Электрохимические методы анализа

Определение концентрации растворов  осуществляют прямой кондуктометрией  и кондуктометрическим титрованием. Прямая кондуктометрия используется для определения концентрации раствора по калибровочному графику. Для составления калибровочного графика замеряют электропроводимость серии растворов с известной концентрацией и строят калибровочный график зависимости электропроводимости от концентрации. Затем измеряют электропроводимость анализируемого раствора и по графику определяют его концентрацию.

 

 

3.1 Кондуктометрическое титрование

 

Чаще применяют кондуктометрическое титрование. При этом в ячейку с электродами помещают анализируемый раствор, ячейку помещают на магнитную мешалку и титруют соответствующим титрантом. Титрант добавляют равными порциями. После добавления каждой порции титранта замеряют электропроводимость раствора и строят график зависимости между электропроводимостью и объемом титранта. При добавлении титранта происходит изменение электропроводимости раствора в т.э. наступает перегиб кривой титрования.

От подвижности ионов зависит  электропроводимость раствора: чем выше подвижность ионов, тем больше электропроводимость раствора.

Кондуктометрическое титрование обладает рядом преимуществ. Его можно  проводить в мутных и окрашенных средах, в отсутствии химических индикаторов. Метод обладает повышенной чувствительностью  и позволяет анализировать разбавленные растворы веществ (до 10^-4 моль/дм³). Кондуктометрическим  титрованием анализируют смеси веществ, т.к. различия в подвижности различных ионов существенны и их можно дифференцированно оттитровывать в присутствии друг друга.

Кондуктометрический анализ легко  автоматизировать, если раствор титранта подавать из бюретки с постоянной скоростью, а изменение электрической проводимости раствора регистрировать на самописце. Эта разновидность кондуктометрии получила название хронокондуктометрического анализа.

В кислотно-основном титровании кондуктометрическим  путем можно определять сильные  кислоты, слабые кислоты, соли слабых оснований  и сильных кислот.

В осадительном кондуктометрическом титровании электропроводимость титруемых растворов сначала уменьшается или остается на некотором постоянном уровне вследствие связывания титруемого электролита в осадок, после т.э. при появлении избытка титранта – снова возрастает.

В комплексометрическом кондуктометрическом титровании изменения электропроводимости раствора наступают вследствие связывания катионов металла в комплекс с ЭДТА.

Окислительно-восстановительное кондуктометрическое  титрование основано на изменении концентрации реагирующих ионов и появлении в растворе новых ионов, что изменяет электропроводимость раствора.

В последние годы получило развитие высокочастотная кондуктометрия, в которой электроды с раствором не контактируют, что важно при анализе агрессивных сред и растворов в закрытых сосудах.

Получила развитие два варианта – прямая высокочастотная кондуктометрия и высокочастотное титрование.

Прямая высокочастотная кондуктометрия применяется для определения  влажности веществ, зерна, древесины, концентрации растворов в закрытых сосудах – ампулах, при анализе  агрессивных жидкостей.

Высокочастотное титрование проводят на специальных титраторах – ТВ-6, ТВ-6Л.

Высокочастотное кондуктометрическое  титрование проводят по типу кислотно-основного, окислительно-восстановительного или  осадительного титрования в тех случаях, когда отсутствует подходящий индикатор или при анализе смесей веществ.

 

4 Кулонометрия

 

В кулонометрии вещества определяют измерением количества электричества, затраченное на их количественное электрохимическое превращение. Кулометрический анализ проводят в электролитической ячейке, в которую помещают раствор определяемого вещества. При подаче на электроды ячейки соответствующего потенциала происходит электрохимическое восстановление или окисление вещества. Согласно законам электролиза, открытым Фарадеем, количество вещества, прореагировавшего на электроде, пропорционально количеству электричества, прошедшего через раствор:

Кулонометрический анализ позволяет  определять вещества, не осаждающиеся на электродах или улетучивающиеся  в атмосферу при электрохимической  реакции.

 

 

4.1 Кулонометрическое титрование

 

Различают кулонометрию прямую и кулонометрическое титрование. Высока точность и чувствительность методов измерения электрического тока обеспечивает кулонометрическому анализу уникальную точность 0,1-0,001%, и чувствительность до 1∙10⁻⁸- 1∙10⁻¹⁰ г. Поэтому кулонометрический анализ применяется для определения микропримесей и продуктов разрушения веществ, что важно при контроле их качества.

Для индикации т.э. при кулонометрическом  титровании можно применять химический и инструментальные методы – добавление индикаторов, обнаружение окрашенных соединений фотометрическим или  спектрофотометрическим путём.

В отличии от других методов анализа  кулонометрия может  быть полностью автоматизирована, что сводит к минимуму случайные ошибки определения. Эта особенность использована при создании автоматических кулонометрических татраторов – чувствительных приборов, применяющихся для особо точных анализов, когда другие методы оказываются недостаточно чувствительными. При анализе веществ, малорастворимых в воде, кулонометрию можно проводить на электродах из ацетиленовой сажи, являющиеся хорошим адсорбентом и извлекающий такие вещества из реакционной среды с достаточной полнотой. Кулонометрическое титрование – перспективный метод инструментального анализа. Он может найти широкое применение для решения ряда специальных аналитических задач – анализа примесей, малых количеств лекарственных препаратов, определение в биологическом материале и окружающей среде токсических веществ, микроэлементов и других соединений.

 

Заключение

 

Электрохимические методы анализа  основаны на процессах, протекающих  на электродах или межэлектродном пространстве. Электрохимические методы анализа  являются одними из старейших физико-химических методов анализа (некоторые описаны в конце 19 в.). Их достоинством является высокая точность и сравнительная простота, как оборудования, так и методики анализа. Высокая точность определяется весьма точными закономерностями, используемыми в электрохимических методах анализа, например, закон Фарадея. Большим удобством является то, что в них используют электрические воздействия, и то, что результат этого воздействия (отклик) тое получается в виде электрического сигнала.

Это обеспечивает высокую  скорость и точность отсчета, открывает  широкие возможности для автоматизации. Электрохимические методы анализа  отличаются хорошей чувствительностью  и селективностью, в ряде случаев  их можно отнести к микроанализу, так как для анализа иногда достаточно менее 1 мл раствора. Инструментом их служит электрохимическая ячейка, представляющая собой сосуд с  раствором электролита, в который  погружены как минимум два  электрода. В зависимости от решаемой задачи различными могут быть форма  и материал сосуда, число и природа  электродов, раствора, условия анализа (прилагаемое напряжение (ток) и регистрируемый аналитический сигнал, температура, перемешивание, продувка инертным газом  и тому подобное). Определяемое вещество может входить как в состав электролита, заполняющего ячейку, так  и в состав одного из электродов.

Электрохимические методы анализа  играют большую роль в современном  мире. В наше время особенно важна  забота об экологии. С помощью этих методов можно определить содержание огромного количества различных  органических и неорганических веществ. Сейчас они более эффективны для  определения опасных веществ.

Список используемой литературы

 

1. Дж. Плэмбек Электрохимические методы анализа. Основы теории и применение. М.: Мир, 1985.

2.  П. К Агасян, Т. К Хамракулов Кулонометрический анализ. М.: Химия, 1984.

3. О. А Сонгина, В. А. Захаров Амперометрическое титрование. М.: Химия, 1979.

4.  Г. К Будников, В. Н Майстренко, Вяселев М. Р. Основы современного электроанализа. М.: Химия, 2001.