Acasă Legume Metode de cercetare electrochimică. Metode electrochimice pentru studiul compoziției materiei. Analiza apelor uzate

Legume

Metode de cercetare electrochimică. Metode electrochimice pentru studiul compoziției materiei. Analiza apelor uzate

Metodele electrochimice de analiză se bazează pe studiul și utilizarea proceselor care au loc pe suprafața electrodului sau în spațiul apropiat de electrod. Orice parametru electric (potențial, puterea curentului, rezistență etc.), legat funcțional de concentrația soluției analizate și susceptibil de măsurare corectă, poate servi drept semnal analitic.

Potențiometria, conductometria și voltametria și-au găsit aplicații în analiza alimentelor.

Metoda analizei potențiometrice

Metoda potențiometrică se bazează pe măsurarea forțelor electromotoare ale celulelor galvanice reversibile și este utilizată pentru determinarea concentrației de ioni într-o soluție. Această metodă utilizează în mod activ ecuația Nernst:

E = E ° + R * T / (n * F) ln (un oxid / o reducere)

Unde E° este potențialul standard al sistemului redox; R este constanta universală a gazului; T este temperatura absolută; F este constanta lui Faraday; n este numărul de electroni care participă la reacția electrodului; și oxidul și restul sunt activitățile formelor oxidate și, respectiv, reduse ale sistemului redox.

Principalele avantaje ale metodei potențiometrice sunt precizia sa ridicată, sensibilitatea ridicată și capacitatea de a efectua titrări în soluții mai diluate decât permit metodele cu indicatori vizuali. De asemenea, trebuie remarcat faptul că această metodă poate fi utilizată pentru a determina mai multe substanțe într-o singură soluție fără separare și titrare preliminară în medii tulburi și colorate.

Această metodă face posibilă analiza produselor alimentare pentru:

· Prezența nitriților și nitraților în produsele din carne;

· Determinarea aciditatii produselor lactate, berii, orzului si altor culturi de cereale;

· Măsurarea pH-ului siropurilor;

· Determinarea potasiului în lapte;

· Determinarea amidonului în cârnați.

Metoda conductometrică de analiză

Metoda conductometrică se bazează pe o modificare a conductivității electrice a soluțiilor în funcție de concentrația particulelor încărcate prezente.

Obiectele unei astfel de analize sunt soluțiile de electroliți.

Principalele avantaje ale conductometriei:

sensibilitate ridicată (limita inferioară a concentrațiilor detectabile ~ 10 -4 -10 -5 M), precizie suficient de mare (eroare de determinare relativă 0,1-2%), simplitatea tehnicilor, disponibilitatea echipamentelor, capacitatea de a studia soluții colorate și tulburi și Vezi și analiza automatizării.

Metoda conductometrică de analiză face posibilă determinarea:

Sulfati in solutie,

· Determinarea acidului citric în materiile prime din fructe și fructe de pădure;

· Cenușă în zahăr și melasă.

Metoda amperometrică de analiză (Voltametrie)

Voltametria este un grup de metode bazate pe procesele de oxidare sau reducere electrochimică a analitului care apar pe microelectrod și provoacă un curent difuz. Metodele se bazează pe studiul curbelor volt-amper care reflectă dependența curentului de tensiunea aplicată. Voltamogramele vă permit să obțineți simultan informații despre compoziția calitativă și cantitativă a soluției analizate, precum și despre natura procesului electrodului.

Pentru a efectua analiza curent-tensiune, sistemului de electrozi este aplicată o tensiune de la o sursă externă. Prin variarea tensiunii, se studiază dependența puterii curentului de difuzie de diferența de potențial aplicată, care este descrisă de o volamperogramă.

Graficul este o formă de undă și este format din 3 secțiuni. Secțiunea I - de la începutul înregistrării semnalului analitic până la începutul reacției electrochimice, un curent trece prin celulă. Secțiunea II - o creștere bruscă a curentului datorită unei reacții electrochimice. Secțiunea III - curentul de difuzie, atingând valoarea limită, rămâne practic constant, reacția electrochimică este finalizată.

Folosind această metodă, puteți efectua următoarele analize ale produselor alimentare, care vor determina:

· Amiloză în amidon;

· Metalele grele din produsele lactate;

· Acid ascorbic în băuturi și sucuri.

Metodele electrochimice de analiză se bazează pe măsurarea potențialelor, a curenților și a altor caracteristici în timpul interacțiunii unui analit cu un curent electric.

Metodele electrochimice sunt împărțite în trei grupe:

¨ metode bazate pe reacțiile electrozilor care au loc în absența curentului (potențiometrie);

¨ metode bazate pe reacțiile electrozilor care se desfășoară sub influența curentului (voltametrie, coulometrie, electrogravimetrie);

¨ metode bazate pe măsurători fără reacție electrod (conductometrie - titrare de joasă frecvență și oscilometrie - titrare de înaltă frecvență).

După metodele de aplicare, metodele electrochimice se clasifică în Drept bazată pe dependența directă a semnalului analitic de concentrația substanței și indirect(setarea punctului de echivalență în timpul titrarii).

Pentru înregistrarea semnalului analitic sunt necesari doi electrozi - indicator și comparație. Se numește electrodul, al cărui potențial depinde de activitatea ionilor detectați indicator... Ar trebui să răspundă rapid și reversibil la modificările concentrației ionilor determinați în soluție. Un electrod, al cărui potențial nu depinde de activitatea ionilor care se determină și rămâne constant, se numește electrod de referință.

POTENTIOMETRIE

Metoda potențiometrică bazat pe măsurarea forțelor electromotoare ale celulelor galvanice reversibile și este utilizat pentru determinarea concentrației de ioni într-o soluție.

Metoda a fost dezvoltată la sfârșitul secolului trecut, după ce, în 1889, Walter Nernst a derivat o ecuație care raportează potențialul unui electrod de activitatea (concentrația de substanțe):

unde este potențialul standard al electrodului, V; 0,059 este o constantă care include constanta universală a gazelor (), temperatura absolută și constanta lui Faraday (); - numărul de electroni care participă la reacția electrodului; și - activitatea formelor oxidate și, respectiv, reduse ale substanței.

Când o placă de metal este scufundată într-o soluție, echilibrul este stabilit la interfața metal-soluție

Me 0 ↔ Me n + + nē

și apare un potențial de electrod. Nu puteți măsura acest potențial, dar puteți măsura forța electromotoare a unei celule galvanice.

Celula galvanică investigată este formată din doi electrozi, care pot fi scufundați în aceeași soluție (celula fără transfer) sau în două soluții de compoziție diferită, având contact lichid unul cu celălalt (circuit de transfer).

Se numește electrodul, al cărui potențial depinde de activitatea ionilor detectați indicator: E = f (c). Se numește un electrod al cărui potențial nu depinde de concentrația ionilor care se determină și rămâne constant electrod de referință... Este folosit pentru a măsura potențialul unui electrod indicator.

Metode electrochimice de analiză este un set de metode de analiză calitativă și cantitativă bazate pe fenomene electrochimice care apar în mediul de testare sau la interfață și asociate cu o modificare a structurii, compoziției chimice sau concentrației analitului.

Varietățile metodei sunt analiza electrogravimetrică (electroanaliza), electroliza internă, schimbul de metal de contact (cimentarea), analiza polarografică, coulometria etc. În special, analiza electrogravimetrică se bazează pe cântărirea unei substanțe eliberate de unul dintre electrozi. Metoda permite nu numai efectuarea determinărilor cantitative de cupru, nichel, plumb etc., ci și separarea amestecurilor de substanțe.

În plus, metodele electrochimice de analiză includ metode bazate pe măsurarea conductibilității electrice (conductometrie) sau a potențialului electrodului (potențiometrie). Mai multe metode electrochimice sunt utilizate pentru a găsi punctul final al unei titrari (titrare amperometrică, titrare conductometrică, titrare potențiometrică, titrare coulometrică).

Distingeți metodele electrochimice directe și indirecte. Metodele directe folosesc dependența puterii curentului (potențial etc.) de concentrația analitului. În metodele indirecte, se măsoară puterea curentului (potenţialul etc.) pentru a găsi punctul final al titrarii analitului cu un titrant adecvat, adică. se foloseşte dependenţa parametrului măsurat de volumul titrantului.

