Лекція. Фізико хімічні методи аналізу. Електрохімічні...

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ.

ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ.

ПОТЕНЦІОМЕТРІЯ. КОНДУКТОМЕТРІЯ

.

ПЛАН

1. Класифікація інструментальних методів аналізу

2. Класифікація електрохімічних методів аналізу

3. Класифікація потенціометричних методів аналізу

4. Види потенціометричного титрування

5. Характеристика кондуктометричного титрування

КЛАСИФІКАЦІЯ ІНСТРУМЕНТАЛЬНИХ МЕТОДІВ АНАЛІЗУ

ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

ґрунтуються на вимірюванні за допомогою приладів

певних фізичних параметрів досліджуваної системи,

функціонально пов’язаних з кількістю досліджуваної речовини

ФІЗИЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

ґрунтуються на вимірюванні

величин фізичних параметрів

досліджуваних речовин або

їх розчинів, які є функцією

їх кількісного складу

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

ґрунтуються на вимірюванні

величин фізичних параметрів

досліджуваної системи,

які з’являються або змінюються

в результаті проведення хімічних реакцій

ОПТИЧНІ

МЕТОДИ

АНАЛІЗУ

ХРОМАТОГРАФІЧНІ

МЕТОДИ

АНАЛІЗУ

ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ

МЕТОДИ

АНАЛІЗУ

КЛАСИФІКАЦІЯ ЕЛЕКТРОХІМІЧНИХ

МЕТОДІВ АНАЛІЗУ ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

ґрунтуються на вимірюванні електричних параметрів

(сили струму, напруги, рівноважних електродних потенціалів,

електричної провідності, кількості електрики) досліджуваної системи,

величини яких пропорційні вмісту досліджуваної речовини

КОНДУКТОМЕТРІЯ

(електрична провідність

досліджуваного розчину)

ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРІЯ

(сила струму, напруга,

граничний дифузійний струм

електрохімічного ланцюга

досліджуваного розчину)

ПОТЕНЦІОМЕТРІЯ

(електрорушійна сила (ЕРС)

електрохімічного ланцюга

досліджуваного розчину)

КУЛОНОМЕТРІЯ

(кількість електрики, що

витрачено на електрохімічну

аналітичну реакцію)

КЛАСИФІКАЦІЯ ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИХ МЕТОДІВ АНАЛІЗУ

ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

ґрунтуються на вимірюванні електрорушійної сили (ЕРС) електрохімічного

ланцюга, який містить індикаторний електрод та електрод порівняння

Пряма потенціометрія

(іонометрія)

Потенціометричне

титрування

Рівняння Нернста

ialg

nF

RT,EE

30320

де Е0 – стандартний оксред-потенціал системи, В;

R – універсальна газова стала (8,321 Дж/моль·К);

T – абсолютна температура, К;

F – число Фарадея (96 500 Кл);

n – кількість електронів, які беруть участь в

окисно-відновному процесі;

ai - активність іонів, що визначають.

Схема електрохімічного ланцюга

Вимірювальний

(індикаторний)

електрод

Досліджува-

ний розчин

Сольовий

місток

Електрод

порівняння

Еінд Едиф Епор

ЕРС = Епор – Еінд + Едиф

УСТАНОВКА ДЛЯ ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНОГО ТИТРУВАННЯ

1 – магнітна мішалка;

2 – хімічний стакан з

досліджуваним

розчином;

3 – електрод порівняння;

4 – індикаторний

електрод;

5 – бюретка;

6 – прилад для

вимірювання ЕРС

Електроди для потенціометричного аналізу

Використовують два типи індикаторних електродів:

- електроди, на поверхні яких протікають реакції з обміном електронів. Їх називають

електроно-обмінними або

окисно-відновними. - електроди, на поверхні яких протікають

реакції обміну іонів. Їх називають

іонообмінними або

іонселективними електродами.

Залежно від типу мембрани іоноселективні електроди підрозділяють

електроди із твердими мембранами;

електроди із скляними мембранами;

електроди із рідинними мембранами.

