализираното съединение върху живачен капещ или въртящ се електрод, като правило, при анализ на следи от вещества в различни агрегатни състояния ( полярографскиили волтаметриченметод).

Полярографите от всички устройства в тази група имат най-висока чувствителност, равна на 0,005–1 µg/ml проба.

Волтаметриявключва група от електрохимични методи за анализ, базирани на изследване на поляризационни криви. Тези методи са полярографияи амперометрично титруване - имат много разновидности и модификации. Най-често постоянен токполярография.

Полярографската настройка се състои от източник на постоянен ток, делител на напрежение, капков (обикновено живачен) или въртящ се електрод и спомагателен (обикновено също живачен или друг) електрод. За измерване на силата на тока към системата е свързан микроамперметър. Електродите се поставят заедно с тестовия разтвор в електролизера (клетка).

Напрежението, приложено към електролитната клетка, причинява поляризация на анода и катода д= f а– е к +iR, където аз– сила на тока; ДА СЕ -устойчивост на разтвора; f аи f кса анодният и катодният потенциал.

Ако намалим съпротивлението на разтвора чрез добавяне на силен електролит (фон), тогава стойността iR(потенциален спад в разтвора) може да се пренебрегне.

Анодният потенциал остава практически постоянен по време на работа на клетката, тъй като плътността на тока е ниска и относително голямата повърхност на анода не е поляризирана. Тогава потенциалът на падащ поляризиращ катод с малка повърхност ще бъде равен на: д= -f к. Често при полярографски измервания вместо слой живак на дъното на съда се използва неполяризуем наситен каломелов електрод, чийто потенциал се приема за нулев.

Полярографските данни се получават чрез измерване на тока, преминаващ през електролитната клетка като функция на потенциала, приложен към електродите. Графичната зависимост на силата на тока от потенциала се нарича полярографска вълна ( ориз. 2).

В началото на електролизата, с малки стойности на насложената ЕМП, силата на тока ще бъде почти постоянна и ще се увеличава много бавно. Това е така нареченият остатъчен ток, който се поддържа през цялата електролиза.

Ориз. 2. Полярограма на 10–3 М разтвор на цинков хлорид и 1 М разтвор на калиев хлорид (крива 1) и 1 М разтвор на калиев хлорид (крива 2)

Веднага след достигане на йонния редукционен потенциал (например за определяните цинкови йони той е равен на -1,0 V), започва разреждането им върху капка живак:

Zn 2+ + 2 + Hg ® Zn (Hg).

На катода се образува разредена цинкова амалгама Zn (Hg), която се разлага на своите съставки веднага щом падащата капка влезе в контакт с анода:

Zn (Hg) - 2 ® Zn 2+ + Hg.

При редукционния потенциал на цинковите йони токът се увеличава рязко ( ориз. 2), но след достигане на определена стойност, въпреки нарастването на приложената ЕДС, тя остава почти постоянна. Този ток се нарича ограничаващ или дифузионен ток, неговата стойност обикновено е пропорционална на концентрацията на аналита.

При вземане на полярограми към изследвания електролит се добавя индиферентен електролит с катиони, които са много по-трудни за възстановяване от анализирания катион, например KCl, KNO 3, NH 4 Cl; при концентрация 100-1000 пъти по-висока от концентрацията на аналита. Такъв електролит се нарича "фон". Създава се в тестовия разтвор, за да увеличи електрическата проводимост и да екранира електрическото поле на индикаторния електрод (катод). Следователно катионите на аналита не се привличат от електрическото поле на катода, а се придвижват към него поради дифузия.

Най-важната характеристика на полярограмата е потенциалът на полувълната д 1/2 и полярографска височина на вълната ч(ограничаващ дифузионен ток). Полувълновият потенциал се използва в качествополярографски анализ. Потенциалите на полувълните на различни вещества, подредени във възходящ ред на тяхната отрицателна стойност, съставляват така наречения "полярографски спектър". Тъй като потенциалът на полувълната значително зависи от състава на разтвора (анализираната среда), фонът винаги се посочва в полярографските таблици.

AT количественПри полярографския анализ за измерване на концентрацията се използват методите на калибровъчна крива, добавки, сравнение и изчислителен метод.

Сред различните варианти за полярография, методът диференциална импулсна полярография (DIP ) е най-ефективен за решаване на проблеми с мониторинга на околната среда, главно поради високата си чувствителност. Методът DIP позволява да се оцени съдържанието на всички вещества, определени по класическия полярографски метод. Сред другите полярографски методи, особено подходящ за анализ на следи квадратна вълнаполярография, което осигурява граница на откриване, близка до границата на откриване на DIP, но само в случай на обратими електродни процеси и следователно този метод често се използва за определяне на следи от тежки метали. Методът DIP може да се използва и за определяне на повърхностноактивни вещества, които променят капацитета на двойния електрически слой на електрода.

Могат да се използват методи за определяне на микросъдържанието на йони на тежки метали. обратен електрохимичен анализ (IEA) или по друг начин, стрипинг волтаметричен анализ (IVA ), при който металите, които трябва да се определят, се отлагат предварително върху електрода и след това се разтварят под полярографски контрол. Тази опция, в комбинация с DIP, е един от най-чувствителните методи за електрохимичен анализ. Хардуерният дизайн на IEA (IVA) е сравнително прост, което дава възможност за извършване на анализи на място, а на този принцип могат да работят и автоматизирани станции за непрекъснат контрол (мониторинг).

Методите IEA (IVA) осигуряват определянето на Cu, Pb, Bi, Sb, As, Sn In, Ga, Ag, Tl, Cd, Zn, Hg, Au, Ge, Te, Ni, Co и много аниони. Важно предимство на методите IEA (IVA) е (за разлика от други методи, като атомно-абсорбционната спектрометрия, например) способността да се разграничават свободните йони от техните свързани химични форми, което също е важно за оценка на физикохимичните свойства на анализираните вещества от гледна точка на екоаналитичния контрол (например при оценка на качеството на водата). Много органични вещества могат също да бъдат определени чрез IEA (IVA) след тяхното адсорбционно натрупване върху повърхността на електрода.

Полярографските методи могат да се използват и за определяне на аерозоли от различни метали в атмосферата и въздуха на промишлени помещения след тяхното улавяне на подходящи филтри, последвано от прехвърляне на концентратите в разтвор. Органичните съединения, намиращи се под формата на газове и пари в атмосферата, могат да бъдат определени полярографски, след като са били абсорбирани от специално подбрани разтвори. Металите и различните съединения в биологичните материали обикновено се определят полярографски след тяхното извличане. Всички полярографски измервания, включително IEA (IVA), могат да бъдат напълно автоматизирани, което е от съществено значение при извършване на серийни анализи.

Едно от най-важните приложения на полярографията е определянето на кислород във водата. За това се използват амперометрични детектори, които генерират ток, пропорционален на концентрацията на кислород в разтвора.

Чрез прилагане на ензима върху повърхността на мембраната на детектора е възможно да се получат различни ензимни амперометрични сензори, които са удобни за биохимични и клинични анализи. Такива сензори се използват и в системи за мониторинг на околната среда.

Електродите, работещи на електрокаталитичен принцип, са подходящи за наблюдение на различни газове (SO 2 , H 2 S, CO, NO x) във въздуха на промишлени помещения. Електрохимичните реакции на тези газове (играещи ролята на катализатор), протичащи на повърхността на електрода, генерират ток в електродната система, който е функционално свързан с концентрацията на газовете във въздуха.

Използването на полярографията не се ограничава до анализ на дискретни проби и методът постепенно преминава към принципите на непрекъснат анализ на газове и течности.

Волтаметричните полярографски детектори се използват успешно във високоефективната течна хроматография (HPLC). В този случай комбинацията от високоселективен метод за разделяне с чувствителен метод за откриване води до значително разширяване на обхвата на веществата, определени чрез хроматографския метод (следи от силно токсични вещества, хербициди, лекарства, стимуланти на растежа и др.).

Подробности за метода могат да бъдат изяснени в специализираната литература ,,,,.

Потенциометрия- метод за определяне на концентрацията на вещества, базиран на измерване на ЕМП на обратими галванични елементи.

На практика се използват два аналитични метода: директенпотенциометрияза определяне на активността на частиците, която може да се изчисли с помощта на уравнението на Нернст от електродвижещата сила на галванична клетка и потенциометрично титруване , при което промяна в активността на химикалите по време на процеса на титруване води до промяна в ЕМП на галванична клетка.

Апаратурата за извършване на потенциометрично титруване и за директна потенциометрия е една и съща. Веригата на потенциометричните измервания включва индикаторен електрод и референтен електрод със стабилен постоянен потенциал, както и вторично устройство. Схематичната диаграма на метода е показана в ориз. 3.

1 - индикаторен електрод; 2 - референтен електрод

Ориз. 3. Потенциометрична клетка

Потенциалът на чифт електроди е постоянен. Промяната на концентрацията на аналита в разтвора променя ЕМП на веригата. Индикаторните електроди обикновено се предлагат по четири видове, в зависимост от използваната мембрана, която разделя електродния разтвор от тестовия разтвор: 1) електроди с хомогенна мембрана от прах или кристален материал; 2) електроди с хетерогенна мембрана, в която активното вещество на електрода е разпределено, например, в силиконова гума; 3) електроди с течна мембрана, в която мембраната е разтвор, нанесен върху неутрално вещество, например поресто стъкло; 4) стъклени електроди с различен химичен състав на стъклото.

Индикаторните електроди придобиват потенциала на разтвора, в който са поставени. Разграничете две милиндикаторни електроди:

1) индиферентни електроди (неразрушими по време на електролиза);

2) промяна на електродите (окисляване или редуциране) по време на измерванията.

Роля индиферентни електроди(те понякога се наричат ​​електроди третивид) е да дава или добавя електрони, т.е. да бъдат проводници на електричество. Такива електроди могат да бъдат направени от злато, полирана платина, графит и други материали. Примери за смяна на електроди (понякога наричани електроди първивид) могат да бъдат плочи от мед, цинк и други метали, както и хинхидронови и водородни индикаторни електроди. Индикаторните електроди също могат да бъдат йон-селективни мембранни електроди за определяне на множество катиони: Li +, Pb +, Cs +, Tl +, NH +, Na +, K +, Ag + и др. Като референтни електроди ( стандартенелектроди), чийто потенциал остава постоянен по време на измерването, като най-често се използват например нормални и децинормални каломелови (каломелови) електроди с потенциали съответно +0,282 V и +0,334 V, както и електрод от наситен сребърен хлорид с потенциал от +0,201 V.

В идеалния случай директното потенциометрично измерване на ЕМП на галванична клетка може да се свърже чрез уравнението на Нернст с активността на определяната частица или с концентрацията, ако са известни съответните коефициенти на активност:

където д 0 – стандартен електроден потенциал, V; Ре газовата константа; Tе абсолютната температура; Ф-число на Фарадей; не броят на загубените или получените електрони; , [ост.] - равновесни концентрации на окислените, редуцирани форми, съответно, mol / dm 3.

Ако заместим референтните стойности на константите и преминем от естествения логаритъм към десетичния логаритъм, тогава за температура от 25 ° C получаваме;

Най-важният показател за характеризиране на състоянието на OS е стойността на pH на тази среда, чието определение ( pH-метрия ) сега обикновено се извършва с помощта на стъклени индикаторни (измервателни) електроди. За дългосрочни измервания са разработени специални конструкции на стъклени електроди с допълнителни устройства, които почистват стъклената мембрана. Стъклените електроди, покрити с полупропусклива мембрана с електролитен филм, също служат като основа за различни видове сонди ( сензори ), използвани при анализа на водата и въздуха при производствени условия за редица замърсители (NH 3 , CO 2 , NO x , SO 2 , H 2 S и др.).

Процесът в областта на създаването на йон-селективни електроди (ISE) ви позволява да контролирате йоните F - , I - , Br - , Cl - , CN - , SCN - , NO 3 - , NO 2 - , ClO 4 - , S 2-, Na+ , K + Ca 2+ , Ag + , Cu 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ в концентрации варира от 10–2 до 10–7 mol/l (приблизително 1–10–5 mg/ml). ISE контролът се характеризира с бързина, простота и големи възможности за непрекъснати измервания. Разработени са ISE, които са селективни към широк клас органични вещества, както и изомери в тяхната маса, повърхностно активни вещества и детергенти във въздуха на промишлената зона и режима на управление на водите на промишлените предприятия.

Потенциометрията се използва и за измерване на редокс потенциалите на различни редокс (O/W) системи във водата. По правило резултатите от измерването съответстват на смесен потенциал, тъй като обикновено във вода съществуват едновременно няколко системи O/W.

Трябва да се отбележи, че използването на сензори, базирани на полупроводникови металооксидни химически селективни и йон-селективни транзистори с полеви ефекти (HSPT, ISPT), е обещаващо. Селективността в тези системи се постига чрез избор на състава на мембраната и слоя, нанесен върху портата на транзистора. Системата е потопена в анализирания разтвор и потенциалната разлика между референтния електрод и затвора на транзистора модулира тока, протичащ между неговия източник и изтичане. Поради селективността на мембраната или отложения слой, модулираният ток става функция на активността на съответния компонент на разтвора. Полупроводниковите сензори са в основата на монитори-анализатори на различни газове и пари. Малкият размер на такива сензори позволява комбинирането на агрегатите им под формата на мозайка върху един субстрат, така че да се получи анализатор, който е в състояние да следи цял набор от вредни вещества. Сигналите от отделните сензори, включени в мозайката, могат да се записват последователно и периодично от измервателния център на аналитичната система.

Развитието на микроелектрониката прави възможно проектирането на компактни анализатори тип сонда с помощта на съвременни ISE. В същото време в дръжката на сондата може да се монтира схема, обработваща отговора от обекта за контрол на околната среда и дори дисплей.

В специалната литература можете да се запознаете с подробностите за метода,,,.

Кулонометриченметодът за анализ е измерването на тока на електродната реакция, в който навлиза тестваното вещество, влизайки в кулонометричната клетка с анализирания поток. Схематичната диаграма на кулонометричната клетка е показана в ориз. четири.

1 – катодна камера; 2 – анодна камера; 3 - микроамперметър

Ориз. четири. Диаграма на кулонометрична клетка

Кулонометричният анализ се основава на измерване на количеството електричество, използвано за количествено определяне на даден електрохимичен процес в дадена проба, т.е. при условие, че текущият изход е 100%. Това е количеството електричество с помощта на токово-времев интегратор, свързан последователно с измервателната клетка, или кулометър-електролизатор, в който се извършва електрохимичен процес със 100% отдаване на ток, придружен от освобождаване на вещество, чието количество може лесно и точно да се възстанови.

В съответствие със Закон на Фарадей:

м( х)/М(х) = м(к)/М(к),

където м(х), m(k)маса на аналита хи съответно веществото, освободено в кулометъра; М(х), М(к) е моларната маса на еквивалентите на веществото хи веществото, отделено в кулометъра, g/mol.

Изчислението може да се направи и съгласно уравнението, описващо закона на Фарадей:

ако по време на анализа се измерва силата на тока аз, A и време T, изразходвани за електрохимичния процес.

В друга модификация на този метод, наречена
кулонометрично титруване , титрантът се генерира електролитно в анализирания разтвор при даден ток. Консумацията на титрант в аналитичната реакция се компенсира от заряда, протичащ през разтвора по време на генерирането на титрант, докато се достигне точката на еквивалентност.