Pentru orice fel de măsurători electrochimice este necesar un circuit electrochimic sau o celulă electrochimică, din care soluția analizată este parte integrantă.

Metodele electrochimice sunt clasificate în funcție de tipul de fenomene măsurate în timpul analizei. Există două grupe de metode electrochimice:

1. Metode fără impunerea potențialului străin, bazate pe măsurarea diferenței de potențial care apare într-o celulă electrochimică, formată dintr-un electrod și un vas cu soluție de testare. Acest grup de metode este numit potențiometrice. Metodele potențiometrice folosesc dependența potențialului de echilibru al electrozilor de concentrația ionilor care participă la reacția electrochimică asupra electrozilor.

2. Metode cu impunerea unui potențial străin bazate pe măsurarea: a) conductivității electrice a soluțiilor - conductometrie; b) cantitatea de energie electrică trecută prin soluție - cuulometrie; c) dependența valorii curente de potențialul aplicat - volt-amperometrie; d) timpul necesar pentru trecerea reacției electrochimice - metode cronoelectrochimice(cronovoltametrie, cronoconductometrie). În metodele acestui grup se impune un potențial străin electrozilor celulei electrochimice.

Elementul principal al instrumentelor de analiză electrochimică este celula electrochimică. În metodele fără impunerea unui potențial străin, este celulă galvanică, în care, datorită apariției reacțiilor chimice redox, ia naștere un curent electric. Într-o celulă de tipul unei celule galvanice, în contact cu soluția analizată, există doi electrozi - un electrod indicator, al cărui potențial depinde de concentrația substanței, și un electrod cu un potențial constant - un electrod de referință , raportat la care se măsoară potențialul electrodului indicator. Diferența de potențial se măsoară cu dispozitive speciale - potențiometre.

În metodele cu impunerea de potențial străin, utilizați celulă electrochimică, numit astfel deoarece pe electrozii celulei, sub actiunea potentialului suprapus, are loc electroliza - oxidarea sau reducerea substantei. În analiza conductometrică, se folosește o celulă conductometrică, în care se măsoară conductivitatea electrică a unei soluții. După metoda de aplicare, metodele electrochimice pot fi clasificate în linii drepte, în care concentrația de substanțe se măsoară în funcție de indicația dispozitivului, și titrare electrochimică, unde indicarea punctului de echivalență se înregistrează cu ajutorul măsurătorilor electrochimice. În conformitate cu această clasificare, se disting potențiometria și titrarea potențiometrică, conductometria și titrarea conductometrică etc.

Dispozitivele pentru determinări electrochimice, pe lângă o celulă electrochimică, agitator, rezistență la sarcină, includ dispozitive pentru măsurarea diferenței de potențial, curentului, rezistenței soluției și cantității de electricitate. Aceste măsurători pot fi efectuate cu cadran (voltmetru sau microampermetru), osciloscoape, potențiometre de înregistrare automată. Dacă semnalul electric de la celulă este foarte slab, atunci acesta este amplificat folosind amplificatoare radio. În dispozitivele metodelor cu impunerea unui potențial străin, o parte importantă o reprezintă dispozitivele pentru alimentarea celulei cu potențialul corespunzător al unui curent continuu sau alternat stabilizat (în funcție de tipul metodei). Unitatea de alimentare pentru instrumentele de analiză electrochimică include de obicei un redresor și un stabilizator de tensiune, care asigură funcționarea constantă a instrumentului.

Potențiometria combină metode bazate pe măsurarea FEM a circuitelor electrochimice reversibile atunci când potențialul electrodului de lucru este aproape de valoarea de echilibru.

Voltametria se bazează pe studiul dependenței curentului de polarizare de tensiunea aplicată celulei electrochimice, când potențialul electrodului de lucru diferă semnificativ de valoarea de echilibru. Este utilizat pe scară largă pentru determinarea substanțelor în soluții și topituri (de exemplu, polarografie, amperometrie).

Coulometria combină metode analitice bazate pe măsurarea cantității de substanță eliberată pe un electrod în timpul unei reacții electrochimice în conformitate cu legile lui Faraday. Cu coulometrie, potențialul electrodului de lucru diferă de valoarea de echilibru.

Analiza conductometrică se bazează pe modificări ale concentrației unei substanțe sau ale compoziției chimice a mediului în spațiul interelectrod; nu are legătură cu potențialul electrodului, care este de obicei aproape de valoarea de echilibru.

Dielectrometria combină metode de analiză bazate pe măsurarea constantei dielectrice a unei substanțe datorită orientării în câmpul electric a particulelor (molecule, ioni) cu un moment dipolar. Titrarea dielectrometrică este utilizată pentru analiza soluțiilor.

„Metode electrochimice de analiză și designul lor hardware modern: o revizuire a site-urilor WEB ale firmelor-vânzători de echipamente chimico-analitice”

Introducere

Capitolul 1. Clasificarea metodelor electrochimice

1.1 Voltametrie

1.2 Conductometrie

1.3 Potențiometrie

1.4 Amperometrie

1.5 Coulometrie

1.6 Alte fenomene și metode electrochimice

1.7 Electrochimie aplicată

Capitolul 2. Metode electrochimice de analiză și rolul lor în protecția mediului

Capitolul 3. Dispozitive bazate pe metode electrochimice de analiză

Capitolul 4. Revizuirea WEB - site-urile firmelor - vânzătorii de echipamente chimice analitice

Literatură

INTRODUCERE

Metodele electrochimice de analiză (electroanaliza), care se bazează pe procese electrochimice, ocupă un loc demn printre metodele de monitorizare a stării mediului, deoarece sunt capabile să determine un număr mare de substanțe periculoase atât anorganice, cât și organice. Se caracterizează prin sensibilitate și selectivitate ridicate, răspuns rapid la modificările compoziției obiectului analizat, ușurință în automatizare și posibilitatea de control de la distanță. În cele din urmă, nu necesită echipamente analitice costisitoare și pot fi utilizate în condiții de laborator, producție și câmp. Trei metode electroanalitice sunt direct legate de problema luată în considerare: voltametria, coulometria și potențiometria.

CAPITOLUL 1. CLASIFICAREA METODELOR ELECTROCHIMICE

Metodele electrochimice de analiză (EMA) se bazează pe studiul proceselor care au loc pe suprafața electrodului sau în spațiul apropiat de electrod. Semnalul analitic este un parametru electric (potențial, puterea curentului, rezistența etc.), legat funcțional de concentrația analitului în soluție și susceptibil de măsurare corectă.

Clasificarea EMA, propusă de IUPAC, a suferit anumite modificări în ultimele decenii; clarificări (explicații) și completări la aceasta au fost făcute.

Se acordă o atenție considerabilă celulelor electrochimice și senzorilor de semnal analitic (sisteme cu electrozi, diverși senzori electrochimici); acești convertoare electrochimice primare determină capacitățile analitice ale oricărei metode. În prezent, cea mai perfectă și mai rapidă procesare a semnalului de la senzor, calculul caracteristicilor statistice atât ale semnalului inițial, cât și ale rezultatelor întregii analize în ansamblu, nu reprezintă o problemă. De aceea este important să obțineți un semnal brut de încredere pentru a-l calibra în unități de concentrație.

Conform clasificării generale propuse

IUPAC, EMA sunt subdivizate în metode în care semnalul electric excitat este constant sau egal cu zero și în metode în care semnalul excitat se modifică în timp. Aceste metode sunt clasificate după cum urmează:

voltametrie - voltametrie,eu ≠ 0; E = f (t);

potențiometrice – potențiometrie, (eu = 0);

amperometrică – amperometrie (eu ≠ 0; E =const);

cronopotențiometric,E = f (t); eu =const;

impedanta, sau conductometrice- măsurători folosind suprapunerea tensiunii AC de amplitudine mică; alte, combinate(de exemplu spectroelectrochimic).