Пряма потенціометрія

Метод прямої потенціометрії

заснований на визначенні

концентрації аналізованого іона

безпосередньо по виміряній ЕРС

електрохімічного ланцюга, що

містить відповідний

іоноселективний електрод.

Способи визначення концетрації у прямій потенціометрії

Метод градуювального графіка

Метод добавок

Метод градуювального графіка

- lgс - lgсx

Ех

Е

Градуювальний графік для визначення концентрації методом прямої потенціометрії

Метод добавок Послідовність операцій у методі на прикладі

одиничної добавки :

визначають крутизну (S) - електродної функції вживаного іоноселективного електроду

вимірюють ЕРС (Ех) в точно відміряному об'ємі (Vaн) аналізованого розчину

Після цього в розчин вводять точно відміряний об'єм добавки (Vдоб) із точно відомою концентрацією (сдоб) аналізованого іона і вимірюють зміну ЕРС (ΔЕ).

Так як Vaн >> Vдоб, то розведенням розчину

нехтують і концентрацію аналізованого розчину

(сан) розраховують за формулою:

Метод іонометрії характеризується

високої експресністю, достатньо

високою точністю і селективністю.

)(V

Vсс

S/E

aн

добдоб

aн 110

Потенціометричне титрування

Метод потенціометричного

титрування заснований на визначенні

точки еквівалентності по різкій зміні

ЕРС у електрохімічному ланцюгу, що

містить індикаторний електрод.

ВИДИ ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНОГО ТИТРУВАННЯ

Кислотно-основне титрування.

Осаджувальне титрування.

Комплексиметричне титрування.

Окисно-відновне титрування.

Точку еквівалентності при потенціометричному

титруванні визначають графічним методом на

кривій титрування

Види кривих потенціометричного титрування

Vекв

Е

Vмл

Текв

Vеквв

Vмл

Текв

Vекв

Vмл

Текв

V

E

E

V

Метод потенціометричного титрування

більш точний, ніж іонометрія.

Його можливості значно розширилися з

розробкою нових іоноселективних

електродів як індикаторних.

Метод застосовують при аналізі

каламутних, забруднених і забарвлених

розчинів в змішаних і неводних

розчинниках.

КОНДУКТОМЕТРІЯ. КЛАСИФІКАЦІЯ КОНДУКТОМЕТРИЧНИХ МЕТОДІВ АНАЛІЗУ

КОНДУКТОМЕТРИЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

ґрунтуються на вимірюванні електропровідності рідких електролітів

(розчинів або розплавів), яка пропорційна їх концентрації

Пряма кондуктометрія

Високочастотне

кондуктометричне

титрування

Кондуктометричне титрування

Низькочастотне

кондуктометричне

титрування

Основне рівняння кондуктометрії для симетричних електролітів

1000

)UZUZ(FC

де χ – питома електрична провідність, сименс/см (См/см); – ступінь дисоціації електроліту; С – концентрація електроліту, моль/дм3; F – число Фарадея (96 500 Кл); Z+, Z– – заряди іонів електроліту; U+, U– – рухомість іонів електроліту.

ХАРАКТЕРНІ КРИВІ КОНДУКТОМЕТРИЧНОГО ТИТРУВАННЯ

а – титрування сильної кислоти;

б – титрування слабкої кислоти;

в – титрування суміші сильної та слабкої кислот

а б в

VNaOH VNaOH

χ

Vе

те

χ

те

Vе VNaOH

χ

те1

Vе2

те2

Vе1

ЗАСТОСУВАННЯ КОНДУКТОМЕТРИЧНИХ МЕТОДІВ АНАЛІЗУ

Як метод контролю якості

дистильованої, технічної та апірогенної

води в хімічних і фармацевтичних

виробництвах.

Для аналізу лікарських препаратів

(алкалоїдів, антибіотиків тощо) у

неводних та змішаних розчинниках.

Пряма кондуктометрія

Метод прямої кондуктометрії

заснований на безпосередньому

визначенні концентрації розчину

електроліту за виміряною величиною

питомої електричної провідності χ.

χ

C Cх

χх

Градуювальний графік для кондуктометричного визначення концентрації розчину.