Един от предимствата на кулонометричните методие, че процесът на стандартизация на титранта често не е необходим, тъй като изчисленията се основават на константата на Фарадей, т.е. методът е абсолютен и ви позволява да оцените количеството на аналита, а не неговата концентрация. Недостатъкът на кулонометрията с даден потенциал е продължителността на процедурата за анализ, свързана с необходимостта от завършване на електролизата. Компютърната технология дава възможност да се намали това време чрез прогнозиране на края на електролизата чрез математическа обработка на кривата ток-време за началните етапи на електролизата и чрез изчисляване на количеството електричество или концентрацията на вещество в разтвор. При анализиране на многокомпонентни проби може да се използва сканираща кулонометрия , при които електролизният потенциал се променя непрекъснато или стъпаловидно. За такива системи кулонометричното титруване е за предпочитане пред директната кулонометрия, тъй като 100% токова ефективност при генериране на титрант може лесно да бъде постигната чрез избор на правилния титратен реагент и състава на работната среда. Кулонометричното титруване е приложимо за определяне на от 0,01 до 100 mg вещества (понякога под 1 μg). Работният обем на пробите обикновено е между 10 и 50 ml. Методът се характеризира с висока точност, относителната грешка не надвишава няколко десети от% дори при кулонометрично титруване на микрограмово съдържание. При оптимални условия титруването може да се извърши с много малка обща грешка от 0,01% (отн.). Различни киселинно-основни, редокс; опциите за утаяване и комплексометрично титруване могат да се извършват кулонометрично.

Разработени са и се произвеждат кулометрични газови анализатори и аква анализатори („кулометри“) за определяне на серен диоксид и сероводород (сулфати и сулфиди), озон (и водороден прекис), хлор във въздуха (и активен хлор във вода ), въглероден оксид и азотен диоксид във въздуха (нитрати и нитрити във вода). Кулонометрията се използва и като средство за електрохимично откриване в течната хроматография.

Подробности за метода можете да намерите в специализираната литература.

Кондуктометричен методанализът се основава на измерване на електрическата проводимост на разтвора. Кондуктометричният метод за анализ се състои в измерване на промяната в съпротивлението на електролитен разтвор, когато компонент на сместа се абсорбира. Кондуктометричните инсталации се използват например за определяне на въглероден оксид и диоксид, бензинови пари, амоняк и др.

Електрическата проводимост е реципрочната на съпротивлението Р, размерът му е CM (Siemens) т.е. æ = 1/ Р.

Електропроводимостта на разтвора зависи от броя на йоните в единица обем на разтвора, т.е. от концентрацията ОТ, върху подвижността на тези йони - v.Въз основа на известните отношения

където Зе разстоянието между електродите; С-площ на електрода; к- коефициент на пропорционалност.

За определена двойка електроди с постоянно разстояние между тях С/З= конст. Тогава

,

където к 1 = к(С/З).

При изчисляване в кондуктометрията се използва понятието "електропроводимост" æ 0:

При изчисленията е удобно да се използва еквивалентната електрическа проводимост, която е равна на:

където П -броят молове на еквивалента в 1 cm 3 от разтвора. Еквивалентната електрическа проводимост l ¥ при безкрайно разреждане е равна на сумата от подвижността на катиона Uи анион v.

Съотношението на еквивалентната електрическа проводимост на слаб електролитен разтвор към еквивалентната електрическа проводимост на този електролит при безкрайно разреждане е равно на степента на дисоциация a на този електролит:

Въпреки неспецифичността, този метод доста често, в сравнение с други електрохимични методи, се използва в системите за мониторинг на околната среда. Това се обяснява с факта, че при оценката на замърсяването, например на водата и атмосферата, е възможен не поетапен, а изходен (окончателен) контрол на промишлените процеси. Поради изключително ниската електрическа проводимост на водата, често е достатъчно да се оцени общото съдържание на замърсители, което осигурява кондуктометрията. Типични примери за използване на кондуктометрични методи в мониторинга на околната среда са анализатори на детергенти в отпадъчни води, концентрации на синтетични компоненти в напоителни системи, качество (соленост) на питейната вода. Анализаторите за проводимост се използват за непрекъснат мониторинг на замърсяването на въздуха и валежите, като SO 2 и H 2 SO 4 . В допълнение към директна кондуктометрияможе да се използва за идентифициране на определени видове замърсяване непрякметоди, които осигуряват много ефективни оценки на съдържанието на изброените по-горе вещества, които взаимодействат преди измерване със специално подбрани реагенти и регистрираната промяна в електропроводимостта се причинява само от наличието на съответните продукти в реакцията. Така че е възможно да се определят азотни оксиди след тяхната каталитична редукция на доамоняк, както и HCl, HBr и CO 2 след предварителна реакция с Ba(OH) 2 или NaOH. Описаният принцип на определяне на CO 2 може да се използва и за индиректно определяне на органични вещества във вода.

В допълнение към класическата кондуктометрия, има и нейната високочестотна версия ( осцилометрия ), при които индикаторната електродна система не е в контакт с пробата. Този принцип често се прилага в непрекъснати кондуктометрични анализатори.

Електрохимичните методи за анализ също са описани в редица учебни и специални публикации,,,,.

ЛИТЕРАТУРА

1. Другов Ю.С., Роден А.А.Екологична аналитична химия.
Санкт Петербург: 2002. - 464 с.

2. Пашкевич М.А., Шуйски В.Ф. Мониторинг на околната среда.Урок. Държавен университет в Санкт Петербург. - Санкт Петербург, 2002. - 90 с.

3. Катрал Робърт У. химически сензори.М .: Научен свят, 2000. - 144 с.

4. Турян Я.И., Рувински О.Е., Зайцев П.М.Полярографска каталиметрия.М.: Химия, 1998. - 272 с.

5. Будников Г.К., Майстренко В.Н., Муринов Ю.И. Волтаметрия с модифицирани и ултрамикроелектроди.М.: Наука, 1994. - 239s.

6. Браинина Х.З., Нейман Е.Я., Слепушкин В.В. Инверсионни електроаналитични методи.М.: 1988. - 240 с.

7. Салихджанова Р.Ф. и т.н. Полярографи и тяхната работа при практически анализи и изследвания.М.: Химия, 1988. - 192 с.

8. Каплан Б.Я., Пац Р.Г., Салихджанова Р.Ф. AC волтаметрия.М.: Химия, 1985. - 264.

9. Бонд А.М. Полярографски методи в аналитичната химия.Москва: Химия, 1983.

10. Ефременко О.А. Потенциометричен анализ.Москва: ВМА им. ТЯХ. Сеченов, 1998.

11. Справочно ръководство за използване на йон-селективни електроди.М.: Мир, 1986.

12. Корита И. Йони, електроди, мембрани.М.: Мир, 1983.

13. Николски Б.В., Матерова Е.А. йон-селективни електроди.Л.: Химия, 1980.

14. Ефременко О.А.кулонометрично титруване.Москва: ВМА им. ТЯХ. Сеченов, 1990.

15. Худякова Т.А., Корешков А.П. Кондуктометричен метод за анализ.Учебник за ВУЗ. М.: Висше училище, 1975. - 207 с.

16. Будников Г.К., Майстренко В.Н., Вяселев М.Р. Основи на съвременния електроанализ.Москва: Химия, 2000.

17. Прохорова Г.В. Въведение в електрохимичните методи за анализ.М.: Издателство на Московския държавен университет, 1991. - 97 с.

18. Електроаналитични методи в контрола на околната среда. / Ед. Р. Калвода, Р. Зика, К. Щулик и др., М.: Химия, 1990. - 240 с.

19. Пламбек Дж.Електрохимични методи за анализ. Основи на теорията и приложението./ пер. от английски. М.: Мир, 1986.

Въведение

Глава 1. Общи понятия. Класификация на електрохимичните методи за анализ

Глава 2. Потенциометрични методи за анализ (потенциометрия)

1 Принцип на метода

3 Потенциометрично титруване

Глава 3

1 Принципът на метода. Основни понятия

2 Кондуктометричен принцип

3 Кондуктометрично титруване

Глава 4. Кондуктометричен анализ (кондуктометрия)

1 Същността на метода

2 Количествен полярографски анализ

3 Приложение на полярографията

Глава 5. Амперометрично титруване

Глава 6

1 Принцип на метода

3 Кулонометрично титруване

Заключение

Библиография

ВЪВЕДЕНИЕ

Електрохимичните методи за анализ са набор от методи за качествен и количествен анализ, основани на електрохимични явления, възникващи в изследваната среда или на границата на фазите и свързани с промяна в структурата, химичния състав или концентрацията на аналита.

Електрохимичните методи за анализ се разделят на пет основни групи: потенциометрия, волтаметрия, кулометрия, кондуктометрия и амперометрия.

Използването на тези методи в количествения анализ се основава на зависимостта на стойностите на измерваните параметри в хода на електрохимичния процес от отделеното вещество в анализирания разтвор, участващо в този електрохимичен процес. Тези параметри включват разликата в електрическите потенциали, количеството електричество. Електрохимичните процеси са процеси, които са съпроводени едновременно с химическа реакция и промяна в електрическите свойства на системата, която в такива случаи може да се нарече електрохимична система. В аналитичната практика електрохимичната система обикновено съдържа електрохимична клетка, включително съд с електропроводим разтвор на аналита, в който са потопени електроди.

Има директни и индиректни електрохимични методи. При директните методи се използва зависимостта на силата на тока (потенциал и др.) от концентрацията на анализираното вещество. При индиректните методи силата на тока (потенциал и други подобни) се измерва, за да се намери крайната точка на титруване на компонента, който трябва да се определи с подходящ титрант, т.е. зависимостта на измерения параметър от обема на титранта се използва.

ГЛАВА 1. ОБЩИ ПОНЯТИЯ. КЛАСИФИКАЦИЯ НА ЕЛЕКТРОХИМИЧНИТЕ МЕТОДИ ЗА АНАЛИЗ

Електроаналитичната химия включва електрохимични методи за анализ, основани на електродни реакции и пренос на електричество през разтвори.

Използването на електрохимични методи в количествения анализ се основава на използването на зависимостите на стойностите на измерените параметри на електрохимичните процеси (електрическа потенциална разлика, ток, количество електричество) от съдържанието на аналита в анализирания разтвор, участващ в този електрохимичен процес. Електрохимичните процеси са тези процеси, които са придружени от едновременното протичане на химични реакции и промяна в електрическите свойства на системата, която в такива случаи може да се нарече електрохимична система. В аналитичната практика електрохимичната система обикновено съдържа електрохимична клетка, включително съд с електропроводим анализиран разтвор, в който са потопени електроди.

Класификация на електрохимичните методи за анализ. Електрохимичните методи за анализ се класифицират по различни начини.Класификацията се основава на естеството на източника на електрическа енергия в системата. Има две групи методи:

а) Методи без налагане на външен (чужд) потенциал.

Източникът на електрическа енергия е самата електрохимична система, която е галваничен елемент (галванична верига). Тези методи включват потенциометрични методи. Електродвижещата сила - EMF - и електродните потенциали в такава система зависят от съдържанието на аналита в разтвора.

б) Методи с налагане на външен (чужд) потенциал. Тези методи включват:

кондуктометричен анализ - базира се на измерване на електропроводимостта на разтвори като функция от тяхната концентрация;

волтаметричен анализ - базира се на измерване на тока като функция от приложената известна потенциална разлика и концентрацията на разтвора;

кулонометричен анализ - базира се на измерване на количеството електричество, преминало през разтвора, като функция от неговата концентрация;

електрогравиметричен анализ - базира се на измерване на масата на продукта от електрохимична реакция.

Класификация според начина на приложение на електрохимичните методи. Има директни и косвени методи.

а) Директни методи. Електрохимичният параметър се измерва като известна функция на концентрацията на разтвора и според показанията на съответния измервателен уред се установява съдържанието на аналита в разтвора.

б) Индиректни методи са методи на титруване, при които краят на титруването се фиксира въз основа на измерването на електрическите параметри на системата.

Според тази класификация се прави разлика например между директна кондуктометрия и кондуктометрично титруване.

ГЛАВА 2. ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕН МЕТОД ЗА АНАЛИЗ (ПОТЕНЦИОМЕТРИЯ)

1 Принцип на метода

Потенциометричният анализ (потенциометрия) се основава на измерването на EMF и електродните потенциали като функция от концентрацията на анализирания разтвор.

Ако в електрохимична система - в галванична клетка - протича реакция на електродите:

aA+bB↔dD + eE

с прехвърлянето на n електрони, тогава уравнението на Нернст за EMF E на тази реакция има формата:

E꞊E˚- RTnFlnaDda Eea(A)a aBb

където, както обикновено, E ° е стандартната EMF на реакцията (разликата в стандартните електродни потенциали), R е газовата константа, T е абсолютната температура, при която протича реакцията, F е числото на Фарадей; a(A), a(B), a(D) и n(E) са активностите на реагентите, участващи в реакцията. Уравнение (10.1) е валидно за ЕМП на обратимо работеща галванична клетка.

За стайна температура уравнение (10.1) може да бъде представено във формата:

E꞊E˚- 0,059nlnaDda Eea(A)a aBb

При условия, когато активността на реагентите е приблизително равна на техните концентрации, уравнение (1) се превръща в уравнение (3):

꞊E˚- RTnFlncDdc EecAa aBb

където c(A), c(B), c(E), c(D) са концентрациите на реагентите. За стайна температура това уравнение може да бъде представено като (4):

꞊E˚- 0,059nlncDdc EecAa aBb

При потенциометрични измервания в електрохимична клетка се използват два електрода: индикаторен електрод, чийто потенциал зависи от концентрацията на анализираното (определящо потенциала) вещество в анализирания разтвор, и референтен електрод, чийто потенциал остава постоянен при условията на анализа. Следователно стойността на ЕМП, определена от уравнения (1)-(4), може да се изчисли като разликата между реалните потенциали на тези два електрода.

В потенциометрията се използват следните видове електроди: електроди от първи, втори вид, редокс, мембранни електроди.

Електродите от първия вид са електроди, които са обратими по отношение на общ катион за електродния материал. Има три вида електроди от първия вид.

а) Метал М, потопен в разтвор на сол на същия метал. На повърхността на такива електроди възниква обратима реакция:

Mn+ + ne = M

Реалният потенциал на такъв електрод от първи вид зависи от активността a(Mn+) на металните катиони и се описва с уравнения (5)-(8).

Като цяло, за всяка температура:

꞊E˚+ RTnFln a(Mn+)

За стайна температура:

꞊E˚+ 0,059nln a(Mn+)

При ниски концентрации c(Mn+), когато активността a(Mn+) на металните катиони е приблизително равна на тяхната концентрация:

꞊E˚+ RTnFln c(Mn+)

За стайна температура:

b) Газови електроди, например водороден електрод, включително стандартен водороден електрод. Потенциалът на обратимо работещ газов водороден електрод се определя от активността на водородните йони, т.е. рН стойността на разтвора и при стайна температура е равна на:

꞊E˚+ 0,059 lg a(H30+) = 0,059 lg a(H3O+) = -0,059pH

тъй като за водородния електрод стандартният потенциал се приема за нула ( £° =0), и според електродната реакция:

H++e = H

броят на електроните, участващи в тази реакция, е равен на единица: n = 1.

в) Амалгамени електроди, които представляват амалгама от метал, потопен в разтвор, съдържащ катиони на същия метал. Потенциалът на такива електроди от първи вид зависи от активността на a(Mn+) металните катиони в разтвора и активността на n(M) от метала в амалгамата:

꞊E˚+ RTnFlna(Mn+)a(M)

Амалгамните електроди са силно обратими.

Електродите от втория вид са анионни обратими. Има следните видове електроди от втория вид.

а) Метал, чиято повърхност е покрита с умерено разтворима сол на същия метал, потопен в разтвор, съдържащ аниони, които са част от тази слабо разтворима сол. Пример за това е сребърнохлоридният електрод Ag|AgCl, KS1 или каломеловият електрод Hg|Hg2Cl2, KS1.