1.1 VOLTAMPEROMETRIA

VOLTAMPEROMETRIE- un set de metode de cercetare și analiză electrochimică bazate pe studiul dependenței curentului din celula electrolitică de potențialul microelectrodului indicator scufundat în soluția analizată, asupra căruia reacționează substanța activă (electroactivă) electrochimic investigată. Pe lângă indicator, în celulă este plasat un electrod auxiliar cu o suprafață semnificativ mai mare, astfel încât potențialul său practic să nu se modifice la trecerea curentului (electrod nepolarizabil). Diferența de potențial a electrozilor indicator și auxiliari E este descrisă de ecuația E = U - IR, unde U este tensiunea de polarizare, R este rezistența soluției. Un electrolit (fond) indiferent este introdus în soluția analizată într-o concentrație mare pentru, în primul rând, pentru a reduce valoarea lui R și, în al doilea rând, pentru a exclude curentul de migrare cauzat de acțiunea unui câmp electric asupra substanțelor electroactive (învechit - depolarizante). La concentrații scăzute ale acestor substanțe, căderea de tensiune ohmică IR în soluție este foarte mică. Pentru a compensa pe deplin scăderea tensiunii ohmice, sunt utilizate celule de potențiostație și trei electrozi, care conțin în plus un electrod de referință. In aceste conditii

Electrozii staționari și rotativi sunt utilizați ca microelectrozi indicatori - din metal (mercur, argint, aur, platină), materiale de carbon (de exemplu, grafit), precum și electrozi de picurare (din mercur, amalgam, galiu). Acestea din urmă sunt capilare din care metalul lichid curge în picături. Se numește voltametria folosind electrozi de picurare, al căror potențial se modifică lent și liniar. polarografie (metoda a fost propusă de Ya. Geirovsky în 1922). Electrozii de referință sunt de obicei de al doilea fel, de exemplu. calomel sau clorură de argint (vezi. Electrozi de referință). Curbele de dependență I = f (E) sau I = f (U) (voltamograme) sunt înregistrate cu dispozitive speciale - polarografe de diferite modele.

Voltamogramele obținute folosind un electrod rotativ sau picurator cu o modificare monotonă (măturare liniară) a tensiunii au forma prezentată schematic în figură. Se numește secțiunea de creștere a curentului. val. Valuri m. B. anodic, dacă substanța electroactivă este oxidată, sau catodic, dacă este redusă. Când în soluție sunt prezente forme oxidate (Ox) și reduse (roșii) ale unei substanțe, care reacţionează rapid (reversibil) la microelectrod, pe voltamogramă se observă o undă catodic-anodă continuă, traversând axa absciselor la un potenţial corespunzător. la potențialul redox al sistemului Ox/Roșu într-un mediu dat. Dacă reacția electrochimică la microelectrod este lentă (ireversibilă), pe voltamogramă se observă o undă anodică de oxidare a formei reduse a substanței și o undă catodică de reducere a formei oxidate (la un potențial mai negativ). Formarea zonei de limitare a curentului pe voltamogramă este asociată fie cu viteza limitată de transfer de masă a substanței electroactive la suprafața electrodului prin difuzie convectivă (curent limitator de difuzie, I d), fie cu viteza limitată de formare a electroactivului. substanță din analit în soluție. Un astfel de curent se numește curent cinetic limitator, iar puterea lui este proporțională cu concentrația acestei componente.

Forma de undă pentru o reacție electrochimică reversibilă este descrisă de ecuația:

unde R este constanta gazului, T este temperatura absolută, E 1/2 este potențialul semiundă, adică. potențial corespunzător la jumătatea înălțimii valului (I d / 2;). Valoarea E 1/2 este caracteristică pentru o anumită substanță electroactivă și este utilizată pentru a o identifica. Când reacția electrochimică este precedată de adsorbția analitului pe suprafața electrodului, voltamogramele arată nu unde, ci vârfuri, ceea ce este asociat cu dependența extremă a adsorbției de potențialul electrodului. Voltamogramele înregistrate cu o schimbare liniară (măturare) a potențialului cu un electrod staționar sau pe o picătură a unui electrod în cădere (învechit - polarogramă oscilografică) prezintă, de asemenea, vârfuri, a căror ramură descendentă este determinată de epuizarea electrodului apropiat. stratul soluției cu o substanță electroactivă. În acest caz, înălțimea vârfului este proporțională cu concentrația substanței electroactive. În polarografie, curentul limitator de difuzie (în μA) mediat pe durata de viață a unei picături este descris de ecuația Ilkovich:

unde n este numărul de electroni care participă la reacția electrochimică, C este concentrația substanței electroactive (mM), D este coeficientul de difuzie (cm 2 / s), durata de viață a unei picături de mercur (s), m este rata de ieșire a mercurului (mg/s)...

Cu un electrod cu disc rotativ, curentul limitator de difuzie este calculat din ecuația:

unde S este aria suprafeței electrodului (cm 2), este frecvența circulară de rotație a electrodului (rad / s), v este vâscozitatea cinematică a soluției (cm 2 / s), F este Faraday număr (C/mol).

Voltametria ciclică (voltametria cu un potențial triunghiular relativ rapid) face posibilă studierea cineticii și mecanismului proceselor electrozilor prin observarea voltamogramelor cu baleiaj de potențial anodic și catodic pe ecranul unui tub de osciloscop cu strălucire ulterioară simultan, reflectând, în special, reacții electrochimice ale produselor de electroliză.

Limita inferioară a concentrațiilor determinate de C n în V. metode cu scanare potențial liniar este de 10 -5 -10 -6 M. Pentru a o reduce la 10-7 -10 -8 M se folosesc opțiuni instrumentale îmbunătățite - alternativ - voltametrie de curent şi impuls diferenţial.

În prima dintre aceste opțiuni, o componentă variabilă de amplitudine mică de formă sinusoidală, dreptunghiulară (voltametrie cu undă pătrată), trapezoidală sau triunghiulară cu o frecvență de obicei în intervalul 20-225 Hz este impusă componentei constante a tensiunii de polarizare. . În a doua variantă, asupra componentei constante a tensiunii de polarizare sunt impuse impulsuri de tensiune de aceeași mărime (2-100 mV) cu o durată de 4-80 ms cu o frecvență egală cu frecvența de picurare a unui electrod de mercur în cădere, sau cu o frecvenţă de 0,3-1,0 Hz la utilizarea electrozilor staţionari. În ambele variante se înregistrează dependența de U sau E a componentei de curent alternativ cu selecția de fază sau timp. Voltamogramele în acest caz au forma primei derivate a unei unde voltametrice convenționale. Înălțimea vârfului de pe ele este proporțională cu concentrația substanței electroactive, iar potențialul de vârf servește la identificarea acestei substanțe conform datelor de referință.

Vârfurile diferitelor substanțe electroactive, de regulă, sunt mai bine rezolvate decât undele voltametrice corespunzătoare, iar înălțimea vârfului în cazul unei reacții electrochimice ireversibile este de 5-20 de ori mai mică decât înălțimea vârfului în cazul unei reacții reversibile, care determină şi rezoluţia crescută a acestor opţiuni voltametrice. De exemplu, reducerea ireversibilă a oxigenului practic nu interferează cu determinarea substanțelor electroactive prin metoda voltametriei cu curent alternativ. Vârfurile de pe voltamogramele cu curent alternativ reflectă nu numai reacțiile electrochimice ale substanțelor electroactive, ci și procesele de adsorbție - desorbție a substanțelor neelectroactive pe suprafața electrodului (vârfuri de admitere non-paradiană, învechite - vârfuri tensametrice).

Pentru toate variantele de voltametrie se utilizează o metodă de reducere a C n, bazată pe electrochimic, adsorbție sau acumulare chimică preliminară a componentei determinate a soluției pe suprafața sau în volumul unui microelectrod staționar, urmată de înregistrarea unei voltamograme care reflectă reacția electrochimică a produsului de acumulare. Acest tip de voltametrie se numește stripping (denumirea învechită de stripping voltametrie cu acumulare pe un microelectrod staționar de mercur este polarografie de amalgam cu acumulare). În voltametria de stripare cu acumularea preliminară a С n ajunge la 10 -9 -10 -11 M. Valorile minime ale С n sunt obținute folosind electrozi indicatori de mercur cu peliculă subțire, incl. mercur-grafit, constând din cele mai mici picături de mercur izolate electrolitic pe un substrat de grafit special prelucrat.

Pentru analiza de fază și elementară a solidelor, se folosește voltametria de stripare cu electrozi de carbon electroactiv (așa-numiții electrozi de pastă mineral-carbon). Sunt preparate dintr-un amestec de pulbere de cărbune, o substanță pulverulentă investigată și un liant inert, de exemplu. vaselina. A fost dezvoltată o versiune a acestei metode, care face posibilă analizarea și determinarea grosimii acoperirilor metalice. În acest caz, se folosește un dispozitiv special (celula de presiune), care face posibilă înregistrarea unei voltamograme folosind o picătură de electrolit de fundal aplicată pe suprafața studiată.

Aplicație

Voltametria se folosește: pentru analiza cantitativă a substanțelor anorganice și organice într-o gamă foarte largă de conținuturi - de la 10 -10% la zeci de%; să studieze cinetica și mecanismul proceselor electrozilor, inclusiv stadiul transferului de electroni, reacțiile chimice anterioare și ulterioare, adsorbția produselor inițiale și a produselor reacțiilor electrochimice etc.; a studia structura stratului dublu electric cu, echilibrul complexării în soluție, formarea și disocierea compușilor intermetalici în mercur și pe suprafața electrozilor solizi; pentru a selecta condițiile pentru titrarea amperometrică etc.

1.2 Conductometrie

Conductometria - bazată pe măsurarea conductibilității electrice a unei soluții și este utilizată pentru determinarea concentrației de săruri, acizi, baze etc. În determinările conductometrice, se folosesc de obicei electrozi din aceleași materiale, iar condițiile de conduită ale acestora sunt selectate astfel încât să se minimizeze contribuția supratensiunilor potențiale la ambele interfețe electrod/electrolit (de exemplu, se utilizează curent alternativ de înaltă frecvență). ). În acest caz, contribuția principală la potențialul măsurat al celulei este făcută de căderea de tensiune ohmică IR, unde R este rezistența soluției. Conductivitatea electrică a unei soluții cu o singură componentă poate fi legată de concentrația acesteia, iar măsurarea conductibilității electrice a electroliților de compoziție complexă face posibilă estimarea conținutului total de ioni din soluție și este utilizată, de exemplu, pentru a controla calitatea apei distilate sau deionizate. Într-un alt tip de conductometrie - titrarea conductometrică - se adaugă în porțiuni un reactiv cunoscut în soluția analizată și se monitorizează modificarea conductibilității electrice. Punctul de echivalență, la care se observă o schimbare bruscă a conductibilității electrice, este determinat din graficul dependenței acestei valori de volumul reactivului adăugat.

1.3 Potențiometrie

Potențiometrie - folosită pentru a determina diferiți parametri fizico-chimici pe baza datelor privind potențialul unei celule galvanice. Potențialul electrodului în absența curentului în circuitul electrochimic, măsurat în raport cu electrodul de referință, este legat de concentrația soluției prin ecuația Nernst. În măsurătorile potențiometrice, sunt folosiți pe scară largă electrozii ion-selectivi, care sunt în principal sensibili la un ion dintr-o soluție: un electrod de sticlă pentru măsurarea pH-ului și electrozi pentru determinarea selectivă a ionilor de sodiu, amoniu, fluor, calciu, magneziu etc. iar rezultatul este un sistem care este sensibil la substratul corespunzător. Rețineți că potențialul unui electrod ion-selectiv este determinat nu de transferul de electroni, ca în cazul substanțelor cu conductivitate electronică, ci în principal de transferul sau schimbul de ioni. Cu toate acestea, ecuația Nernst, care leagă potențialul electrodului de logaritmul concentrației (sau activității) unei substanțe într-o soluție, este de asemenea aplicabilă unui astfel de electrod. La titrarea potențiometrică, reactivul este adăugat la soluția analizată în porții și se monitorizează modificarea potențialului. Curbele S, tipice acestui tip de titrare, vă permit să determinați punctul de echivalență și să găsiți parametri termodinamici precum constanta de echilibru și potențialul standard.

1.4 Amperometrie

Metoda se bazează pe măsurarea curentului limitator de difuzie care trece prin soluție la o tensiune fixă între electrodul indicator și electrodul de referință. În titrarea amperometrică, punctul de echivalență este determinat de îndoirea curentului față de volumul soluției de lucru adăugate. Metodele cronoamperometrice se bazează pe măsurarea dependenței curentului de timp și sunt utilizate în principal pentru a determina coeficienții de difuzie și constantele de viteză. Conform principiului amperometriei (cum ar fi voltammetria), celulele electrochimice miniaturale funcționează, servind drept senzori la ieșirea coloanelor de cromatograf lichid. Metodele galvanostatice sunt similare cu cele amperometrice, dar măsoară potențialul atunci când un curent de o anumită magnitudine trece prin celulă. Deci, în cronopotențiometrie, modificarea potențialului în timp este controlată. Aceste metode sunt utilizate în principal pentru a studia cinetica reacțiilor electrozilor.

1.5 Coulometrie.

În coulometrie la un potențial controlat, o electroliză completă a soluției este efectuată prin agitarea intensă a acesteia într-un electrolizor cu un electrod de lucru relativ mare (mercur inferior sau plasă de platină). Cantitatea totală de electricitate (Q, C) necesară pentru electroliză este legată de cantitatea de substanță care se formează (A, g) prin legea lui Faraday:

unde M este un dig. masa (g/mol), F  Numărul Faraday. Titrarea coulometrică înseamnă că, la un curent constant, este generat electrolitic un reactiv care interacționează cu substanța de determinat. Progresul titrarii este controlat potentiometric sau amperometric. Metodele coulometrice sunt convenabile prin faptul că sunt de natură absolută (adică permit să se calculeze cantitatea de analit fără a recurge la curbele de calibrare) și sunt insensibile la modificările condițiilor de electroliză și parametrilor celulei (aria suprafeței electrodului sau intensitatea agitației). În gravimetria coulomb, cantitatea de substanță electrolizată este determinată prin cântărirea electrodului înainte și după electroliză.

Există și alte metode electroanalitice. În polarografia cu curent alternativ, o tensiune sinusoidală de amplitudine mică într-un domeniu larg de frecvență este impusă unui potențial care variază liniar și se determină fie amplitudinea și defazarea curentului alternativ rezultat, fie impedanța. Din aceste date se obțin informații despre natura substanțelor în soluție și despre mecanismul și cinetica reacțiilor electrozilor. Metodele cu strat subțire folosesc celule electrochimice cu un strat de electrolit de 10-100 µm grosime. În astfel de celule, electroliza este mai rapidă decât în electrolizatoarele convenționale. Pentru studiul proceselor electrozilor se folosesc metode spectrochimice cu înregistrare spectrofotometrică. Pentru a analiza substanțele formate pe suprafața electrodului, măsurați absorbția luminii acestora în regiunile vizibil, UV și IR. Modificările în proprietățile suprafeței electrodului și ale mediului sunt monitorizate folosind metode de electroreflexie și elipsometrie, care se bazează pe măsurarea reflexiei radiației de pe suprafața electrodului. Acestea includ metode de reflexie speculară și împrăștiere Raman a luminii (spectroscopie Raman), spectroscopie armonică a doua (spectroscopie Fourier).

1.6 Alte fenomene și metode electrochimice

Odată cu mișcarea relativă a electrolitului și a particulelor sau suprafețelor încărcate, apar efecte electrocinetice. Un exemplu important de acest fel este electroforeza, care separă particulele încărcate (de exemplu, molecule de proteine sau particule coloidale) care se deplasează într-un câmp electric. Metodele electroforetice sunt utilizate pe scară largă pentru a separa proteinele sau acizii dezoxiribonucleici (ADN) într-un gel. Fenomenele electrice joacă un rol important în funcționarea organismelor vii: sunt responsabile de generarea și propagarea impulsurilor nervoase, apariția potențialelor transmembranare etc. Pentru a studia sistemele biologice și componentele acestora sunt utilizate diferite metode electrochimice. Interesează și studiul efectului luminii asupra proceselor electrochimice. Deci, subiectul cercetării fotoelectrochimice este generarea de energie electrică și inițierea reacțiilor chimice sub influența luminii, ceea ce este foarte important pentru creșterea eficienței conversiei energiei solare în energie electrică. De obicei, folosește electrozi semiconductori din dioxid de titan, sulfură de cadmiu, arseniură de galiu și siliciu. Un alt fenomen interesant este electrochimiluminiscența, adică. generarea de lumină într-o celulă electrochimică. Se observă atunci când pe electrozi se formează produse de mare energie. Procesul este adesea efectuat într-o manieră ciclică pentru a obține atât forme oxidate, cât și forme reduse ale unui anumit compus. Interacțiunea lor între ele duce la formarea de molecule excitate, care trec în starea fundamentală cu emisia de lumină.