Електродът от сребърен хлорид се състои от сребърна тел, покрита с леко водоразтворима сол AgCI, потопена във воден разтвор на калиев хлорид. Възниква обратима реакция върху електрода от сребърен хлорид

Каломеловият електрод се състои от метален живак, покрит с паста от слабо разтворим живачен (1) хлорид Hg2Cl2 - каломел, в контакт с воден разтвор на калиев хлорид. На каломеловия електрод протича обратима реакция:

Cl2 + 2е = 2Hg + 2СГ.

Реалният потенциал на електродите от втория вид зависи от активността на анионите и за обратимо работещ електрод, върху който протича реакцията:

Ne = M + An-

се описва от уравненията на Нернст (9)-(12).

Като цяло, при всяка приемлива температура T:

꞊E˚- RTnFln a(An-)

За стайна температура:

꞊E˚- 0,059nln a(An-)

За условия, при които активността на анионите е приблизително равна на тяхната концентрация c (A "~):

E꞊E˚- RTnFln c(An-)

За стайна температура:

꞊E˚- 0,059nln c(An-)

Така, например, реалните потенциали E1 и E2, съответно, на електродите от сребърен хлорид и каломел при стайна температура могат да бъдат представени като:

꞊E1˚- 0,0591g a(Cl-),꞊E2˚- 0,0591g a(Cl-).

Електродите от втория вид са силно обратими и стабилни при работа, поради което те често се използват като референтни електроди, способни стабилно да поддържат постоянна стойност на потенциала.

б) Газови електроди от втори вид, например хлорен електрод Pt, Cl2 KC1. Газовите електроди от втория вид рядко се използват в количествения потенциометричен анализ.

Редокс електродите се състоят от инертен материал (платина, злато, волфрам, титан, графит и др.), потопен в разтвор, съдържащ окислени Ox и редуцирани червени форми на това вещество. Има два вида редокс електроди:

а) електроди, чийто потенциал не зависи от активността на водородните йони, например Pt | FeCl3, FeCI2, Pt | К3, К4 и др.;

б) електроди, чийто потенциал зависи от активността на водородните йони, например хинхидронов електрод.

На редокс електрод, чийто потенциал не зависи от активността на водородните йони, възниква обратима реакция:

Ox + ne = Червено

Реалният потенциал на такъв редокс електрод зависи от активността на окислените и редуцирани форми на дадено вещество и за обратимо работещ електрод се описва в зависимост от условията (по аналогия с горните потенциали) от уравненията на Нернст (13) - (16):

꞊E˚+ RTnFln a (Ox)a (червено)꞊E˚+ 0,059nlg a (Ox)a (червено)꞊E˚+ RTnFln c(Ox)c (червено)꞊E˚+ 0,059nlg c (Ox) c (червен)

Ако водородните йони участват в електродната реакция, тогава тяхната активност (концентрация) се взема предвид в съответните уравнения на Нернст за всеки конкретен случай.

Мембранните или йон-селективните електроди са електроди, които са обратими за определени йони (катиони или аниони), сорбирани от твърда или течна мембрана. Реалният потенциал на такива електроди зависи от активността на онези йони в разтвора, които се сорбират от мембраната. Мембранните електроди с твърда мембрана съдържат много тънка мембрана, от двете страни на която има различни разтвори, съдържащи едни и същи аналитни йони, но с различни концентрации: разтвор (стандарт) с точно известна концентрация на аналитични йони и анализиран разтвор с неизвестна концентрация на аналитични йони. Поради различните концентрации на йони в двата разтвора, йони от различните страни на мембраната се сорбират в неравни количества и електрическият заряд, възникващ по време на сорбцията на йони от различните страни на мембраната, не е еднакъв. В резултат на това възниква мембранна потенциална разлика.

Определянето на йони с помощта на мембранни йон-селективни електроди се нарича йонометрия.

Както бе споменато по-горе, при потенциометричните измервания електрохимичната клетка включва два електрода - индикаторен електрод и референтен електрод. Големината на ЕМП, генерирана в клетката, е равна на потенциалната разлика на тези два електрода. Тъй като потенциалът на референтния електрод остава постоянен при условията на потенциометрично определяне, ЕМП зависи само от потенциала на индикаторния електрод, т.е. върху активностите (концентрациите) на определени йони в разтвора. Това е основата за потенциометричното определяне на концентрацията на дадено вещество в анализирания разтвор.

За потенциометрично определяне на концентрацията на вещество в разтвор се използват както директна потенциометрия, така и потенциометрично титруване, въпреки че вторият метод се използва много по-често от първия.

Определянето на концентрацията на веществото при директна потенциометрия обикновено се извършва по метода на калибровъчната крива или по метода на стандартните добавки.

а) Метод на калибровъчната крива. Пригответе серия от 5-7 стандартни разтвора с известно съдържание на аналита. Концентрацията на аналита и йонната сила в референтните разтвори не трябва да се различават значително от концентрацията и йонната сила на анализирания разтвор: при тези условия грешките при определяне са намалени.

Йонната сила на всички разтвори се поддържа постоянна чрез въвеждане на индиферентен електролит. Референтните разтвори се въвеждат последователно в електрохимичната (потенциометрична) клетка. Обикновено тази клетка е стъклена чаша, в която са поставени индикаторен електрод и референтен електрод.

Измерете ЕМП на референтните разтвори, като изплакнете щателно електродите и чашата с дестилирана вода, преди да напълните клетката с всеки референтен разтвор. Въз основа на получените данни се изгражда калибровъчна графика в координатите EMF-lg c, където c е концентрацията на аналита в референтния разтвор. Обикновено такава графика е права линия. След това анализираният разтвор се въвежда в електрохимичната клетка (след измиване на клетката с дестилирана вода) и се измерва ЕМП на клетката. Според калибровъчната графика се намира log c(X), където c(X) е концентрацията на аналита в анализирания разтвор.

б) Стандартен метод на добавяне. Известен обем V(X) от анализирания разтвор с концентрация c(X) се въвежда в електрохимичната клетка и се измерва ЕМП на клетката. След това към същия разтвор се добавя точно измерен малък обем от стандартния разтвор V(st) с известна, достатъчно голяма концентрация c(st) на аналита и отново се определя ЕМП на клетката.

Изчислява се концентрацията c(X) на аналита в анализирания разтвор по формулата (10.17):

c (X) \u003d c (st) V (st) V X + V (st)

където △ E е разликата между двете измерени стойности на ЕМП, n е броят на електроните, участващи в електродната реакция.

Приложение на директна потенциометрия. Методът се използва за определяне на концентрацията на водородни йони (pH разтвори), аниони, метални йони (йонометрия).

Когато се използва директна потенциометрия, изборът на подходящ индикаторен електрод и точното измерване на равновесния потенциал играят важна роля.

При определяне на рН на разтвори като индикаторни електроди се използват електроди, чийто потенциал зависи от концентрацията на водородни йони: стъкло, водород, хинхидрон и някои други. Най-често използваният мембранен стъклен електрод е обратим по отношение на водородните йони. Потенциалът на такъв стъклен електрод се определя от концентрацията на водородни йони, така че ЕМП на веригата, включително стъкления електрод като индикатор, се описва при стайна температура с уравнението:

K + 0,059 pH,

където константата K зависи от материала на мембраната, естеството на референтния електрод. Стъкленият електрод ви позволява да определите pH в диапазона pH = 0-10 (по-често - в диапазона pH = 2-10) и има висока обратимост и стабилност при работа.

Квинхидроновият електрод, често използван в миналото, е редокс електрод, чийто потенциал зависи от концентрацията на водородни йони. Това е платинена жица, потопена в киселинен разтвор (обикновено НС1), наситен с хинхидрон, еквимолекулно съединение на хинон с хидрохинон със състав C6H402 C6H4(OH)2 (тъмнозелен прах, слабо разтворим във вода). Схематично обозначение на хинхидронов електрод: Pt | хинхидрон, НС1.

На хинхидроновия електрод възниква редокс реакция:

C6H402 + 2H+ + 2e \u003d C6H4 (OH) 2

Потенциалът на хинхидроновия електрод при стайна температура се описва с формулата

Е°-0,059 pH.

Електродът Quinhydrone ви позволява да измервате pH на разтвори в диапазона pH = 0-8,5. При pH< 0 хингидрон гидролитически расщепляется: при рН >8,5 хидрохинонът, който е слаба киселина, влиза в реакция на неутрализация, електродът Quinhydrone не може да се използва в присъствието на силни окислители и редуциращи агенти.

Мембранните йоноселективни електроди се използват, както вече беше отбелязано по-горе, в йонометрията като индикаторни за определяне на различни катиони (Li+, Na+, K+ Mg2t, Ca2+, Cd2+, Fe2+, Ni2+ и др.) И аниони (F-, Cl-, Br -, I-, S2- и т.н.).

Предимствата на директната потенциометрия включват простотата и скоростта на измерванията, измерванията изискват малки обеми разтвори.

3Потенциометрично титруване

Потенциометрично титруване - метод за определяне на обема на титранта, изразходван за титруване на аналита в анализирания разтвор чрез измерване на ЕМП (по време на процеса на титруване) с помощта на галванична верига, съставена от индикаторен електрод

и референтен електрод. При потенциометричното титруване се титрува анализираният разтвор, намиращ се в електрохимичната клетка

подходящ титрант, фиксиращ края на титруването чрез рязка промяна на ЕМП на измерваната верига - потенциалът на индикаторния електрод, който зависи от концентрацията на съответните йони и се променя рязко в точката на еквивалентност.

Промяната в потенциала на индикаторния електрод по време на процеса на титруване се измерва в зависимост от обема на добавения титрант. Въз основа на получените данни се изгражда потенциометрична крива на титруване, като по тази крива се определя обемът на изразходвания титрант в горивната клетка.

Потенциометричното титруване не изисква използването на индикатори, които променят цвета си в близост до горивната клетка. Приложение на потенциометрично титруване. Методът е универсален, може да се използва за обозначаване на края на титруването при всички видове титруване: киселинно-основно, редокс, комплексиметрично, утаяване, титруване в неводни среди. Като индикаторни електроди се използват стъклени, живачни, йоноселективни, платинени, сребърни електроди, а като референтни електроди се използват каломелни, сребърнохлоридни, стъклени електроди.

Методът има висока точност, висока чувствителност: позволява титруване в мътна, оцветена, неводна среда, отделно определяне на компонентите на сместа в един анализиран разтвор, например отделно определяне на хлоридни и йодидни йони по време на аргентометрично титруване.

Много лекарствени вещества се анализират чрез методи на потенциометрично титруване, например аскорбинова киселина, сулфатни лекарства, барбитурати, алкалоиди и др.

Основоположник на кондуктометричния анализ е немският физик и физикохимик Ф.В.Г. Kohlrausch (1840-1910), който за първи път през 1885 г. предлага уравнение, установяващо връзка между електрическата проводимост на разтвори на силни електролити и тяхната концентрация. AT

средата на 40-те. 20-ти век разработи метод за високочестотно кондуктометрично титруване. От началото на 60-те години. 20-ти век започва да използва кондуктометрични детектори в течната хроматография.

1 Принципът на метода. Основни понятия

Кондуктометричният анализ (кондуктометрия) се основава на използването на връзката между електрическата проводимост (електропроводимост) на електролитни разтвори и тяхната концентрация.

Електрическата проводимост на електролитни разтвори - проводници от втори вид - се оценява въз основа на измерване на тяхното електрическо съпротивление в електрохимична клетка, която представлява стъклен съд (стъкло) с два запоени в него електрода, между които се намира тестовият електролитен разтвор разположен. През клетката преминава променлив ток. Електродите най-често се изработват от метална платина, която е покрита със слой пореста платина чрез електрохимично отлагане от разтвори на платинови съединения, за да се увеличи повърхността на електродите (платинови платинови електроди).

За да се избегнат усложнения, свързани с процесите на електролиза и поляризация, кондуктометричните измервания се извършват в променливо електрическо поле. Електрическото съпротивление R на слоя електролитен разтвор между електродите, както и електрическото съпротивление на проводниците от първи вид, е право пропорционално на дължината (дебелината) l на този слой и обратно пропорционално на площта S на електрода повърхност:

R= ρ lS lkS

където коефициентът на пропорционалност p се нарича електрическо съпротивление, а реципрочната стойност k \u003d 1 / p е електрическата проводимост (електрическа проводимост). Тъй като електрическото съпротивление R се измерва в ома, а дебелината l на слоя електролитен разтвор е в cm, площта S на повърхността на електрода е в cm2, тогава електрическата проводимост k се измерва в единици Ohm-1 cm-1, или, тъй като Ohm-1 е Siemens (Cm), тогава - в единици Cm cm-1.

Във физически план специфичната електрическа проводимост е електрическата проводимост на електролитен слой, разположен между страните на куб със страна с дължина 1 cm, числено равна на тока, преминаващ през слой електролитен разтвор с площ на напречното сечение от 1 cm2 при приложен градиент на електрически потенциал от 1 V/cm.

Специфичната електропроводимост зависи от природата на електролита и разтворителя, от концентрацията на разтвора и от температурата.

С увеличаване на концентрацията на електролитния разтвор неговата електропроводимост първо се увеличава, след това преминава през максимум, след което намалява. Този характер на изменението на електропроводимостта се дължи на следните причини. Първоначално, с увеличаване на концентрацията на електролита, броят на йоните - частици, носещи ток - се увеличава както за силните, така и за слабите електролити. Поради това електропроводимостта на разтвора (електрическият ток, преминаващ през него) се увеличава. След това, с увеличаване на концентрацията на разтвора, неговият вискозитет се увеличава (намаляване на скоростта на движение на йони) и електростатични взаимодействия между йони, което предотвратява увеличаването на електрическия ток и при достатъчно високи концентрации допринася за неговото намаляване.

В разтвори на слаби електролити, с увеличаване на концентрацията, степента на дисоциация на електролитните молекули намалява, което води до намаляване на броя на йони - токопроводими частици - и до намаляване на електрическата проводимост. В разтвори на силни електролити при високи концентрации е възможно образуването на йонни асоциати (йонни близнаци, тройници и др.), Което също благоприятства спада на електрическата проводимост.

Специфичната електрическа проводимост на електролитните разтвори се увеличава с повишаване на температурата поради намаляване на вискозитета на разтворите, което води до увеличаване на скоростта на движение на йони, а за слабите електролити също до увеличаване на степента на тяхната йонизация (дисоциация на йони). Следователно, количествените кондуктометрични измервания трябва да се извършват при постоянна температура, като се термостатира кондуктометричната клетка.

В допълнение към специфичната електрическа проводимост, кондуктометрията използва еквивалентната електрическа проводимост X и моларната електрическа проводимост p. Физически, еквивалентната електрическа проводимост X е електрическата проводимост на слой от електролитен разтвор с дебелина 1 cm, разположен между еднакви електроди с такава площ, че обемът на електролитния разтвор, затворен между тях, съдържа 1 g-eq разтворено вещество . В този случай моларната маса на идентични частици с единично зарядно число („заряд“) се приема като моларна маса на еквивалента, например,

H+, Br - , 12Са2+, 13Fe3+ и др.

Еквивалентната електрическа проводимост се увеличава с намаляване на концентрацията на електролитния разтвор. Максималната стойност на еквивалентната електропроводимост се достига при безкрайно разреждане на разтвора. Еквивалентната електрическа проводимост, подобно на специфичната проводимост, се увеличава с повишаване на температурата. Еквивалентната електрическа проводимост X е свързана с електрическата проводимост със съотношението (20):

λ= 1000 kc

При директната кондуктометрия концентрацията на вещество в анализирания разтвор се определя от резултатите от измерванията на специфичната електрическа проводимост на този разтвор. При обработката на данните от измерванията се използват два метода: методът на изчисление и методът на калибровъчната крива.