1.7 Electrochimie aplicată

Electrochimia are multe aplicații practice. Cu ajutorul celulelor galvanice primare (pile de unică folosință) conectate la baterii, acestea transformă energia chimică în energie electrică. Surse secundare de curent - bateriile - stochează energia electrică. Pilele de combustie sunt surse primare de energie care generează electricitate printr-o alimentare continuă cu reactanți (cum ar fi hidrogenul și oxigenul). Aceste principii se află în centrul surselor de alimentare portabile și al bateriilor utilizate în stațiile spațiale, vehiculele electrice și dispozitivele electronice.

Producția pe scară largă a multor substanțe se bazează pe sinteza electrochimică. În timpul electrolizei saramurii în procesul clor-alcalin, se formează clor și alcali, care sunt apoi utilizate pentru a obține compuși organici și polimeri, precum și în industria celulozei și hârtiei. Produsele de electroliză sunt compuși precum cloratul de sodiu, persulfatul, permanganatul de sodiu; Metalele industriale importante sunt obținute prin electro-extracție: aluminiu, magneziu, litiu, sodiu și titan. Este mai bine să folosiți săruri topite ca electroliți, deoarece în acest caz, spre deosebire de soluțiile apoase, reducerea metalelor nu este complicată de evoluția hidrogenului. Fluorul se obține prin electroliză în sare topită. Procesele electrochimice servesc drept bază pentru sinteza unor compuși organici; de exemplu, hidrodimerizarea acrilonitrilului produce adiponitril (un intermediar în sinteza nailonului).

Este practicată pe scară largă aplicarea acoperirilor de galvanizare pe diverse articole din argint, aur, crom, alamă, bronz și alte metale și aliaje pentru a proteja articolele din oțel de coroziune, în scopuri decorative, pentru fabricarea conectorilor electrici și a plăcilor de circuite imprimate în industria electronică. Metodele electrochimice sunt utilizate pentru prelucrarea dimensională de înaltă precizie a pieselor de prelucrat din metale și aliaje, în special cele care nu pot fi prelucrate prin metode mecanice convenționale, precum și pentru fabricarea pieselor cu profil complex. Când suprafața metalelor, cum ar fi aluminiul și titanul, este anodizată, se formează filme de oxid de protecție. Astfel de filme sunt create pe suprafața țaglelor de aluminiu, tantal și niobiu în fabricarea condensatoarelor electrolitice și, uneori, în scopuri decorative.

În plus, studiile proceselor de coroziune și selecția materialelor care încetinesc aceste procese se bazează adesea pe metode electrochimice. Coroziunea structurilor metalice poate fi prevenită prin intermediul protecției catodice, pentru care o sursă externă este conectată la structura protejată și anodul și se menține potențialul structurii astfel încât să fie exclusă oxidarea acesteia. Sunt investigate posibilitățile de aplicare practică a altor procese electrochimice. Deci, electroliza poate fi folosită pentru purificarea apei. O direcție foarte promițătoare este conversia energiei solare folosind metode fotochimice. Sunt în curs de dezvoltare monitoare electrochimice, al căror principiu se bazează pe electrochimiluminiscență.

Scurt istoric... Începutul dezvoltării electroanalizei este asociat cu apariția metodei electrogravimetrice clasice (aproximativ 1864, W. Gibbs). Descoperirea legilor electrolizei de către M. Faraday în 1834 a stat la baza metodei coulometriei, dar aplicarea acestei metode a început în anii 30 ai secolului XX. Un adevărat punct de cotitură în dezvoltarea electroanalizei a avut loc după descoperirea în 1922 a metodei polarografiei de către Ya. Geyrovsky. Polarografia poate fi definită ca electroliză cu un electrod de mercur care picura. Această metodă rămâne una dintre principalele metode ale chimiei analitice. La sfârșitul anilor 50 - începutul anilor 60, problema protecției mediului a stimulat dezvoltarea rapidă a chimiei analitice, și în special a chimiei electroanalitice, inclusiv polarografia. Drept urmare, s-au dezvoltat metode polarografice îmbunătățite: polarografia în curent alternativ (Barker, B. Breuer) și în impulsuri (Barksr, A. Gardnsr), care au depășit semnificativ în caracteristicile lor versiunea clasică a polarografiei propusă de Ya. Geirovsky. Când s-au folosit electrozi solizi din diverse materiale în locul celor cu mercur (folositi în polarografie), metodele corespunzătoare au ajuns să fie numite voltametrice. La sfârșitul anilor 50, lucrările lui V. Kemuli și Z. Kublik au pus bazele metodei de stripare voltametriei. Alături de metodele de coulometrie și voltametrie, se dezvoltă metode bazate pe măsurarea potențialelor electrozilor și a forțelor electromotoare ale celulelor galvanice - metode de potențiometrie și ionometrie (vezi).

Voltametrie... Acesta este un grup de metode bazate pe studiul dependenței curentului din celula electrolitică de valoarea potențialului aplicat microelectrodului indicator scufundat în soluția analizată. Aceste metode se bazează pe principiile electrolizei; analiţii prezenţi în soluţie se oxidează sau se reduc la electrodul indicator. Pe lângă indicator, în celulă este plasat un electrod de referință cu o suprafață mult mai mare, astfel încât potențialul său practic să nu se modifice la trecerea curentului. Electrozii staționari și rotativi din platină sau grafit sunt utilizați cel mai adesea ca microelectrozi indicatori, precum și un electrod de mercur cu picături, care este un capilar lung și îngust, la capătul căruia sunt periodice mici picături de mercur cu un diametru de 1-2 mm. format şi desprins (fig. 1). Compoziția calitativă și cantitativă a soluției poate fi stabilită din voltamograme.

Orez. 4. Celulă electrochimică cu un electrod de mercur cu picurare: 1 - soluție analizată, 2 - electrod cu mercur care picura, 3 - rezervor cu mercur, 4 - electrod de referință

Metodele voltametrice, în special opțiunile sensibile, cum ar fi polarografia în impulsuri diferențiale și voltametria stripping, sunt utilizate în mod constant în toate domeniile analizei chimice și sunt cele mai utile în rezolvarea problemelor de mediu. Aceste metode sunt aplicabile atât pentru determinarea substanțelor organice, cât și a celor anorganice, de exemplu, pentru determinarea majorității elementelor chimice. Metoda voltametriei de stripare este folosită cel mai adesea pentru a rezolva problema determinării urmelor de metale grele în ape și materiale biologice. Deci, de exemplu, metodele voltametrice pentru determinarea simultană a Cu, Cd și Pb, precum și Zn și Pb sau TI în apa potabilă sunt incluse în standard. Germania. Un avantaj important al voltametriei este capacitatea de a identifica formele ionilor metalici din ape. Acest lucru face posibilă evaluarea calității apei, deoarece diferitele forme chimice ale existenței metalelor au grade diferite de toxicitate. Substanțele organice pot fi utilizate pentru determinarea compușilor cu grupări capabile de reducere (aldehide, cetone, compuși nitro-, nitrozo, compuși nesaturați, compuși care conțin halogen, compuși azo) sau oxidare (hidrocarburi aromatice, amine, fenoli, acizi alifatici, alcooli, compuşi care conţin sulf). Posibilitățile de determinare a materiei organice prin voltametrie de stripare sunt extinse semnificativ atunci când se folosesc electrozi modificați chimic. Prin modificarea suprafeței electrodului cu polimeri și filme anorganice care includ reactivi cu grupe funcționale specifice, inclusiv biomolecule, este posibil să se creeze condiții pentru componenta care urmează să fie determinată astfel încât semnalul analitic să fie practic specific. Utilizarea electrozilor modificați prevede determinarea selectivă a compușilor cu proprietăți redox similare (de exemplu, pesticide și metaboliții acestora) sau inactivi electrochimic pe electrozii convenționali. Voltametria este folosită pentru analiza soluțiilor, dar poate fi folosită și pentru analiza gazelor. Multe analizoare voltametrice simple au fost proiectate pentru utilizare în domeniu.

Coulometrie... O metodă de analiză bazată pe măsurarea cantității de electricitate (Q) care a trecut printr-un electrolizor în timpul oxidării sau reducerii electrochimice a unei substanțe pe un electrod de lucru. Conform legii lui Faraday, masa unei substanțe convertite electrochimic (P) este legată de Q prin raportul:

P = QM/ Fn,

unde M este masa moleculară sau atomică a unei substanțe, n este numărul de electroni implicați în transformarea electrochimică a unei molecule (atom) a unei substanțe, p este constanta lui Faraday.

Distingeți între coulometria directă și titrarea coulometrică. În primul caz, se determină o substanță activă electrochimic, care este depusă (sau transferată într-o nouă stare de oxidare) pe electrod la un potențial de electroliză dat, în timp ce cantitatea de energie electrică consumată este proporțională cu cantitatea de substanță reacționată. În al doilea caz, în soluția analizată se introduce un reactiv auxiliar electrochimic activ, din care se generează electrolitic un titrant (titrant coulometric), care interacționează chimic cantitativ cu substanța de determinat. Conținutul analitului este estimat prin cantitatea de energie electrică trecută prin soluție la generarea titrantului până la sfârșitul reacției chimice, care se stabilește, de exemplu, folosind indicatori colorați. Este important ca la efectuarea analizei coulometrice în soluția de testat să nu existe substanțe străine care să poată intra în reacții electrochimice sau chimice în aceleași condiții, adică să nu apară procese electrochimice și chimice secundare.

Cuulometria este utilizată pentru a determina atât urme (la nivelul de 109-10 R mol/l), cât și cantități foarte mari de substanțe cu precizie ridicată. Multe substanțe anorganice (aproape toate metalele, inclusiv metale grele, halogeni, S, NO 3, NO 2) și organice (amine aromatice, compuși nitro și nitrozo, fenoli, coloranți azoici) pot fi determinate coulometric. Analizoarele coulometrice automate pentru determinarea conținuturilor foarte scăzute (până la 104%) de poluanți gazoși (SO2 "Oz, H 2 S, NO, NO 2) din atmosferă s-au dovedit cu succes în domeniu.

Potențiometrie. O metodă de analiză bazată pe dependența potențialului electrodului de echilibru E de activitatea a componentelor reacției electrochimice: aA + bB + ne = mM + pP.

În măsurătorile potențiometrice, o celulă galvanică este formată dintr-un electrod indicator, al cărui potențial depinde de activitatea uneia dintre componentele soluției și un electrod de referință, iar forța electromotoare a acestui element este măsurată.

Se face o distincție între potențiometria directă și titrarea potențiometrică. Potențiometria directă este utilizată pentru a determina direct activitatea ionilor prin valoarea potențialului (E) al electrodului indicator corespunzător. În metoda de titrare potențiometrică, modificarea E este înregistrată în timpul reacției analitului cu un titrant adecvat.

La rezolvarea problemelor de protecție a mediului, cea mai importantă metodă de potențiometrie directă folosind electrozi de membrană ion-selectivă (ISE) - ionometria. Spre deosebire de multe alte metode de analiză, care fac posibilă evaluarea doar a concentrației totale a substanțelor, ionometria face posibilă evaluarea activității ionilor liberi și, prin urmare, joacă un rol important în studierea distribuției ionilor între diferitele lor forme chimice. Metodele de monitorizare automată sunt deosebit de importante pentru monitorizarea obiectelor de mediu, iar utilizarea ISE este foarte convenabilă în acest scop.

Unul dintre principalii indicatori în caracterizarea stării mediului este valoarea pH-ului mediului, care este determinată de obicei cu ajutorul electrozilor de sticlă. Electrozii de sticlă acoperiți cu o membrană semipermeabilă cu o peliculă de electrolit corespunzător sunt utilizați în analiza apei și a atmosferei pentru controlul poluării (NH 3, SO 2 NO, NO 2, CO 2, H 2 S). ISE este de obicei folosit pentru a controla conținutul de anioni, pentru care există în mod tradițional mult mai puține metode de determinare decât pentru cationi. Până în prezent, ISE-urile au fost dezvoltate și sunt utilizate pe scară largă pentru determinarea F, CI, Br, I, C1O 4, CN, S 2, NO] și NO 2, care fac posibilă determinarea ionilor enumerați în intervalul de concentrație de la 10 -6 la 10 -1 mol / l ...

Unul dintre domeniile importante de aplicare a ionometriei este studiul hidrochimic și determinarea concentrației de anioni și cationi în diferite tipuri de apă (de suprafață, de mare, de ploaie). Un alt domeniu de aplicare a ISE este analiza alimentelor. Un exemplu este determinarea NO - 3 și NO 2 - în legume, carne și produse lactate, alimente pentru copii. A fost creat un ISE miniatural in forma de ac pentru determinarea NO - 3 direct in pulpa fructelor si legumelor.

Ionometria este, de asemenea, utilizată pe scară largă pentru a determina diferiți compuși și medicamente biologic activi. În prezent, putem spune deja că există purtători care sunt selectivi pentru aproape orice tip de compuși organici, ceea ce înseamnă că este posibil să se creeze un număr nelimitat de ISE-uri corespunzătoare. O direcție promițătoare este utilizarea electrozilor enzimatici, a căror membrană include enzime imobilizate. Acești electrozi sunt foarte specifici pentru reacțiile enzimatice. Cu ajutorul lor, de exemplu, va fi posibil să se determine inhibarea colinesterazei, insecticidelor (compuși organofosforici, carbamati) la concentrații de -1 ng / ml. Viitorul metodei este asociat cu crearea de senzori specifici compacti, care sunt dispozitive electronice moderne în combinație cu membrane selective de ioni, care vor face posibilă renunțarea la separarea componentelor probei și accelerarea semnificativă a analizei în teren.

Analiza apelor uzate

Metodele electroanalitice, care sunt de obicei utilizate în analiza apei pentru determinarea componentelor anorganice, sunt adesea inferioare ca sensibilitate la metodele de cromatografie în gaz și lichid, spectrometrie de adsorbție atomică. Totuși, aici se folosesc echipamente mai ieftine, uneori chiar și pe teren. Principalele metode electroanalitice utilizate în analiza apei sunt voltametrie, potențiometrie și conductometrie. Cele mai eficiente metode voltametrice sunt polarografia diferențială în impulsuri (DIP) și analiza electrochimică inversă (IEA). Combinarea acestor două metode face posibilă efectuarea determinării cu o sensibilitate foarte mare - aproximativ 10 -9 mol/L, instrumentarea este simplă, ceea ce face posibilă efectuarea de analize în teren. Stațiile de monitorizare complet automatizate funcționează pe principiul utilizării metodei IEA sau a unei combinații de IEA și RIP. Metodele DIP și IEA în versiunea directă, precum și în combinație între ele, sunt utilizate pentru a analiza poluarea apei cu ioni de metale grele și diverse substanțe organice. Mai mult, metodele de preparare a probelor sunt adesea mult mai simple decât în spectrometrie sau cromatografia în gaz. Avantajul metodei IEA este (spre deosebire de alte metode, de exemplu, spectrometria de adsorbție atomică) și capacitatea de a „distinge” ionii liberi de formele lor chimice legate, ceea ce este important atât pentru evaluarea proprietăților fizico-chimice ale substanțelor analizate, și din punct de vedere al controlului biologic (de exemplu, la evaluarea toxicității apelor). Timpul de analiză este uneori redus la câteva secunde prin creșterea ratei de scanare a tensiunii de polarizare.

Potențiometrie cu utilizarea diverșilor electrozi ion-selectivi este utilizat în analiza apei pentru a determina un număr mare de cationi și anioni anorganici. Concentrațiile care pot fi determinate în acest fel sunt 10 0 -10 -7 mol/l. Controlul cu ajutorul electrozilor ion-selectivi se caracterizează prin simplitate, rapiditate și capacitatea de a efectua măsurători continue. În prezent, au fost creați electrozi ion-selectivi care sunt sensibili la anumite substanțe organice (de exemplu, alcaloizi), agenți tensioactivi și detergenți (detergenți). În analiza apei, se folosesc analizoare compacte, cum ar fi sondele, cu ajutorul electrozilor moderni selectivi de ioni. În același timp, în mânerul sondei sunt montate un circuit care procesează răspunsul și un afișaj.