Метод на изчисление. В съответствие с уравнение (10.20), моларната концентрация на еквивалента c на електролита в разтвора може да се изчисли, ако са известни специфичната електрическа проводимост k и еквивалентната електрическа проводимост

: c = 1000 kλ

Електрическата проводимост се определя експериментално въз основа на измерване на електрическото съпротивление на кондуктометрична клетка с контролирана температура.

Еквивалентна електрическа проводимост на разтвор λ е равна на сумата от катионните подвижности λ+ и анион X λ -:

λ = λ + + λ-

Ако подвижността на катиона и аниона е известна, тогава концентрацията може да се изчисли по формула (24):

c = 1000 kλ ​​+ + λ-

Това се прави при определяне на концентрацията на трудноразтворим електролит в неговия наситен разтвор (калциев сулфат, бариев сулфат; сребърни халогениди и др.) Чрез директна кондуктометрия. Метод на калибровъчната крива. Приготвят се серия от стандартни разтвори, всеки от които съдържа точно известна концентрация на аналита, и тяхната електропроводимост се измерва при постоянна температура в термостатно контролирана кондуктометрична клетка. Въз основа на получените данни се изгражда калибрираща графика, нанасяща концентрацията на референтните разтвори по абсцисната ос и стойностите на електропроводимостта по ординатната ос. В съответствие с уравнение (24), построената графика в относително малък диапазон от концентрации обикновено е права линия.

В широк диапазон от концентрации, когато подвижността на катиона и аниона, включени в уравнение (24), може да се промени забележимо, се наблюдават отклонения от линейната зависимост.

След това, строго при същите условия, се измерва специфичната електропроводимост k(X) на определяния електролит в анализирания разтвор с неизвестна концентрация c(X) и желаната стойност c(X) се намира от графиката.

Така се определя, например, съдържанието на барий в баритна вода - наситен разтвор на бариев хидроксид.

Приложение на директната кондуктометрия. Методът на директната кондуктометрия се характеризира с простота и висока чувствителност. Методът обаче не е избирателен.

Директната кондуктометрия има ограничено приложение в анализа. Използва се за определяне на разтворимостта на трудноразтворими електролити, за контрол на качеството на дестилирана вода и течни хранителни продукти (мляко, напитки и др.), за определяне на общото съдържание на соли в минерална, морска, речна вода и в някои други. случаи.

3 Кондуктометрично титруване

При кондуктометрично титруване напредъкът на титруването се наблюдава чрез промяна в електрическата проводимост на анализирания разтвор, разположен в кондуктометричната клетка между два инертни електрода (обикновено направени от платина и платина). Въз основа на получените данни се съставя кондуктометрична крива на титруване, която отразява зависимостта на електропроводимостта на титрувания разтвор от обема на добавения титрант. Крайната точка на титруването най-често се намира чрез екстраполиране на участъци от титруващата крива в областта на изменение на наклона й. Това не изисква използването на индикатори, които променят цвета си в близост до TE.

При кондуктометрично титруване се използват различни видове реакции: киселинно-основни, редокс, утаяване, процеси на образуване на комплекси. Приложение на кондуктометрично титруване. Методът на кондуктометрично титруване има редица предимства. Титруването може да се извърши в мътна, оцветена, непрозрачна среда. Чувствителността на метода е доста висока - до ~10~* mol/l; грешката при определяне е от 0,1 до 2%. Анализът може да бъде автоматизиран. Недостатъците на метода включват ниска селективност. Концепцията за високочестотно (радиочестотно) кондуктометрично титруване. Напредъкът на титруването се проследява от модифицирана кондуктометрична техника с променлив ток, при която честотата на променливия ток може да достигне от порядъка на милион трептения в секунда. Обикновено електродите се поставят (покриват) от външната страна на съда за титруване (клетка за проводимост), така че да не влизат в контакт с разтвора за титруване.

Въз основа на резултатите от измерването се начертава крива на кондуктометрично титруване. Крайната точка на титруването се намира чрез екстраполиране на сегментите от кривата на титруване в областта на нейното изменение на наклона.

ГЛАВА 4. КОНДУКТОМЕТРИЧЕН АНАЛИЗ (КОНДУКТОМЕТРИЯ)

4.1 Същност на метода

Полярографският анализ (полярография) се основава на използването на следните връзки между електрическите параметри на електрохимична (в този случай полярографска) клетка, към която се прилага външен потенциал, и свойствата на анализирания разтвор, съдържащ се в нея.

а) Качественият полярографски анализ използва връзката между стойността на външния електрически потенциал, приложен към микроелектрода, при който се наблюдава редукция (или окисляване) на аналита върху микроелектрода при дадени условия, и естеството на редуцирането (или окисляването) вещество.

б) При количествен полярографски анализ се използва връзката между големината на дифузионния електрически ток и концентрацията на анализираното (редуциращо или окисляващо) вещество в анализирания разтвор. Електрическите параметри - големината на приложения електрически потенциал и големината на дифузионния ток - се определят чрез анализ на получените поляризационни или ток-напреженови криви, които графично отразяват зависимостта на електрическия ток в полярографската клетка от големината на приложения потенциал на микроелектрода. Следователно полярографията понякога се нарича директна волтаметрия.

Класическият полярографски метод за анализ с използване на живачен капещ (капващ) електрод е разработен и предложен през 1922 г. от чешкия учен Ярослав Хейровски (1890-1967), въпреки че самият живачен капещ електрод е използван от чешкия физик Б. Кучера още през 1903 г. През 1925 г. Й. Гейровски и М. Шиката проектират първия полярограф, който дава възможност за автоматично записване на поляризационни криви. Впоследствие бяха разработени различни модификации на полярографския метод.

Стойността на средния дифузионен ток iD се определя от уравнението на Илкович (25):

където K е коефициентът на пропорционалност, c е концентрацията (mmol/l) на полярографски активното вещество-деполяризатор; iD се измерва в микроампера като разликата между ограничаващия ток и остатъчния ток.

Коефициентът на пропорционалност K в уравнението на Илкович зависи от редица параметри и е равен на

K=607nD12m23τ16

където n е броят на електроните, участващи в електродната редокс реакция; D е коефициентът на дифузия на редуктора (cm2/s); m е масата на живака, изтичащ от капиляра за секунда (mg); t е времето на образуване (в секунди) на капка живак при полувълнов потенциал (обикновено е 3-5 s).

Тъй като коефициентът на дифузия D зависи от температурата, коефициентът на пропорционалност K в уравнението на Илкович също се променя с температурата. За водни разтвори в температурния диапазон 20–50 °C коефициентът на дифузия на полярографски активните вещества-деполяризатори се увеличава с около 3% при повишаване на температурата с един градус, което води до увеличаване на средния дифузионен ток iD с ~1 –2%. Следователно полярографията се извършва при постоянна температура, като полярографската клетка се термостатира, обикновено при 25 ± 0,5 °C.

Масата на живак t и времето на капене t зависят от характеристиките на електрода за капене на живак и височината на живачния стълб в капиляра и в резервоара, свързан с капиляра. Стъклената капилярка на живачен капещ микроелектрод обикновено има външен диаметър 3-7 мм, вътрешен диаметър 0,03 до 0,05 мм и дължина 6-15 см. Височината на живачния стълб от долния край на капиляра до горното ниво на повърхността на живак в резервоара е 40-80 см; Съдържанието на индиферентния електролит в анализирания полярографски разтвор трябва да бъде приблизително 100 пъти по-високо от съдържанието на деполяризиращото вещество, което трябва да се определи, а йоните на фоновия електролит не трябва да се разреждат при условията на полярография до разреждането на полярографски активно вещество.

Полярографията се извършва с вода като разтворител, водно-органични смеси (вода - етанол, вода - ацетон, вода - диметилформамид и др.) И неводни среди (етанол, ацетон, диметилформамид, диметилсулфоксид и др.).

Преди полярографията през анализирания разтвор преминава поток от инертен газ (азот, аргон и др.) За отстраняване на разтворения кислород, който също дава полярографска вълна поради редукция по схемата:

2H+ + 2e = H202

H202 + 2H+ + 2e = 2H20

Понякога, в случай на алкални разтвори, вместо пропускане на поток от инертен газ, към анализирания разтвор се добавя малко количество активен редуциращ агент, натриев сулфит, метол, който свързва разтворения кислород, като реагира с него.

4.2 Количествен полярографски анализ

От гореизложеното следва, че количественият полярографски анализ се основава на измерване на дифузионния ток iD като функция на концентрацията на полярографски активното деполяризиращо вещество, което трябва да се определи в полярографския разтвор.

При анализ на получените полярограми концентрацията на аналита се намира по методите на калибровъчна крива, стандартни добавки, стандартни разтвори.

а) Най-често се използва методът на калибровъчната крива. Този метод приготвя серия от стандартни разтвори, всеки от които съдържа точно известна концентрация на аналита.

Полярографията на всеки разтвор се извършва (след като през него се продуха ток от инертен газ) при същите условия, се получават полярограми и стойностите на E12 (еднакви за всички разтвори) и дифузионния ток iD (различен за всички разтвори) ) са намерени. Въз основа на получените данни се изгражда калибрационна графика в iD-c координати, която обикновено е права линия в съответствие с уравнението на Илкович.

След това се извършва полярография на анализирания разтвор с неизвестна концентрация c(X) на аналита, получава се полярограма, измерва се стойността на дифузионния ток iD (X) и се намира концентрацията c(X) от калибрационна крива.

б) Стандартен метод на добавяне. Получава се полярограма на анализирания разтвор с неизвестна концентрация c(X) на аналита и се намира големината на дифузионния ток, т.е. височина h на полярограмата. След това точно известно количество от аналита се добавя към анализирания разтвор, увеличавайки концентрацията му с

стойността на c(st), полярографията се извършва отново и се намира нова стойност на дифузионния ток - височината на полярограмата h + △ ч.

В съответствие с уравнението на Илкович (25) можем да запишем:

h = Kc(X), △ h = Kc(st),

където

ч △ h = c(X)c(st) и c(X) = h △ hc(st)

в) Метод на стандартните разтвори. При еднакви условия се извършва полярография на два разтвора: анализиран разтвор с неизвестна концентрация c(X) и стандартен разтвор с точно известна концентрация c(st) на аналита. На получените полярограми се намират височините на полярографските вълни h(X) и h(st), съответстващи на дифузионния ток при концентрации съответно c(X) и c(st). Съгласно уравнението на Илкович (25) имаме:

(X) = Kc(X), h(st) = Kc(st),

Стандартният разтвор се приготвя така, че неговата концентрация да е възможно най-близка до концентрацията на разтвора, който се определя. При това условие грешката при определяне е сведена до минимум.

3 Приложение на полярографията

Приложение на метода. Полярографията се използва за определяне на малки количества неорганични и органични вещества. Разработени са хиляди техники за количествен полярографски анализ. Методи за полярографско определяне на почти всички метални катиони, редица аниони (броматни, йодатни, нитратни, перманганатни йони), органични съединения от различни класове, съдържащи диазогрупи, карбонилни, пероксидни, епоксидни групи, двойни въглерод-въглеродни връзки, както и като връзки въглерод-халоген, азот-кислород, сяра-сяра.

Методът е фармакопеен, използва се за определяне на салицилова киселина, норсулфазол, алкалоиди на витамин В, фолиева киселина, келин на прах и таблетки, никотинамид, пиридоксин хидрохлорид, арсенови препарати, сърдечни гликозиди, както и кислород и различни примеси във фармацевтични препарати.

Методът има висока чувствителност (до 10"5-10T6 mol/l); селективност; относително добра възпроизводимост на резултатите (до ~2%); широк спектър от приложения; позволява анализ на смеси от вещества без тяхното разделяне, оцветени разтвори, малки обеми разтвори (полярографските клетки могат да бъдат до 1 ml); извършване на анализ в потока на разтвора; автоматизиране на анализа."

Недостатъците на метода включват токсичността на живака, неговата доста лесна окисляемост в присъствието на окисляващи вещества и относителната сложност на използваното оборудване.

Други варианти на полярографския метод. В допълнение към класическата полярография, описана по-горе, която използва капещ живачен микроелектрод с равномерно нарастващ електрически потенциал върху него при постоянен електрически ток, са разработени и други варианти на полярографския метод - производна, диференциална, импулсна, осцилографска полярография; полярография с променлив ток - също в различни версии.

ГЛАВА 5. АМПЕРОМЕТРИЧНО ТИТРУВАНЕ

Същността на метода. Амперометричното титруване (потенциостатично поляризационно титруване) е вид волтаметричен метод (заедно с полярографията). Базира се на измерване на количеството ток между електродите на електрохимична клетка, към която е приложено определено напрежение, като функция от обема на добавения титрант. В съответствие с уравнението на Илкович (25):

дифузионният ток iD в полярографската клетка е толкова по-голям, колкото по-висока е концентрацията c на полярографски активното вещество. Ако при добавяне на титрант към анализирания титруван разтвор, разположен в полярографска клетка, концентрацията на такова вещество намалява или се увеличава, тогава дифузионният ток също намалява или съответно се увеличава. Точката на еквивалентност се фиксира чрез рязка промяна в намаляването или увеличаването на дифузионния ток, което съответства на края на реакцията на титруваното вещество с титранта.

Прави се разлика между амперометрично титруване с един поляризуем електрод, наричано още титруване с ограничение на тока, полярографско или поляриметрично титруване и амперометрично титруване с два еднакви поляризуеми електрода или титруване „до пълно спиране на тока“, биамперометрично титруване.

Амперометрично титруване с един поляризуем електрод. Основава се на измерване на тока в полярографска клетка като функция на количеството добавен титрант при постоянен външен потенциал на микроелектрода, малко по-висок от потенциала на полувълната на кривата ток-напрежение на титруваното вещество X или титрант T. Обикновено избраният външен потенциал съответства на областта на ограничаващия ток на полярограмата X или T. Титруването се извършва на инсталация, състояща се от източник на постоянен ток с регулируемо напрежение, към който са свързани галванометър и полярографска клетка за титруване са свързани последователно. Работният (индикаторен) електрод на клетката може да бъде падащ живачен електрод, неподвижен или въртящ се платинен или графитен електрод. При използване на твърди електроди е необходимо разтворът да се разбърква по време на титруването. Като референтен електрод се използват хлор-сребърни или каломелови електроди. Фонът е, в зависимост от условията, различни полярографски неактивни електролити при даден потенциал (HN03, H2S04, NH4NO3 и др.).

Първо се получават криви ток-напрежение (полярограми) за X и T при същите условия, при които се предполага, че ще се извърши амперометричното титруване. Въз основа на разглеждането на тези криви се избира стойността на потенциала, при която се достига ограничаващият ток на полярографски активния X или T. Избраната стойност на потенциала се поддържа постоянна през целия процес на титруване.

Концентрацията на титранта T, използвана за амперометрично титруване, трябва да бъде приблизително 10 пъти концентрацията X; в този случай практически не е необходимо да се въвежда корекция за разреждането на разтвора по време на титруването. В противен случай се спазват всички условия, които са необходими за получаване на полярограми. Изискванията за контрол на температурата са по-малко строги, отколкото при директната полярография, тъй като краят на титруването се определя не от абсолютната стойност на дифузионния ток, а от рязката промяна в неговата стойност.

Анализираният разтвор, съдържащ X, се въвежда в полярографската клетка и титрантът T се добавя на малки порции, като всеки път се измерва токът i. Стойността на тока i зависи от концентрацията на полярографски активното вещество. В точката на еквивалентност стойността на i се променя рязко.

Въз основа на резултатите от амперометричното титруване се изграждат титруващи криви. Амперометричната крива на титруване е графично представяне на промяната в големината на тока / като функция на обема V на добавения титрант. Кривата на титруване се построява в координатите ток i - обемът V на добавения титрант Т (или степента на титруване).