Conductometrie se foloseste in activitatea analizatorilor detergentilor din apele uzate, la determinarea concentratiei ingrasamintelor sintetice in sistemele de irigatii, la aprecierea calitatii apei potabile. Pe lângă conductometria directă, pentru determinarea anumitor tipuri de poluanți pot fi utilizate metode indirecte, în care analiții interacționează cu reactivi special selecționați înainte de măsurare, iar modificarea înregistrată a conductibilității electrice este cauzată doar de prezența produselor de reacție corespunzatoare. Pe lângă versiunile clasice de conductometrie, se folosește și varianta sa de înaltă frecvență (oscilometrie), în care sistemul cu electrozi indicatori este implementat în analizoarele continue conductometrice.

Capitolul 3. Dispozitive bazate pe metode electrochimice de analiză

Metoda voltametrică de analiză este astăzi considerată una dintre cele mai promițătoare dintre metodele electrochimice, datorită capacităților sale largi și caracteristicilor operaționale bune.

Voltametria modernă de stripare, care a înlocuit polarografia clasică, este o metodă foarte sensibilă și rapidă pentru determinarea unei game largi de substanțe anorganice și organice cu proprietăți redox.

Aceasta este una dintre cele mai versatile metode de determinare a urmelor de substanțe, care este utilizată cu succes pentru analiza obiectelor naturale geo- și biologice, precum și a obiectelor medicale, farmaceutice și de altă natură.

Analizoarele voltametrice fac posibilă determinarea simultană a mai multor componente (până la 4 - 5) într-o probă, cu o sensibilitate destul de mare de 10 -8 - 10 -2 M (și voltametrie de stripare - până la 10-10 - 10 -9 M) .

Cea mai promițătoare în chimia analitică astăzi este considerată a fi voltametria de stripare prin adsorbție, bazată pe concentrația preliminară de adsorbție a elementului determinat pe suprafața electrodului și înregistrarea ulterioară a voltamogramei produsului rezultat. Astfel, este posibilă concentrarea multor substanțe organice, precum și a ionilor metalici sub formă de complexe cu liganzi organici (în special cei care conțin azot și sulf). Cu un timp de acumulare secvenţial de 60 s şi folosind un mod de impuls diferenţial pentru înregistrarea voltamogramelor, este posibilă atingerea limitelor de detecţie la nivelul de 10 -10 - 10 -11 mol / L (10 -8 - 10 -9 g / L sau 0,01 - 0,001 μg / dm 3 ).

Complex voltametric pentru analiza metalelor "IVA - 400MK" (NPKF "Aquilon", Moscova) proiectat pentru analiza a 30 de elemente (Cu, Zn, Pb, Cd, As, Co, Ni, Cr și alte metale), sensibilitate 0,1 - 10 -3 μg / dm 3.

Analizor voltametric cu iradiere UV a probelor - TA-1M (Tomsk), care, pe lângă ionii metalici, permite determinarea unui număr de compuși organici. Dispozitivul are următoarele caracteristici:

Analiză simultană în trei celule electrochimice,

Cantitate mică de probă (0,1 - 1,0 g),

· Cost scăzut al pregătirii și analizei probelor.

În St. Pereburg NFT "Volta" produce un complex voltametric „AVS-1” cu un electrod de carbon sticlos cu disc rotativ, care permite analiza elementelor toxice din ape, produse alimentare si diverse materiale. Limita de detecție fără concentrația probei este: 0,1 mg/L pentru Pb, 0,5 mg/L pentru Cd, 1,0 μg/L pentru Cu. Volumul probei este de 20 ml, timpul de obținere a curbei volt-amperi nu este mai mare de 3 minute.

"AZHE - 12" (Vladikavkaz) este destinat analizei exprese a compoziției ionice a apelor reziduale și circulante. Analizorul folosește un electrod tradițional de mercur. Componente controlate - Cu, Zn, Pb, Cd, In, Bi, Tl, Sb, As, Co, Ni, Cr, CN -, Cl -, S 2-. Analizorul permite măsurători fără pregătirea probei.

Ecotest-VA (Econix, Moscova) - analizor voltametric portabil. Este realizat pe o bază de element modern de microprocesor și este echipat cu un întreg complex de electrozi - grafit, carbon sticlos, microelectrozi din metale nobile și un electrod cu picături de mercur.

Dispozitivele din această serie sunt destinate pentru determinarea metalelor Cu, Zn, Pb, Cd, As, Bi, Mn, Co, Ni, Cr, precum și acetaldehidă, furfural, caprolactamă și alte substanțe în probe de deșeuri potabile, naturale, apă, sol și după pregătirea corespunzătoare a probei - în alimente și furaje.

Capacitățile multor metode analitice de analiză a apei pot fi extinse semnificativ atunci când se utilizează în procesul de preparare a probei atașamente de concentrare prin injecție în flux care funcționează într-un mod automat, de exemplu, de tip BPI-M și BPI-N.

BPI-M - conceput pentru prepararea automată a probelor, include microcoloane cu adsorbanți foarte eficienți. Productivitatea unității este de 30-60 de analize pe zi cu automatizarea completă a procesului. Utilizarea blocului vă permite să creșteți sensibilitatea de 20 de ori pe minut de concentrare. Unitatea funcționează cel mai bine în combinație cu detectarea absorbției atomice, precum și cu fluorescența cu raze X, absorbția atomică și metodele electrochimice.

BPI-N- este destinat concentrarii ionilor metalici pe sorbenti selectivi simultan in patru microcoloane cu sorbant DEETATA sau pe 4 filtre cu sorbtie in strat subtire DEETATA -. Poate fi folosit cu fluorescență cu raze X, absorbție atomică, emisie atomică, metode electrochimice.

Analizoare voltametrice

Dispozitivele bazate pe principiul voltametriei inverse au fost recent la mare căutare. Acestea combină selectivitatea și sensibilitatea ridicată cu ușurința analizei.

În ceea ce privește determinarea compoziției elementare (de exemplu, pentru metale grele), aceste dispozitive concurează cu succes cu spectrofotometrele de absorbție atomică, deoarece nu sunt inferioare lor ca sensibilitate, dar sunt mult mai compacte și ieftine (de aproximativ 5-10 ori). ). Nu necesită consumabile suplimentare și, de asemenea, permit determinarea expresă simultană a mai multor elemente.

Polarograf ABC - 1.1 (NTF „Volta” St. Petersburg).

Limitele de detecție pentru metale fără concentrație de probă sunt (mg/l): Cd, Pb, Bi - 0,0001, Hg - 0,00015, Cu - 0,0005, Zn, Ni - 0,01. Costul este de 1700 USD.

Analizoarele bazate pe principiul conductometric sunt destinate determinarii cantitative a continutului total de saruri in apa. EKA-2M (Sankt Petersburg) măsoară salinitatea într-o gamă largă de valori de la 0,05 la 1000 μS / cm (900 USD). ANION, MARK, KSL (de la 330 la 900 $), COD - analizoare (750 $).

Analizoare de gaze de substanțe nocive

Un analizor automat de gaz este un dispozitiv în care prelevarea de probe de aer, determinarea cantității de componentă controlată, emiterea și înregistrarea rezultatelor analizei sunt efectuate automat conform unui program dat, fără participarea unui operator. Analizoarele de gaze sunt folosite pentru a monitoriza mediul aerian, a cărui funcționare se bazează pe diverse principii.

Analizoare de gaze conductometrice termice.

Principiul de funcționare se bazează pe dependența conductivității termice a amestecului de gaze de compoziția acestuia. Filamentele subțiri de platină sunt elementul sensibil al acestui tip de analizoare. În funcție de compoziția gazului, temperatura elementului sensibil se modifică, apare un curent, a cărui putere este proporțională cu concentrația componentei controlate.

Analizoare ulometrice de gaze.