В зависимост от естеството на веществото X, което се титрува, и титранта Т, амперометричните криви на титруване могат да бъдат от различни видове.

Биамперометричното титруване се извършва при енергично разбъркване на разтвора на инсталация, състояща се от източник на постоянен ток с потенциометър, от който се подава регулируема потенциална разлика (0,05-0,25 V) през чувствителен микроамперметър към електродите на електрохимичната клетка. Преди титруването титруваният разтвор се въвежда в последния и титрантът се добавя на порции, докато токът внезапно спре или се появи, според показанията на микроамперметъра.

Платиновите електроди, използвани в електрохимичната клетка, се почистват периодично чрез потапянето им за ~30 минути във вряща концентрирана азотна киселина, съдържаща добавки от железен хлорид, последвано от измиване на електродите с вода.

Биамперометрично титруване - фармакопеен метод; използвани в йодометрия, нитритометрия, акваметрия, титруване в неводни среди.

ГЛАВА 6. КУЛОМЕТРИЧЕН АНАЛИЗ (КУЛОМЕТРИЯ)

1 Принципи на метода

електрохимична кондуктометрия титруване кулонометрия

Кулонометричният анализ (кулонометрия) се основава на използването на връзката между масата m на вещество, което е реагирало по време на електролиза в електрохимична клетка, и количеството електричество Q, което е преминало през електрохимичната клетка по време на електролизата само на това вещество. В съответствие с комбинирания закон на електролизата M Фарадей, масата m (в грамове) е свързана с количеството електричество Q (в кулони) чрез връзката (27)

където M е моларната маса на веществото, реагирало по време на електролиза, g/mol; n е броят на електроните, участващи в електродната реакция;

96487 C/mol - число на Фарадей.

Количеството електричество Q (в C), преминало през електрохимичната клетка по време на електролиза, е равно на произведението на електрическия ток i (в A) и времето на електролизата τ ( в c):

Ако се измерва количеството електричество Q, тогава съгласно (27) е възможно да се изчисли масата m. Това е вярно в случая, когато цялото количество електричество Q, преминало през електрохимичната клетка по време на електролиза, е изразходвано само за електролиза на това вещество; трябва да се изключат странични процеси. С други думи, текущата мощност (ефективност) трябва да бъде 100%.

Тъй като, в съответствие с комбинирания закон на електролизата от М. Фарадей, за да се определи масата m (g) на веществото, реагирало по време на електролиза, е необходимо да се измери количеството електричество Q, изразходвано за електрохимичната трансформация на веществото като се определя в кулони, методът се нарича кулонометрия. Основната задача на кулонометричните измервания е да се определи количеството електричество Q възможно най-точно.

Кулонометричният анализ се извършва или в амперостатичен (галваностатичен) режим, т.е. при постоянен електрически ток i=const, или при контролиран постоянен потенциал на работния електрод (потенциостатична кулонометрия), когато електрическият ток се изменя (намалява) по време на електролиза.

В първия случай, за да се определи количеството електричество Q, е достатъчно да се измери времето на електролиза t (s), постоянен ток / (A) възможно най-точно и да се изчисли стойността на Q по формулата (10.28).

Във втория случай стойността на Q се определя или чрез изчисление, или чрез химически кулометри.

Има директна кулонометрия и индиректна кулонометрия (кулонометрично титруване).

Същността на метода. Директната кулонометрия при постоянен ток се използва рядко. По-често се използва кулонометрия при контролиран постоянен потенциал на работния електрод или директна потенциостатична кулонометрия.

При директната потенциостатична кулонометрия директно определеното вещество се подлага на електролиза. Измерва се количеството електричество, изразходвано за електролизата на това вещество, и масата m на веществото, което трябва да се определи, се изчислява с помощта на уравнението.

В процеса на електролиза потенциалът на работния електрод се поддържа постоянен E=const, за което обикновено се използват устройства - потенциостати. Постоянната стойност на потенциала E се избира предварително въз основа на разглеждането на кривата ток-напрежение (поляризация), начертана в координатите ток i - потенциал E (както се прави в полярографията), получена при същите условия, при които ще бъде електролизата извършено. Обикновено се избира стойността на потенциала E, съответстващ на площта на ограничаващия ток за определяното вещество и леко надвишаващ неговия полувълнов потенциал E12 (с -0,05-0,2 V). При тази потенциална стойност, както при полярографията, поддържащият електролит не трябва да се подлага на електролиза.

Тъй като процесът на електролиза протича при постоянен потенциал, електрическият ток в клетката намалява, тъй като концентрацията на електроактивното вещество, участващо в електродната реакция, намалява. В този случай електрическият ток намалява с времето по експоненциален закон от първоначалната стойност i0 в момент t = O до стойността i в момент t:

където коефициентът k зависи от естеството на реакцията, геометрията на електрохимичната клетка, площта на работния електрод, коефициента на дифузия на аналита, скоростта на разбъркване на разтвора и неговия обем.

Методи за определяне на количеството електричество, преминало през разтвор при директна потепциостатична кулонометрия. Стойността на Q може да се определи чрез изчислителни методи или чрез използване на химически кулометър.

а) Изчисляване на стойността на Q от площта под кривата на зависимост на i от m За да се определи Q без забележима грешка, методът изисква почти пълното завършване на процеса на електролиза, т.е. дълго време. На практика, както беше отбелязано по-горе, площта се измерва при стойност m, съответстваща на

0,001i0 (0,1% от i0).

б) Изчисляване на стойността на Q въз основа на зависимостта на In / от m. В съответствие с това имаме:

Q = 0∞i0e-k τ д τ =i00∞e-k τ д τ =i0k

Тъй като

∞i0e-k τ д τ = - k-1 e-k∞-e-k0= k-10-1=k-1

Приложение на директната кулонометрия. Методът има висока селективност, чувствителност (до 10~8-10~9 g или до ~10~5 mol/l), възпроизводимост (до ~1-2%) и дава възможност за определяне на съдържанието на микропримеси. Недостатъците на метода включват висока сложност и продължителност на анализа, необходимостта от скъпо оборудване.

Директната кулонометрия може да се използва за определяне - при катодна редукция - на метални йони, органични нитро и халогенни производни; по време на анодно окисляване - хлорид-, бромид-, йодид-, тиоцианатни аниони, метални йони в по-ниски степени на окисление, когато се прехвърлят в по-високи степени на окисление, например: As (IH) -> As (V), Cr (II) - > Cr(III), Fe(II) -» Fe(III), T1(I) -> Tl(III) и др.

Във фармацевтичния анализ директната кулонометрия се използва за определяне на аскорбинова и пикринова киселина, новокаин, оксихинолин и в някои други случаи.

Както беше отбелязано по-горе, директната кулонометрия е доста трудоемка и продължителна. Освен това в някои случаи страничните процеси започват забележимо да протичат дори преди завършването на основната електрохимична реакция, което намалява ефективността на тока и може да доведе до значителни грешки в анализа. Затова често се използва непряка кулонометрия - кулонометрично титруване.

3 Кулонометрично титруване

Същността на метода. По време на кулонометрично титруване аналитът X, който е в разтвор в електрохимична клетка, реагира с "титранта" Т - вещество, което непрекъснато се образува (генерира) върху генераторния електрод по време на електролизата на спомагателно вещество, също присъстващо в разтвора . Краят на титруването е моментът, когато целият аналит X напълно реагира с генерирания "титрант" Т, се фиксира или визуално чрез индикаторния метод, като в разтвора се въведе подходящ индикатор, който променя цвета си близо до ТЕ, или с помощта на инструментални методи - потенциометрично, амперометрично, фотометрично.

Така при кулонометрично титруване титрантът не се добавя от бюретата към титрувания разтвор. Ролята на титрант се играе от вещество Т, което непрекъснато се генерира по време на електродната реакция на генераторния електрод. Очевидно има аналогия между обикновеното титруване, когато титрантът се вкарва отвън в титрувания разтвор и, докато се добавя, реагира с аналита, и генерирането на вещество Т, което, когато се образува, също реагира с аналита. Следователно разглежданият метод се нарича "кулонометрично титруване".

Кулонометричното титруване се извършва в амперостатичен (галваностатичен) или потенциостатичен режим. Най-често кулонометричното титруване се извършва в амперостатичен режим, като се поддържа постоянен електрически ток през цялото време на електролиза.

Вместо обема на добавения титрант при кулонометрично титруване се измерват времето t и токът i на електролизата. Процесът на образуване на вещество Т в кулонометрична клетка по време на електролиза се нарича генериране на титрант.

Кулонометрично титруване при постоянен ток. По време на кулонометрично титруване в амперостатичен режим (при постоянен ток) се измерва времето t, през което е извършена електролизата, и количеството електроенергия Q, изразходвано по време на електролизата, се изчислява по формулата, след което масата на аналита X се намира от съотношението.

Така например, стандартизирането на разтвор на солна киселина НС1 чрез кулонометрично титруване се извършва чрез титруване на водородни йони Н30+ на стандартизиран разтвор, съдържащ НС1 с хидроксидни йони ОН-, генерирани върху платинов катод по време на електролиза на вода:

H20 + 2e = 20H- + H2

Полученият титрант - хидроксидни йони - реагира с H30+ йони в разтвор:

H30+ + OH- = 2H20

Титруването се извършва в присъствието на индикатора фенолфталеин и се спира при поява на светлорозов цвят на разтвора. Знаейки стойността на постоянния ток i (в ампери) и времето t (в секунди), изразходвано за титруване, изчислете количеството електричество Q (в кулони), използвайки формула (28) и използвайки формула (27) - масата (в грамове ) от реагиралия НС1, съдържащ се в аликвотна част от стандартизирания разтвор на НС1, добавен към кулонометричната клетка (генераторен съд).

Условия за кулонометрично титруване. От гореизложеното следва, че условията за провеждане на кулонометрично титруване трябва да осигуряват 100% токова ефективност. За да направите това, трябва да бъдат изпълнени поне следните изисквания.

а) Спомагателният реагент, от който се генерира титрантът на работния електрод, трябва да присъства в разтвора в голям излишък спрямо аналита (~ 1000-кратен излишък). При тези условия обикновено се елиминират страничните електрохимични реакции, основната от които е окисляването или редуцирането на поддържащия електролит, например водородни йони:

H+ + 2e = H2

б) Стойността на постоянния ток i=const по време на електролиза трябва да бъде по-малка от стойността на дифузионния ток на спомагателния реагент, за да се избегне реакцията с участието на фонови електролитни йони.

в) Необходимо е да се определи възможно най-точно количеството електроенергия, изразходвано по време на електролиза, за което е необходимо точно да се запишат началото и краят на обратното броене и големината на електролизния ток.

Кулонометрично титруване при постоянен потенциал.

Потенциостатичният режим при кулонометрично титруване се използва по-рядко.

Кулонометричното титруване в потенциостатичен режим се извършва при постоянна стойност на потенциала, съответстваща на потенциала на изхвърлянето на веществото в работния електрод, например по време на катодна редукция на метални катиони M "* върху платинен работен електрод. Тъй като реакцията протича, потенциалът остава постоянен, докато всички метални катиони реагират, след което рязко намалява, тъй като в разтвора вече няма метални катиони, определящи потенциала.

Приложение на кулонометрично титруване. При кулонометрично титруване могат да се използват всички видове реакции на титриметричния анализ: киселинно-основни, редокс, утаяване, реакции на образуване на комплекси.

И така, малки количества киселини могат да бъдат определени чрез кулонометрично киселинно-алкално титруване с електрогенерирани OH- йони, образувани по време на електролизата на водата върху катода:

H20 + 2e = 20N "+ H2

Базите могат също да се титруват с водородни йони H+, генерирани на анода по време на електролиза на вода:

H20-4e = 4H+ + 02

С редокс бромометрично кулонометрично титруване могат да се определят арсен (III), антимон (III), йодиди, хидразин, феноли и други органични вещества. Бромът, електрогенериран на анода, действа като титрант:

VG -2e = Vg2

Утаителното кулометрично титруване може да определи халидни йони и органични сяросъдържащи съединения чрез електрогенерирани сребърни катиони Ag+, цинкови катиони Zn2+ чрез електрогенерирани фероцианидни йони и др. Комплексометричното кулонометрично титруване на метални катиони може да се извърши с EDTA аниони, електрогенерирани върху живачен (II) комплексонатен катод.

Кулонометричното титруване има висока точност, широк спектър от приложения в количествения анализ, ви позволява да определяте малки количества вещества, нискоустойчиви съединения (тъй като те реагират веднага след образуването им), например мед (1), сребро (H) , калай (P), титан (III), манган (III), хлор, бром и др.

Предимствата на метода включват и факта, че не се изисква подготовка, стандартизация и съхранение на титранта, тъй като той непрекъснато се образува по време на електролиза и веднага се изразходва в реакцията с аналита.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Електрохимичните методи за анализ се основават на процесите, протичащи върху електродите или междуелектродното пространство. Електрохимичните методи за анализ са сред най-старите физични и химични методи за анализ (някои са описани в края на 19 век). Предимството им е високата точност и сравнителната простота както на оборудването, така и на техниката за анализ. Високата точност се определя от много точни закони, използвани в електрохимичните методи за анализ, например закона на Фарадей. Голямото удобство е, че те използват електрически въздействия и че резултатът от това въздействие (отговор) се получава под формата на електрически сигнал.

Това осигурява висока скорост и точност на броене, 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 за анализ е достатъчен по-малко от 1 ml разтвор. Техният инструмент е електрохимична клетка, която представлява съд с електролитен разтвор, в който са потопени поне два електрода. В зависимост от проблема, който се решава, формата и материала на съда, броят и естеството на електродите, разтворът, условията за анализ (приложено напрежение (ток) и записан аналитичен сигнал, температура, смесване, продухване с инертен газ и др.) могат да бъдат различно. Определяемото вещество може да бъде включено както в състава на електролита, запълващ клетката, така и в състава на един от електродите.

Електрохимичните методи за анализ играят важна роля в съвременния свят. В днешно време грижата за околната среда е особено важна. С помощта на тези методи е възможно да се определи съдържанието на огромно количество различни органични и неорганични вещества. Сега те са по-ефективни за идентифициране на опасни вещества.

1. Електрохимични методи за анализ

2. Потенциометрия Потенциометрично титруване

3. Кондуктометрия. Кондуктометрично титруване

4. Кулонометрия. Кулонометрично титруване

5. Списък на използваната литература

Електрохимични методи за анализ

Класификация на електрохимичните методи за анализ

Електрохимичните методи се основават на измерване на електрическите параметри на електрохимични явления, които се случват в тестовия разтвор. Такова измерване се извършва с помощта на електрохимична клетка, която представлява съд с изследван разтвор, в който са поставени електроди. Електрохимичните процеси в разтвора са придружени от появата или промяната на потенциалната разлика между електродите или промяната в големината на тока, преминаващ през разтвора.

Електрохимичните методи се класифицират в зависимост от вида на явленията, измерени по време на анализа. Най-общо има две групи електрохимични методи:

1. Методи без наслагване на външен потенциал, базирани на измерване на потенциалната разлика, която възниква в електрохимична клетка, състояща се от електрод и съд с тестов разтвор. Тази група методи се нарича потенциометрични.При потенциометричните методи се използва зависимостта на равновесния потенциал на електродите от концентрацията на йони, участващи в електрохимичната реакция върху електродите.

2. Методи с налагане на външен потенциал, базирани на измерване на: а) електрическата проводимост на разтворите - кондуктометрия; б) количеството електричество, преминало през разтвора - кулонометрия; в) зависимостта на тока от приложения потенциал - волтаметрия; г) времето, необходимо за протичане на електрохимична реакция - хроноелектрохимични методи(хроноволтаметрия, хронокондуктометрия). При методите от тази група към електродите на електрохимичната клетка се прилага външен потенциал.

Основният елемент на инструментите за електрохимичен анализ е електрохимична клетка. При методи без налагане на външен потенциал е така галванична клетка, при които поради протичането на химични редокс реакции възниква електрически ток. В клетка от типа на галваничния елемент два електрода са в контакт с анализирания разтвор - индикаторен електрод, чийто потенциал зависи от концентрацията на веществото, и електрод с постоянен потенциал - референтен електрод, относителен към който се измерва потенциала на индикаторния електрод. Потенциалната разлика се измерва със специални уреди - потенциометри.

При методи с насложен външен потенциал, електрохимична клетка, наречен така, защото под действието на приложения потенциал върху електродите на клетката протича електролиза – окисление или редукция на вещество. Кондуктометричният анализ използва кондуктометрична клетка, в която се измерва електрическата проводимост на разтвора. Според метода на приложение електрохимичните методи могат да бъдат класифицирани в директни методи, при които концентрацията на веществата се измерва според показанията на устройството, и електрохимично титруване, където индикацията на точката на еквивалентност се фиксира с помощта на електрохимични измервания. В съответствие с тази класификация има потенциометрия и потенциометрично титруване, кондуктометрия и кондуктометрично титруване и др.

Инструментите за електрохимични определяния, в допълнение към електрохимичната клетка, бъркалката, съпротивлението на натоварване, включват устройства за измерване на потенциалната разлика, тока, съпротивлението на разтвора и количеството електричество. Тези измервания могат да се извършват със стрелкови инструменти (волтметър или микроамперметър), осцилоскопи, потенциометри за автоматично записване. Ако електрическият сигнал от клетката е много слаб, тогава той се усилва с помощта на радиоусилватели. В устройствата на методите с насложен външен потенциал важна част са устройствата за захранване на клетката с подходящ потенциал на стабилизиран постоянен или променлив ток (в зависимост от вида на метода). Захранващият блок за инструменти за електрохимичен анализ обикновено включва токоизправител и стабилизатор на напрежението, което осигурява стабилността на инструмента.

Потенциометрия

Потенциометрията се основава на измерване на разликата в електрическите потенциали, които възникват между различни електроди, потопени в разтвор с вещество, което трябва да се определи. Електрически потенциал възниква на електродите, когато през тях преминава окислително-редукционна (електрохимична) реакция. Редокс реакциите протичат между окислител и редуциращ агент с образуването на редокс двойки, чийто потенциал E се определя от уравнението на Нернст от концентрациите на компонентите на двойките [ox] и [rec]:

Потенциометричните измервания се извършват чрез спускане на два електрода в разтвора - индикаторен електрод, който реагира на концентрацията на определяните йони, и стандартен или референтен електрод, спрямо който се измерва индикаторният потенциал. Използват се няколко вида индикаторни и стандартни електроди.

Електроди от първи видса обратими по отношение на металните йони, от които се състои електродът. Когато такъв електрод се спусне в разтвор, съдържащ метални катиони, се образува електродна двойка

/М .

Електроди от втори видса чувствителни към аниони и представляват метал М, покрит със слой от неговата неразтворима сол МА с анион

към които е чувствителен електродът. Когато такъв електрод влезе в контакт с разтвор, съдържащ посочения анион, възниква потенциал Е, чиято стойност зависи от произведението на разтворимостта на солта и концентрацията на аниона в разтвора.

Електродите от втория вид са сребърен хлорид и каломел.Електродите от наситен сребърен хлорид и каломел 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. Те се използват за измерване на E в разтвори, съдържащи редокс двойка (напр.

/).

Мембранни електродиразличните видове имат мембрана, върху която възниква мембранният потенциал Е. Стойността на Е зависи от разликата в концентрациите на един и същ йон от различните страни на мембраната. Най-простият и най-широко използван мембранен електрод е стъкленият електрод.

Смесването на неразтворими соли като AgBr, AgCl, AgI и други с някои пластмаси (каучук, полиетилен, полистирен) доведе до създаването йон-селективни електродина

, , селективно адсорбирайки тези йони от разтвора поради правилото на Panet-Fajans-Han. Тъй като концентрацията на йоните, които трябва да се определят извън електрода, се различава от тази вътре в електрода, равновесията на мембранните повърхности се различават, 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), така че има видове потенциометри, които са сложни електронни волтметри с високо съпротивление. За измерване на ЕМП на електродната система в потенциометрите се използва компенсационна верига за намаляване на тока във веригата на клетката.

Най-често потенциометрите се използват за директно измерване на pH, концентрациите на други йони pNa, pK, pNH₄, pCl и mV. Измерванията се извършват с помощта на подходящи йон-селективни 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 рН метри с помощта на стандартни буферни разтвори, чиито фиксиращи канали се прилагат към устройството.

pH метри, в допълнение към директното определяне на pH, pNa, pK, pNH₄, pCl и други, позволяват да се определи потенциометрично титруване на йона.

Потенциометрично титруване

Потенциометричното титруване се извършва в случаите, когато не могат да се използват химически индикатори или при липса на подходящ индикатор.

При потенциометрично титруване като индикатори се използват потенциометърни електроди, потопени в титрирания разтвор. В този случай се използват електроди, чувствителни към титруемите йони. В процеса на титруване концентрацията на йони се променя, което се записва по скалата на измервателната сонда на потенциометъра. След като записват показанията на потенциометъра в единици pH или mV, те изграждат графика на зависимостта им от обема на титранта (крива на титруване), определят точката на еквивалентност и обема на титранта, използван за титруване. Въз основа на получените данни се изгражда потенциометрична крива на титруване.

Потенциометричната крива на титруване има форма, подобна на кривата на титруване в титриметричния анализ. Точката на еквивалентност се определя от кривата на титруване, която е в средата на скока на титруване. За да направите това, начертайте допирателни към участъци от кривата на титруване и определете точката на еквивалентност в средата на тангентата на скока на титруване. Изменението на ∆рН/∆V придобива най-голяма стойност в точката на еквивалентност.

Рязански държавен технологичен колеж

Курсова работа
по дисциплина
« Технически измервания и тяхното метрологично осигуряване»
Тема на курсовата работа: "Електрохимични методи за изследване на състава на материята"

изпълнено:
група ученик №158
Харламова Анастасия Игоревна

проверено:
ръководител на курсовата работа
Чекурова Наталия Владимировна

Рязан 2011 г
СЪДЪРЖАНИЕ

ВЪВЕДЕНИЕ 2

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТ 3

1.1 Общи характеристики на физичните и химичните методи за анализ 3

1.2 Характеризиране на електрохимичните методи 4

1.3 Класификация на електрохимичните методи за анализ 5

2 ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА И ПРАКТИЧЕСКА ЧАСТ 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21
ЛИТЕРАТУРА 22

ВЪВЕДЕНИЕ
Съвременните отрасли на производството и социалния живот на хората поставят свои специфични задачи пред физичните и химичните методи за анализ за контрол на качеството на продуктите. Един от основните физични и химични методи за анализ са електрохимичните методи за анализ.
Тези методи могат бързо и сравнително точно да определят много показатели за качеството на продукта.
Електрохимичните методи за анализ на състава на дадено вещество се използват широко в различни индустрии. Те ви позволяват да автоматизирате получаването на резултати за качеството на продукта и да коригирате нарушенията, без да спирате производството. В хранително-вкусовата промишленост тези методи определят киселинно-алкалния баланс на продукта, наличието на вредни и токсични вещества и други показатели, които влияят не само на качеството, но и на безопасността на храната.
Оборудването, предназначено за електрохимичен анализ, е сравнително евтино, лесно достъпно и лесно за използване. Поради това тези методи се използват широко не само в специализирани лаборатории, но и в много индустрии.
В тази връзка целта на тази курсова работа е да се изучат електрохимичните методи за изследване на състава на веществото.
За постигането на тази цел бяха формулирани следните задачи:
- разглеждат електрохимичните методи за анализ, тяхната класификация и значение в системата за контрол на качеството на продукта;
- Изучаване на метода на потенциометричното титруване;
- Определете киселинността на сладкото.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТ

1.1 Обща характеристика на физикохимичните методи за анализ

Свойствата на веществата и материалите, произвеждани и продавани продукти, се изучават с помощта на методите на съвременната аналитична химия, които са насочени към решаване на проблемите на управлението на качеството на продуктите.
Основните работни инструменти на аналитичната химия са физичните и химичните методи за анализ. Те се основават на регистриране на аналитични сигнали, чиято поява зависи от физикохимичните свойства на веществото, неговия характер и съдържание в анализирания продукт.
Съвременните отрасли на производството и социалния живот на хората поставят свои специфични задачи пред физичните и химичните методи за анализ за контрол на качеството на продуктите.
Във физикохимичните методи за количествен анализ се разграничават 3 групи:
Фигура 1 - Класификация на физични и химични методи за количествен анализ
1) Оптичните методи се основават на взаимодействието на електромагнитното излъчване с материята. Те включват: поляриметрия, спектрометрия, рефрактометрия, фотоколометрия и др.
2) Електрохимичните методи се основават на изследване на процеси, протичащи на повърхността на електрода или в околоелектродното пространство. Тази група методи включва: кондуктометрия, волтаметрия, потенциометрия и др.
3) Хроматографските методи се основават на разпределението на едно от няколко вещества между две, както се казва, фази (например между твърдо вещество и газ, между две течности и т.н.), като една от фазите непрекъснато се движи, тоест е мобилен. Има газо-течни, течни и йонни методи за оценка на качеството на хранителните продукти.
Хроматографските и електрохимичните методи за анализ са широко използвани при контрола на качеството на продуктите.

1.2Характеристика на електрохимичните методи
Електрохимичните методи се основават на измерване на електрическите параметри на електрохимични явления, които се случват в тестовия разтвор. Електрохимичните методи се класифицират в зависимост от вида на явленията, измерени по време на анализа. Най-общо се разграничават две групи електрохимични методи (Фигура 2):

Фигура 2 - класификация на електрохимичните методи за анализ, в зависимост от вида на явленията, измерени по време на анализа
Методи без наслагване на външен потенциал, базирани на измерване на потенциалната разлика, която възниква в електрохимична клетка, състояща се от електрод и съд с тестов разтвор. Тази група методи се нарича потенциометрична. При потенциометричните методи се използва зависимостта на равновесния потенциал на електродите от концентрацията на йони, участващи в електрохимичната реакция върху електродите.
Наложени външни потенциални методи, базирани на измерване:
а) електропроводимост на разтвори - кондуктометрия;
б) количеството електричество, преминало през разтвора - кулонометрия;
в) зависимостта на големината на тока от приложения потенциал - волт-амперометрия;
г) времето, необходимо за протичане на електрохимична реакция - хроноелектрохимични методи (хроноволтаметрия, хронокондуктометрия). При методите от тази група към електродите на електрохимичната клетка се прилага външен потенциал.
Основният елемент на инструментите за електрохимичен анализ е електрохимична клетка. При методи без налагане на външен потенциал това е галванична клетка, в която възниква електрически ток поради протичането на химични редокс реакции. В клетка от типа на галваничния елемент два електрода са в контакт с анализирания разтвор - индикаторен електрод, чийто потенциал зависи от концентрацията на веществото, и електрод с постоянен потенциал - референтен електрод, относителен към който се измерва потенциала на индикаторния електрод. Измерването на потенциалната разлика се извършва със специални уреди - потенциометри.

1.3 Класификация на електрохимичните методи за анализ

Разработени са различни електрохимични методи за качествен и количествен анализ на химикали. В зависимост от процесите, които са в основата на анализа, използваните инструменти и измерените стойности. Има 5 основни вида електрохимичен анализ, те са представени на фигура 3.

Фигура 3-Основни методи за електрохимичен анализ
Някои електрохимични методи се разделят на два вида анализ: директен и индиректен (Фигура 4)

Фигура 4- видове електрохимичен анализ

кондуктометричен метод.

Кондуктометричен метод - метод, основан на измерване на електропроводимостта на анализирания разтвор
При кондуктометричния метод се разграничават два вида директен анализ - кондуктометрия и индиректно - кондуктометрично титруване (Фигура 4)

Фигура 5 – Методи за кондуктометричен анализ.

Кондуктометрията се основава на измерване на електрическата проводимост на разтвор. Анализът се извършва с помощта на кондуктометри - устройства, които измерват съпротивлението на разтворите. Стойността на съпротивлението R определя електрическата проводимост на разтворите L, която е противоположна на него по големина.
Директната кондуктометрия се използва за определяне на концентрацията на разтвор от калибровъчна крива. За съставяне на калибровъчна графика се измерва електрическата проводимост на серия от разтвори с известна концентрация и се изгражда калибровъчна графика на зависимостта на електрическата проводимост от концентрацията. След това се измерва електропроводимостта на анализирания разтвор и концентрацията му се определя от графиката.
Най-често се използват кондуктометрични титрувания. В същото време анализираният разтвор се поставя в клетката с електроди, клетката се поставя върху магнитна бъркалка и се титрува с подходящия титрант. Титрантът се добавя на равни части. След добавяне на всяка част от титранта се измерва електрическата проводимост на разтвора и се начертава графика между електрическата проводимост и обема на титранта. Когато се добави титрант, електропроводимостта на разтвора се променя, т.е. има огъване на кривата на титруване. Електрическата проводимост на разтвора зависи от подвижността на йоните: колкото по-висока е подвижността на йоните, толкова по-голяма е електропроводимостта на разтвора.
Кондуктометричното титруване има няколко предимства. Може да се извършва в мътна и оцветена среда, при липса на химически индикатори. Методът е високочувствителен и позволява анализ на разредени разтвори на вещества (до mol/dm). Кондуктометричното титруване анализира смеси от вещества, т.к разликите в подвижността на различните йони са значителни и те могат да бъдат различно титрувани в присъствието един на друг.

Потенциометричен метод за анализ

Потенциометричният метод е метод за качествен и количествен анализ, базиран на измерване на потенциали, възникващи между тестовия разтвор и електрода, потопен в него.

Директният анализ тук е потенциометрия, а индиректният анализ е потенциометрично титруване (Фигура 5).
Фигура 6 - Методи за потенциометрично титруване

Потенциометрията се основава на измерване на разликата в електрическите потенциали, които възникват между различни електроди, потопени в разтвор с вещество, което трябва да се определи. Електрически потенциал възниква при електродите, когато през тях преминава редокс (електрохимична) реакция. Редокс реакциите протичат между окислител и редуциращ агент с образуването на редокс двойки, чийто потенциал Е се определя от уравнението на Нернст от концентрациите на компонентите на двойките.
Потенциометричните измервания се извършват чрез спускане на два електрода в разтвора - индикаторен електрод, който реагира на концентрацията на определяните йони, и референтен електрод, спрямо който се измерва индикаторният потенциал. Използват се няколко вида индикаторни електроди и референтни електроди.
Електродите от първия вид са обратими по отношение на металните йони, от които се състои електродът. Когато такъв електрод се спусне в разтвор, съдържащ метални катиони, се образува електродна двойка.
Електродите от втория вид са чувствителни към аниони и представляват метал, покрит със слой от неговата неразтворима сол с анион, към който електродът е чувствителен. При контакт на такъв електрод с разтвор, съдържащ посочения анион, възниква потенциал Е, чиято стойност зависи от произведението на разтворимостта на солта и концентрацията на аниона в разтвора.
Електродите от втория вид са сребърен хлорид и каломел.Електродите от наситен сребърен хлорид и каломел поддържат постоянен потенциал и се използват като референтни електроди, спрямо които се измерва потенциалът на индикаторния електрод.
Инертни електроди - пластина или тел от трудно окисляеми метали - платина, злато, паладий. Те се използват за измерване на E в разтвори, съдържащи редокс двойка.
Мембранните електроди от различни видове имат мембрана, върху която възниква мембранният потенциал Е. Стойността на Е зависи от разликата в концентрациите на един и същи йон от различните страни на мембраната. Най-простият и най-широко използван мембранен електрод е стъкленият електрод.
Електродите, използвани в потенциометрията, имат високо вътрешно съпротивление (500-1000 MΩ), така че съществуващите видове потенциометри са сложни електронни високоомни волтметри. За измерване на ЕМП на електродната система в потенциометрите се използва компенсационна верига за намаляване на тока във веригата на клетката.
Най-често потенциометрите се използват за директно измерване на pH, концентрациите на други йони pNa, pK, pNH, pCl и mV. Измерванията се извършват с помощта на подходящи йон-селективни електроди.
За измерване на рН, което характеризира концентрацията на водородни йони в разтвори, питейна вода, хранителни продукти и суровини, обекти на околната среда и производствени системи за непрекъснато наблюдение на технологичните процеси, включително в агресивни среди, се използват специални устройства, които се наричат ​​рН метри (Фигура 6). Те са стъклен електрод и референтен електрод - сребърно хлорид. Преди извършване на анализи е необходимо да се провери калибрирането на рН метри с помощта на стандартни буферни разтвори, чиито фиксиращи канали се прилагат към устройството.