Principiul de funcționare se bazează pe măsurarea curentului electric limitator care apare în timpul electrolizei unei soluții care conține substanța de determinat, care este un depolarizator electrochimic. Amestecul de analizat, care conține, de exemplu, dioxid de sulf, este alimentat într-o celulă electrochimică. Reacționează cu iodul pentru a forma hidrogen sulfurat, care este apoi electrooxidat la electrodul de măsurare. Curentul electric este o măsură a concentrației unui analit.

CAPITOLUL 4. PREZENTARE GENERALĂWEB- SITE-URI ALE FIRMELOR - VÂNZĂTORI DE ECHIPAMENTE CHIMICE - ANALITICE

"AGILENT.RU"

Echipamente moderne de testare, măsurare și monitorizare pentru dezvoltarea, fabricarea și implementarea de noi dispozitive și tehnologii electronice...

http://www.agilent.ru

„ACADEMLINE”, JSC, Moscova

Oferă o gamă largă de echipamente de măsurare chimico-analitice...

http://www.academline.com/

"AKTAKOM"

Marca înregistrată AKTAKOM reunește o gamă largă de instrumente de clasă mondială. Toate cele bune de la producători străini și autohtoni...

http://www.aktakom.ru

"ANALITPRIBOR"

Oferă analizoare de gaze

http://www.analytpribor.ru

„WATSON”, JSC, Mytishchi, regiunea Moscova

Instrumente și instrumente de măsură;

http://www.watson.ru/

„DIPOL”, NPF, Sankt Petersburg

http://www.dipaul.ru/

„EuroLab SPb”, Ltd., Sankt Petersburg

Instrumente de analiză spectrală, cromatografe.

http://www.eurolab.ru

"IZME.RU"

http://www.izme.ru/

„INSOVT”, SA

Dezvoltare si productie de analizoare de gaze

http://www.insovt.ru

„Institutul de Tehnologii Informaționale”, Minsk, Belarus

Specializată în proiectarea și fabricarea instrumentelor de măsură cu fibră optică...

„KIPARIS”, Ltd., Sankt Petersburg

http://www.kiparis.spb.ru/

„CONTINENT”, Gomel

http://www.continent.h1.ru

„Dispozitive și echipamente de control și măsurare”, Volgograd

http://www.oscilloscop.ru

„Kontur”, ITC, OOO, Novosibirsk

http://www.kip.ru/

„KraySibStroy”, Ltd., Krasnoyarsk

http://www.kipkr.ru/

„Crăciun +” SA, Sankt Petersburg

http://www.christmas-plus.ru

„KURS”, Ltd., Sankt Petersburg

http://www.kypc.spb.ru

„LUMEX”, Sankt Petersburg

http://www.lumex.ru/

"METTEK"

http://www.mettek.ru

„METTLER TOLEDO”

http://www.mt.com

„Monitorizare”, STC, Sankt Petersburg

http://www.monitoring.vniim.ru

„Instrumente științifice” SA, Sankt Petersburg

http://www.sinstr.ru

„NevaLab” SA, Sankt Petersburg

http://www.nevalab.ru

„OWEN”, PO, Moscova

http://www.owen.ru/

„OCTAVA +”, Moscova

http://www.octava.ru/

„OPTEK”, SA, Sankt Petersburg

Dezvolta și produce analizoare de gaze și sisteme analitice pentru diverse scopuri pentru utilizare în ecologie, industrie și cercetare științifică...

http://www.optec.ru

„POLYTECHFORM”, Moscova

http://www.ptfm.ru

„Praktik-NTs” SA, Moscova, Zelenograd

http://www.pnc.ru/

„INSTRUMENTE ȘI TEHNOLOGIE ANALITICĂ”

Dispozitive pentru analize chimice.

http://www.zhdanov.ru/

„Sartogosm”, SA, Sankt Petersburg

http://www.sartogosm.ru

„Special”, JSC, Moscova

http://www.special.ru

"TKA"

http://www.tka.spb.ru/

„TST”, SA, Sankt Petersburg

http://www.tst-spb.ru

„EKOPRIBOR”, NPO, Moscova

Oferă analizoare de gaz și sisteme de analiză a gazelor...

http://ecopribor.ru

„ECOTECH”, IMM, Ucraina

http://ecotech.dn.ua

„EKOTEKHINVEST”, NPF, Moscova

http://ecotechinevest.webzone.ru

„Exis” SA, Moscova, Zelenograd

http://www.eksis.ru/

"ELIX"

http://www.eliks.ru/

„EMI”, LLC, Sankt Petersburg

Productie de analizoare optice de gaze, analizoare de produse petroliere.

http://www.igm.spb.ru

„ENERGOTEST” SA, Moscova

http://www.energotest.ru, http://www.eneffect.ru

HIMMED

Instrumente analitice și cromatografie

e-Poștă:[email protected]

LITERATURĂ

1. Geyrovsky Y., Kuta Y., Fundamentele polarografiei, trad. din ceh., M., 1965;

2. Galius 3., Fundamentele teoretice ale analizei electrochimice, trad. din poloneză, M., 1974;

3. Kaplan B. Ya., Pulse polarography, M., 1978;

4. Brainina X. 3., Neiman E. Ya., Solid-phase reactions in electroanalytical chemistry, M., 1982;

5. Kaplan B. Ya., Pats R. G., Salikhdzhanova R. M.-F., Voltametria curentului alternativ, M., 1985.

6. Plambek J. Metode electrochimice de analiză. / Per. din engleza Moscova: Mir, 1985.496 p.

7. Scurtă enciclopedie chimică. Moscova: Enciclopedia Sovietică, 1964. Volumul 1. A – E. 758 s.

8. Clasificarea și nomenclatura metodelor electrochimice // Zhurn. analit. chimie. 1978.Vol. 33, nr. 8, p. 1647-1665.

9. Termeni, simboluri și definiții recomandați pentru chimia electroanalitică // Pure & Appl. Chim. 1979. Vol. 51. P. 1159-1174.

10. Despre utilizarea conceptului de „echivalent chimic” și a cantităților aferente: Zhurn. analit. chimie. 1989. T. 44, nr. 4. P. 762–764; Jurnal. analit. chimie. 1982.Vol. 37, nr. 5, p. 946; Jurnal. analit. chimie. 1982.Vol. 37, nr. 5, p. 947.

11. Neiman E.Ya. Terminologia chimiei analitice moderne și formarea ei // Zh. analit. chimie. 1991.Vol. 46, nr. 2.P. 393–405.

12. Prezentarea rezultatelor analizelor chimice (Recomandări IUPAC 1994) // Zhurn. analit. chimie. 1998. T. 53. Nr. 9. P. 999–1008.

13. Compendiu de nomenclatură analitică (Reguli definitive 1997). a 3-a ed., IUPAC, Blackwell Science, 1998. 8.1-8.51 (Analiza electrochimică).

Descrierea muncii

Ramurile moderne de producție și viața socială a oamenilor își stabilesc propriile sarcini specifice pentru metodele fizico-chimice de analiză pentru a controla calitatea produsului. Una dintre principalele metode fizico-chimice de analiză sunt metodele electrochimice de analiză.
Aceste metode pot determina rapid și precis mulți indicatori ai calității produsului.
Metodele electrochimice pentru analiza compoziției unei substanțe sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii. Acestea vă permit să automatizați primirea rezultatelor privind calitatea produsului și să corectați încălcările fără a opri producția. În industria alimentară, aceste metode determină echilibrul acido-bazic al produsului, prezența substanțelor nocive și toxice și alți indicatori care afectează nu numai calitatea, ci și siguranța alimentelor.
Echipamentele pentru analize electrochimice sunt relativ ieftine, accesibile și ușor de utilizat. Prin urmare, aceste metode sunt utilizate pe scară largă nu numai în laboratoarele specializate, ci și în multe industrii.
În acest sens, scopul acestui cu

INTRODUCERE 2
PARTEA TEORETICĂ 3

1.1 Caracteristicile generale ale metodelor fizico-chimice de analiză 3

1.2 Caracterizarea metodelor electrochimice 4

1.3 Clasificarea metodelor electrochimice de analiză 5

2 PARTEA EXPERIMENTAL-PRACTICĂ 15
CONCLUZIA 21
REFERINȚE 22