Фигура 7- pH метър
Действието на pH метъра се основава на измерване на стойността на ЕМП на електродната система, чиито показатели са пропорционални на активността на водородните йони в разтвора - pH (неговия водороден индекс). За управление и регулиране на режимите на pH метъра се използва дистанционно управление, свързано към електронния преобразувател. pH метри, в допълнение към директното определяне на pH, pNa, pK, pNH, pCl и други, позволяват да се определи потенциометрично титруване на йона
Грешки при измерване на рН метри:
1) грешки при измерване на ЕМП, температура.
2) грешка при калибриране, която включва грешката BR заедно с грешката на инструмента;
3) случаен компонент на грешката на измерване.
В допълнение към инструменталната грешка има грешка в техниката на измерване.
По време на калибрирането се правят две основни настройки - настройват се усилването и отместването на инвертиращия усилвател.
и т.н.................

1. Електрохимичните методи за анализ се основават на използването на електрохимичните свойства на анализираните вещества. Те включват следните методи.

Електрогравиметричен метод, базиран на точно измерване на масата на аналита или неговите съставки, които се отделят върху електродите, когато постоянен електрически ток преминава през анализирания разтвор.

Кондуктометричен метод, основан на измерване на електропроводимостта на разтвори, която се променя в резултат на протичащи химични реакции и зависи от свойствата на електролита, неговата температура и концентрацията на разтвореното вещество.

Потенциометричен метод, основан на измерване на потенциала на електрод, потопен в разтвор на тестваното вещество. Потенциалът на електрода зависи от концентрацията на съответните йони в разтвора при постоянни условия на измерване, които се извършват с помощта на потенциометри.

Полярографски метод, основан на използването на феномена на концентрационна поляризация, който възниква върху електрод с малка повърхност, когато електрически ток преминава през анализирания електролитен разтвор.

Кулонометричен метод, базиран на измерване на количеството електричество, използвано за електролизата на определено количество вещество. Методът се основава на закона на Фарадей.

2. Оптичните методи за анализ се основават на използването на оптичните свойства на изследваните съединения. Те включват следните методи.

Емисионен спектрален анализ, базиран на наблюдение на линейни спектри, излъчвани от пари на вещества, когато те се нагряват в пламък на газова горелка, искра или електрическа дъга. Методът дава възможност за определяне на елементния състав на веществата.

Абсорбционен спектрален анализ в ултравиолетовата, видимата и инфрачервената област на спектъра. Има спектрофотометрични и фотоколориметрични методи. Спектрофотометричният метод за анализ се основава на измерване на абсорбцията на светлина (монохроматично лъчение) с определена дължина на вълната, която съответства на максималната крива на поглъщане на веществото. Фотоколориметричният метод за анализ се основава на измерване на абсорбцията на светлина или определяне на спектъра на абсорбция във фотоколориметрични устройства във видимата част на спектъра.

Рефрактометрия, базирана на измерване на индекса на пречупване.

Поляриметрия, основана на измерване на въртенето на равнината на поляризация.

Нефелометрия, основана на използването на явленията на отражение или разсейване на светлината от неоцветени частици, суспендирани в разтвор. Методът дава възможност да се определят много малки количества вещество в разтвор под формата на суспензия.

Турбидиметрия, базирана на използването на феномена на отражение или разсейване на светлината от цветни частици, които са в суспензия. Светлината, погълната от разтвора или преминала през него, се измерва по същия начин, както при фотоколориметрията на цветни разтвори.

Луминесцентен или флуоресцентен анализ, основан на флуоресценцията на вещества, които. изложени на ултравиолетова светлина. Това измерва интензитета на излъчваната или видимата светлина.

Конструкцията на устройствата осигурява изравняване на интензитета на два светлинни потока с помощта на регулираща диафрагма. При еднакво осветяване на двете фотоклетки токовете от тях във веригата на галванометъра се компенсират взаимно и стрелката на галванометъра се настройва на нула. Когато една фотоклетка е потъмнена от кювета с оцветен разтвор, стрелката на галванометъра ще се отклони с количество, пропорционално на концентрацията на разтвора. Нулевата позиция на стрелката на галванометъра се възстановява чрез потъмняване на втората фотоклетка с калибрираща диафрагма. Формата и дизайнът на диафрагмите могат да бъдат различни. Например, фотоелектричните колориметри FEK-56 използват плъзгаща се диафрагма с формата на котешко око. Диафрагмата на котешко око се състои от сърповидни сегменти, които се движат и раздалечават, като по този начин променят диаметъра на отворите, през които преминава светлината.

Диафрагмата, разположена в десния светлинен лъч на колориметъра, променя своята площ и интензитета на светлинния поток, падащ върху дясната фотоклетка, когато свързаният с нея барабан се върти. Плъзгащата се диафрагма, разположена в левия лъч, служи за намаляване на интензитета на светлинния поток, падащ върху лявата фотоклетка. Десният светлинен лъч е измервателен, левият е компенсационен.

ХРОМАТОГРАФСКИ МЕТОДИ. КЛАСИФИКАЦИЯ НА МЕТОДИИТЕ

Разделянето и анализът на веществата чрез хроматографски методи се основават на разпределението на веществата между две фази, едната от които е неподвижна (стационарна), а другата е подвижна, движеща се по първата. Разделяне възниква, ако неподвижната фаза проявява различен сорбционен капацитет за йони или молекули на сместа, която се разделя. Обикновено стационарната фаза е сорбент с развита повърхност, а подвижната фаза е течен или газов поток.

Хроматографските методи се класифицират по няколко параметъра: а) според механизма на разделяне на компонентите на анализираната смес (адсорбция, разпределение, йонообмен, утаяване и др.); б) според агрегатното състояние на подвижната фаза (газ, течност); в) според вида на неподвижната фаза и нейното геометрично разположение (колонна, тънкослойна, хартиена хроматография); г) според метода на придвижване на сместа, която се разделя в колоната (елуент, челен, изместващ).

В най-простата версия хроматографията се извършва върху колони, в които е поставен сорбент, който служи като неподвижна фаза. Разтвор, съдържащ смес от вещества за разделяне, преминава през колона. Компонентите на анализираната смес преминават през неподвижната фаза заедно с подвижната фаза под действието на гравитацията или под налягане. Разделянето се извършва поради движението на компонентите на сместа с различни скорости поради взаимодействието им със сорбента. В резултат на това веществата се разпределят върху сорбента, образувайки адсорбционни слоеве, наречени зони. В зависимост от целта на разделянето или анализа може да има различни опции за последваща обработка. Най-често срещаният метод е елуиране.През колона с адсорбирани върху него вещества се пропуска подходящ разтворител - елуент, който елуира един или повече адсорбирани компоненти от колоната; след това те могат да бъдат определени в получения разтвор - елуат. Възможно е през колоната да се прекара проявителен реагент, поради което сорбираните вещества стават видими, т.е. сорбентният слой със задържаното вещество придобива определен цвят. Получава се развита хроматограма, която позволява да се направят изводи за състава на сместа без допълнителни качествени реакции.

Основни параметри в хроматографските методи: характеристики на задържане, ефективност и степен на разделяне.

Обемът на задържане и времето на задържане са обемът на елуента и времето, необходимо за отстраняване на дадено вещество от колоната. Тези стойности зависят от свойствата на сорбента, скоростта на движение на подвижната фаза и нейния обем, както и от коефициента на разпределение Kp:

Kr \u003d S TV / Szh,

където Сtv е общата концентрация на разтвореното вещество в неподвижната фаза; Cg е концентрацията на веществото в подвижната фаза. Чрез измерване на относителните стойности на задържане могат да се идентифицират компонентите, които трябва да се разделят.

За да се оцени ефективността на разделяне на колона, се въвежда концепцията за теоретични плочи. Сорбентният слой в колоната е условно разделен на редица съседни тесни хоризонтални слоеве, всеки от които се нарича теоретична плоча. Във всеки слой се установява равновесие между неподвижната и подвижната фаза. Колкото по-голям е броят на теоретичните плочи, толкова по-висока е ефективността на разделяне. Друга величина, характеризираща ефективността на разделяне, е височината, еквивалентна на теоретичната плоча, която е отношението H= L/N, където L е дължината на колоната; N е броят на теоретичните табели.

Степента на разделяне на два компонента 1 и 2 се определя от критерия за разделяне R, който зависи от времето на задържане (ti) и ширината на зоните, заети от компонентите върху сорбента (∆ti):

R1,2=2 (t2‑t1)/(∆t2+∆t1)

Компонентите са разделени, ако R2,1≥1 и не са разделени, ако R2,1=0.

В хода на химичните методи за анализ те изучават йонообменна хроматография и хроматография върху хартия, други хроматографски методи - в хода на физикохимичните методи за анализ.

ЙОННООБМЕННА ХРОМАТОГРАФИЯ

Йонообменната хроматография се основава на обратим стехиометричен обмен на йони на анализирания разтвор за подвижни йони - противойони на сорбенти, наречени йонообменници (или йонообменници). Като йонообменници се използват естествени или синтетични смоли - твърди, неразтворими във вода високомолекулни киселини и техните соли, съдържащи в състава си активни групи. Йонообменниците се разделят на катионобменници RSO 3 -H + (където R е сложен органичен радикал), способни да обменят водороден йон за катиони, и анионобменници RNHz + OH-, способни да обменят ОН група - за аниони. Схема на катионен обмен:

RSO3‑H+ + M+ ↔ RSO 3 -M+ + H+

Анионобменна схема:

RNH3 + OH - + A- ↔ RNH 3 + A- + OH-

Техниката за извършване на йонообмен най-често е колонна. При динамичния вариант колоната се запълва с йонообменник и анализираният разтвор се пропуска през него с определена скорост.

За целите на качествения анализ са разработени методи за изолиране и откриване на всички най-важни неорганични йони и много органични съединения и е разработен частичен и пълен анализ на смес от катиони и аниони.

Сорбцията на йони зависи от естеството и структурата на йонообменника, естеството на анализираните вещества, условията на експеримента (температура, рН и др.). За повечето практически изчисления може да се приеме, че равновесието между йонообменника и разтвора се подчинява на закона за действието на масите.

ХРОМАТОГРАФИЯ НА ХАРТИЯ

Хроматографията върху хартия не изисква скъпо оборудване и е изключително лесна за изпълнение. Този метод съчетава разделяне с едновременно откриване или идентифициране на вещества. Хартията задържа вода в порите - неподвижен разтворител. Отложените върху хроматографската хартия вещества преминават в подвижната фаза и, движейки се с различна скорост през капилярите на хартията, се разделят. Способността на веществата да се разделят се оценява чрез коефициента Rf, който е съотношението на изместването на зоната на веществото h към изместването на фронта на разтворителя H: Rf = h/H

Числените стойности на Rf зависят от естеството на подвижната и неподвижната фази, коефициента на разпределение и вида на хроматографската хартия. Експерименталните условия са от съществено значение за ефективното разделяне.

ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ ОТ ТИТРОМЕТРИЯТА. МЕТОДИ НА ТИТРУВАНЕ

Титриметричните методи за анализ се основават на записване на масата на реагента, изразходван за реакцията с аналита. Реагентът (титрант) се добавя към анализирания разтвор или в твърда форма (прах, таблетки, хартия, импрегнирана с реагента), или най-често под формата на разтвор с точно известна концентрация на реагента. Възможно е да се измери масата на изразходвания титрант чрез претегляне на съда с тестовия разтвор и добавения реагент (гравиметрично титруване) или обема на използвания за титруване титрант. В последния случай масата на титранта се изразява в неговия обем съгласно формулите

m=TV и m=CnVE/1000,

където Т е титърът на титрантния разтвор; g/cm3; V е обемът на титрантния разтвор, cm3; Cn е нормалната концентрация на титриращия разтвор, mol/dm3; Е е еквивалентът на титранта.

Титрантът се добавя към точно измерен обем от анализирания разтвор на малки порции. След добавяне на всяка нова порция титрант се установява равновесие в системата, описана от уравнението на химичната реакция, напр.

където А е анализираното вещество; В-титрант; ha, t са стехиометрични коефициенти. С протичането на реакцията равновесните концентрации на аналита и титранта намаляват, докато равновесните концентрации на реакционните продукти се увеличават. Когато се изразходва количество титрант, еквивалентно на количеството титрувано вещество, реакцията ще приключи. Този момент се нарича точка на еквивалентност. На практика крайната точка на реакцията е фиксирана, която с известна степен на приближение съответства на точката на еквивалентност. При химичните методи за анализ той се фиксира визуално чрез забележим аналитичен ефект (промяна в цвета на разтвора, утаяване), причинен от някое от изходните съединения, реакционни продукти или вещества, специално въведени в системата - индикатори. При физикохимичните методи за анализ крайната точка се определя от рязко изменение на измервания физичен параметър – pH, потенциал, електропроводимост и др.

В титриметрията има директно, обратно и индиректно титруване.

При метода на директно титруване компонентът А, който трябва да се определи, реагира директно със стандартния разтвор Б. Ако такава реакция е невъзможна по някаква причина, тогава се използва обратно или индиректно титруване. За да направите това, към анализираното вещество се добавя спомагателен реагент - вторичен стандарт, който реагира с определяния компонент. При метода на обратно титруване B се взема в излишък и нереагиралият остатък се титрува с вторичен стандарт. При методите на индиректно титруване реакционният продукт реагира със стандартния разтвор (титруване на заместители).

Методи на титруване

В някои случаи се извършва така нареченото обратно титруване, при което стандартен разтвор на реагент се титрува с анализирания разтвор. Обикновено се използва, когато аналитът е нестабилен във въздуха. Когато се анализират смеси от вещества, е възможно да се комбинират различни методи на титруване.

Процесът на всяко измерване се състои в сравняване на избрания параметър на обекта с подобен параметър на стандарта. При титриметричните анализи за стандарти служат разтвори с точно известни концентрации (титър, нормалност) на компонента, който трябва да се определи. Такива разтвори се наричат ​​стандартни (титрувани). Те могат да бъдат приготвени по няколко начина: 1) чрез прецизно претегляне на изходния материал; 2) чрез приблизителна проба с последващо определяне на концентрацията според първичния стандарт; 3) разреждане на предварително приготвен разтвор с известна концентрация; 4) чрез фиксиран канал; 5) йонообмен.

При първия метод като изходни материали могат да се използват само химически чисти стабилни съединения, чийто състав стриктно отговаря на химичната формула, както и лесно почистващи се вещества. При втория метод е необходимо наличието на първичен стандарт - химически чисто съединение с точно известен състав, което отговаря на следните изисквания.

2. Стабилност на въздух, стандартните разтвори не трябва да променят титъра по време на съхранение.

3. Голямо молекулно тегло за минимизиране на грешките при претегляне.

4. Добра разтворимост, бърза реакция с разтвор на вещество, чиято концентрация се определя.

5. Еквивалентната точка трябва да бъде определена точно и ясно.
Установяване на титри на разтвори - стандартизация - кан

се извършва чрез гравиметрични и обемни методи. В последния заглавието се инсталира по-бързо, така че се използва основно. Точно претеглен първичен стандарт (метод с едно тегло) или първичен стандартен разтвор (метод на пипетиране) се титрува със стандартизирания разтвор. Правилността на настройката на титъра се проверява чрез изчисляване на системната грешка на настройката на титъра.

За всеки титриметричен метод са разработени методи за стандартизиране на използваните титранти и са дадени препоръки за избор на първични стандарти. Трябва да се помни, че характеристиките на стандартните разтвори трябва да се определят с необходимата точност. Титърът, моларността и нормалността се определят до четвъртата значима цифра, без да се броят нулите след десетичната запетая (например ТNaon = 0,004014 g/cm 3 ; Skmno 4 = 0,04995 n).

КЛАСИФИКАЦИЯ НА ТИТРИМЕТРИЧНИТЕ МЕТОДИ

Титриметричните методи се разделят на четири големи групи според вида на реакцията, която е в основата на метода. Във всяка от тези групи има специфични методи, свързани с използването на определен титрант. Както следва от таблицата, най-голямата група се състои от методи за редокс титруване. Това включва (в допълнение към посочените в таблицата) също хроматометрия (стандартен разтвор - K2Cr2O7), цериметрия (стандартни разтвори, съдържащи Ce 4+), броматометрия (KBrO 3), ванадатометрия (NH 4 VOz), аскорбинометрия (стандартен разтвор - аскорбинова киселина киселина) и др. В групата на комплексометричните методи най-голямо приложение засега има комплексометрията (титрант - EDTA, или трилон В, или комплекс III), но броят на комплексоните, използвани в аналитичната практика, непрекъснато нараства. Методите за утаително титруване, напротив, постепенно се елиминират от практиката. Причината очевидно е, че въпреки че реакциите на утаяване са многобройни, в много случаи е трудно да се определи крайната точка на титруването. Методите на аргентометрията, роданометрията и живачната измерване са добре развити, но те са подходящи за определяне на малък брой йони, освен това среброто е ценен метал, а живачните соли са отровни. Предложен е метод за определяне, базиран на утаяване на слабо разтворими сулфати.

Киселинно-базовите титрувания стават все по-популярни. Това се дължи на непрекъснато разширяващата се употреба в практиката на неводни разтворители, които променят киселинно-алкалните свойства на веществата.

Предимства на титриметричните методи за анализ: скоростта на определяне и простотата на използваното оборудване, което е особено удобно при извършване на серийни анализи. Прагът на чувствителност на тези методи е около 10~3 mol/dm 3 или 0,10%; точност ~0,5% (отн.). Тези цифри зависят от чувствителността на използваните индикатори и концентрацията на реагиращите разтвори.

ТОЧНОСТ И ОБХВАТ НА КОЛОРИМЕТРИЧНИТЕ ОПРЕДЕЛЯНИЯ

Колориметричните методи често се използват за анализ на малки количества. Определянето се извършва бързо и с по-голяма точност се определят такива количества вещество, които практически не могат да бъдат открити чрез гравиметрични и титриметрични методи за анализ, тъй като за получаване на необходимата концентрация в разтвора би било необходимо да се вземе твърде много от изследваното вещество.

Колориметричните методи се използват за решаване на проблемите на технологичния контрол, така че въз основа на техните данни е възможно да се регулира технологичният химичен процес; в санитарно-хигиенни анализи за определяне на амоняк, флуор, нитрити и нитрати, соли на желязо във вода, витамини в храни, в клинични лаборатории за количествено определяне на йод, азот, билирубин и холестерол в кръвта и жлъчката, хемоглобин в кръв и др.

АНАЛИЗ НА ВЪЗДУХА

Основният източник на замърсяване на въздушния басейн на градовете са вредните компоненти, съдържащи се в продуктите! изгаряне. Те включват: пепел, частици от твърдо гориво, механични примеси; оксиди на сяра, азот, олово; въглероден окис; продукти от непълно изгаряне. В повечето съвременни производствени процеси технологичните цикли не пречистват емисиите. Според М.А. Стирикович, в света годишните емисии на твърди вещества възлизат на 100, 5O2–150, CO-300, азотни оксиди - 50 милиона тона При изгаряне на твърди и течни горива се образуват ароматни канцерогенни въглеводороди! един от които - 3,4 - бензпирен C2oH1 2, присъстващ в почвата, въздуха и водата (максимално допустима концентрация 0,00015 mg / dm 3).

Основните емисии във въздуха от химическата промишленост:

азотна киселина - N0, N02, N43

солна киселина - НС1, получена С1 2 сярна киселина

азотен метод - N0, N02, ZO 2, 8Oz, H 2 5O, Re 2 Oz (прах)

чрез контактен метод - 5O 2, 5Oz, H 2 5O4, Re 2 Oz (прах) на фосфор и

фосфорна киселина - P 2 Ob, HzPO4, HP, Ca5F (PO4) s (прах)

оцетна киселина - CH3CHO, CH3COOH

комплексни торове - N0, N02, NHz, HP, H 2 5O4, P 2 Oa, HNOz, прах от торове

калциев хлорид - HC1, H 2 5O4, CaC1 2 (прах) течен хлор - HC1, C1 2, Hg

метанол - CH 3 OH, капролактам CO - N0, N02, 5O 2, H 2 5, ацетилен CO - C2H 2 сажди от изкуствени влакна - H 2 5, C5 2 и др.

За да намалите замърсяването на въздуха, трябва да създадете условия за пълно изгаряне на горивото, което постигате чрез изгаряне при висока температура. В този случай се увеличава съдържанието на азотни оксиди, които са по-токсични от CO. Затова се търсят нови начини за изгаряне. В един от тях, предложен от А.К. Внуков, използвайте пещ за безпламъчно горене с пълни горелки за предварително смесване, за да потиснете образуването на азотни оксиди. Газово-въздушната смес се изгаря в слой от натрошен огнеупор, който съдържа повърхности, приемащи топлина, които намаляват температурата в пещта. Също така е възможно да се намали замърсяването на въздуха чрез насочване на замърсен въздух или продукти от непълно изгаряне в пещите на котлите на пещите. Подмяната на подавания към пещите въздух със замърсен въздух позволява освен всичко да намали разхода на гориво с -10%.

Анализът на газовите смеси се извършва по различни методи.

Органолептичният метод се основава на определянето на примеси по цвят и мирис от човек и дава само приблизителна представа за състава на сместа. Миризмата е на сероводород, хлор, амоняк, серен диоксид, фосфорни оксиди, въглеводороди и много органични вещества. Цветни газове - флуор, хлор, азотен диоксид.

Качественият анализ може да се извърши с помощта на филтърни хартии, импрегнирани с подходящия реагент. Те променят цвета си в присъствието на определени газове.

Индикация с течни или порести абсорбери. Въздухът се пропуска през съдове със специална течност или през порести абсорбери (пемза, алумогел, силикагел), обработени с реактиви. Промяна в цвета или помътняване на разтворите показва примеси във въздуха. При общия анализ на газовите смеси се определя качественият и количественият състав.

Гравиметричният анализ се основава на освобождаването на съставна част от газа под формата на утайка чрез провеждане на химични реакции. Утайката се промива, филтрува се, изсушава се (или се калцинира), претегля се. Увеличаването на масата на разтвора след преминаване на анализирания газ през него също позволява да се прецени съдържанието на примеси.

Възможно е да се определи съставната част на смес от газове чрез титруване със специални реагенти, като се използва реакцията на неутрализация, окисление - редукция, утаяване, образуване на комплекс.

За да се определи точно концентрацията на който и да е компонент в газова смес, е важно правилно да се вземе проба за анализ. Ако определеният компонент на въздуха е газ или пара, тогава той преминава през абсорбираща течност, където веществото се разтваря. Ако веществото, което се определя е течност, тогава се използват твърди абсорбери, в резултат на което частиците се уголемяват и адсорбират. Твърдите примеси и прах се задържат от твърди абсорбиращи среди (AFA филтри и др.). Големи обеми газове се отчитат с калибрирани газомери. В момента се произвеждат устройства за автоматично вземане на проби. По-долу са максимално допустимите концентрации (MPC) за различни вещества във въздуха на работната зона (GOST 12.1.005–76).

вещества	MPC. mg/mM
ацетон	200
Разтворител бензин (по отношение на C)	300
Гориво бензин (по отношение на C)	100
Живак метал	0,01
Олово и неговите неорганични съединения	0,01
Сярна киселина	1
въглероден окис	20
Алкални разтвори на каустик (по отношение на MaOH)	0,5
Прах, съдържащ силициев диоксид, повече от 70%	1
Формалдехид (аерозоли)	0,5
Фенол (в пари)	0,3

При изследване на атмосферния въздух най-надеждните данни се получават, ако вземането на проби е кратко. Продължителността на вземане на проби за повечето вредни вещества е 20-30 минути. Известно е, че концентрацията на вредно вещество в този случай е осреднена и 3 пъти по-малко реална, отколкото при вземане на проби за 2-5 минути. Има конкретни препоръки за вземане на проба от въздуха, като се вземе предвид разстоянието до източника на замърсяване на въздуха. Например, при изследване на атмосферния въздух за състезания "; на 3 km от източника на замърсяване, пробата се взема за 4-5 минути с течен "абсорбер на Рихтер модел 7 R с дебит на аспирация 20 dm 3 / min и на разстояние до 10 km - 2- 3 минути с абсорбер на Рихтер 10 R при скорост 50 dm 3 / min.

Пробата трябва да съдържа такова количество от изпитваното вещество във въздуха, че да е достатъчно за определяне по избрания метод. Твърде много въздух води до осредняване на резултатите от анализа, а ако обемът е недостатъчен, точността на анализа се намалява.

АНАЛИЗ НА ПОЧВАТА

Задачата на химичния анализ на почвите е да се получат техните химични характеристики за решаване на теоретични и практически въпроси на селското стопанство, определяне на генезиса и свойствата на почвите и агротехнически мерки за повишаване на тяхното плодородие.

Извличането на изследваните съединения от почвата за техния химичен анализ се извършва с помощта на различни екстракти (водни, солеви, киселинни или алкални). В някои случаи почвата се разлага чрез сливане на малки порции с карбонати, третиране с флуороводородна (флуороводородна) киселина или мокро изгаряне с други киселини (HC1 + HNO 3, HNYO 3 + H 2 5O 4). Повечето анализи се извършват с почвени проби във въздушно сухо състояние, стрити в хаван и пресети през сито с отвори с диаметър 1 mm.

За целта почвена проба от 500–1000 g се разстила на тънък слой върху лист хартия и се суши на въздух в чисто и сухо помещение. Едрите парчета пръст се надробяват на ръка и се отстраняват корени, камъни и др. Органичните остатъци се отстраняват удобно с електрифицирана стъклена пръчка, към която се залепват. Част от пробата се претегля на техническа везна за последващ избор на средна проба. Някои анализи изискват почвени проби, които току-що са взети от полето без предварително изсушаване, като например при определяне на нитрати. По-добре е да вземете средна проба чрез четвъртиране. Пресятата почва се съхранява в запушени буркани, картонени кутии или хартиени торби.

За да се приготви воден екстракт, 100 g почва се прехвърлят в колба с широко гърло за 750-1000 cm 3, излива се пет пъти обема дестилирана вода без CO. Колбата се затваря с коркова тапа и се разклаща за 5 минути. При изследване на солени почви се извършва разклащане в продължение на 2 часа, последвано от утаяване за едно денонощие или само разклащане в продължение на 6 часа.Извлекът се филтрира през фуния с диаметър 15 cm и поставен в нея голям нагънат филтър. Филтратът трябва да е бистър.

Водният екстракт дава представа за съдържанието на водоразтворими органични и минерални вещества в почвата, състоящи се главно от прости соли. Солите, които са разтворими във вода, могат да бъдат вредни. Според степента на вредност те са подредени в следния ред: Na 2 CO 3 > ManCO 3 > NaC1 > CaC1 2 > Ma 2 5O 4 > MdC1 2 > Me5O 4. Съдържанието на Ma 2 CO 3 (дори 0,005 об. дяла,%) причинява смъртта на растенията в солената почва. В кисели преовлажнени и торфени почви прекомерното съдържание на водоразтворими съединения на желязо (II), манган и алуминий е вредно за растенията. Анализът на водните екстракти при идентифициране на причината за засоляване на почвата се допълва от анализ на подпочвените води. Таблицата показва класификацията на почвите според съдържанието на токсични соли.

АНАЛИЗ НА ВОДАТА

Опазването на водите от замърсяване е най-важната задача, тъй като е свързана с осигуряването на населението с чиста питейна вода. За да се разработят ефективни мерки за пречистване на отпадъчните води, е необходимо да се знае точно какъв вид замърсяване се намира в разклонителните води, които влизат в даден резервоар, и в какви количества. Тези проблеми се решават чрез анализ на водата.

Индустриалната вода се използва в различни химически индустрии. Водата не трябва да причинява корозия на котли, оборудване, тръби, да съдържа излишък от суспендирани твърди вещества, запушващи тръбите на охладителната система; регулира съдържанието на соли, които образуват котления камък.

Определяне на така наречената химическа кислородна потребност (COD), т.е. окисляемостта на водата служи като мярка за съдържанието на органични вещества във водата.

Теоретично COD е масата на кислорода (или окислителя по отношение на кислорода) в mg/dm 3, необходима за пълното окисление на органичните вещества, съдържащи се в пробата, а въглеродът, водородът, сярата, фосфорът се окисляват до оксиди и азотът се превръща в амониева сол. Кислородът, който е част от окислените вещества, участва в процеса на окисление, а водородът участва в образуването на амониева сол. Приложените методи за определяне на ХПК дават резултати, близки до теорията на ХПК.

Едни от най-често срещаните видове замърсители на водата са фенолите. Те се съдържат в отпадъчните води от производството на кокс, влизат в състава на продуктите от разцепването на целулозата и се използват като суровини при производството на много изкуствени материали, багрила и др. Фенолите са отровни за повечето микроорганизми, риби и бозайници.

Липсата на кислород, свързана със замърсяването на водата, причинява смъртта на аеробни микроорганизми, което води до смъртта на рибата. Органичните примеси влияят върху цвета и прозрачността на водата, нейната миризма и вкус. Водата, използвана в хранително-вкусовата промишленост, не трябва да съдържа никакви органични примеси.

Анализирайте природни и отпадъчни води, като определяте тяхната алкалност, киселинност, общо съдържание на азот и азотсъдържащи вещества, метали, неметални елементи и др. Вземането на проби от вода от резервоари и резервоари с течаща вода се извършва съгласно специални инструкции.

Състои се в бързия избор на оптимален метод за анализ и успешното му прилагане при решаване на стоящия пред него аналитичен проблем. Изборът на оптимален метод за анализ се извършва чрез последователно разглеждане на условията на аналитичния проблем. 1. Вид анализ: а) индустриален, медицински, екологичен, съдебен и др.; б) маркировка, експрес, арбитраж; в) статичен или...

Амоняк Еднократно веднъж месечно от всяка единица не повече от 0,03% Фотоколориметричен метод M.I. № 213-A ΔMVI= ±21% 1.7 Производствени отпадъци, тяхното използване При производството на азотна киселина по комбиниран метод се образуват "остатъчни" газове, пречистени в реактори за каталитична обработка, вентилационни емисии на вредни вещества и отпадъчни води като производство отпадъци. След...