第四章电位分析法--仪器分析.ppt
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1、1电化学分析电化学分析:根据被测溶液所呈现的根据被测溶液所呈现的电化学性质电化学性质 及其变化而建立的分析方法及其变化而建立的分析方法2 2分类:分类:根据所测电池的电物理量性质不同分为根据所测电池的电物理量性质不同分为(1 1)电导分析法)电导分析法(2 2)电解分析法)电解分析法(3 3)电位分析法:直接电位法,电位滴定法电位分析法:直接电位法,电位滴定法(4 4)库仑分析法)库仑分析法(5 5)极谱分析法)极谱分析法(6 6)伏安分析法)伏安分析法第四章第四章 电位分析法电位分析法4.1 4.1 概述概述3.3.电位分析法分类:电位分析法分类:(1)(1)直接电位法:直接电位法:零电流条
2、件下测量指示电极相对于参零电流条件下测量指示电极相对于参比电极的比电极的电位电位(2)(2)电位滴定法:利用电位滴定法:利用电极电位的突变电极电位的突变代替化学指示剂代替化学指示剂颜色的变化来确定终点的滴定分析法颜色的变化来确定终点的滴定分析法 电位分析法是在零电流条件下通过测量插入待测溶电位分析法是在零电流条件下通过测量插入待测溶液中液中两电极所组成电池的电动势两电极所组成电池的电动势,根据,根据电极电位与待测电极电位与待测物质间的定量关系物质间的定量关系计算被测物质量。计算被测物质量。1.1.测量电池构成测量电池构成:2.2.定量测定依据定量测定依据:指示电极指示电极,参比电极参比电极,电
3、解质溶液电解质溶液Nernst Equation3 3特点:特点:(1 1)准确度高,重现性和稳定性好)准确度高,重现性和稳定性好(2 2)灵敏度高,)灵敏度高,1010-4-41010-8-8mol/Lmol/L 10 10-10-10 1010-12-12 mol/L mol/L(极谱,伏安)极谱,伏安)(3 3)选择性好(排除干扰)选择性好(排除干扰)(4 4)应用广泛(常量、微量和痕量分析)应用广泛(常量、微量和痕量分析)(5 5)仪器设备简单,易于实现自动化)仪器设备简单,易于实现自动化4-2 电位分析法原理电位分析法原理一一.Nernst Equation某一某一氧化还原体系:氧化
4、还原体系:Ox+ne RedNernst Equation:按照电极的按照电极的用途用途分:指示电极和参比电极分:指示电极和参比电极(一一)指指示示电电极极:电电极极电电位位随随电电解解质质溶溶液液的的浓浓度度或或活活度变化而改变度变化而改变的电极(的电极(E E与与C C有关)有关)(二二)参参比比电电极极:电电极极电电位位不不受受溶溶剂剂组组成成影影响响,其其值值维持不变维持不变(E E与与C C无关)无关)二二.电极电极参比电极参比电极1.甘甘汞汞电电极极:Hg和和甘甘汞汞糊糊,及及一一定定浓浓度度KCl溶液溶液 甘汞电极甘汞电极(SCE)的电位与的电位与Cl浓度的关系浓度的关系(298
5、K)电极中Cl的浓度电极电位,V(vsSHE)0.10 molL1KCl0.3341.0 molL1KCl0.282饱和KCl0.2422.2.银银-氯化银电极:氯化银电极:问题:为什么以上两种电极可以做参比电极?问题:为什么以上两种电极可以做参比电极?问题:为什么以上两种电极可以做参比电极?问题:为什么以上两种电极可以做参比电极?对对H响应的响应的pH玻璃电极和对玻璃电极和对Na、K响应的响应的pNa、pK玻璃电极等。玻璃电极等。关键部分:敏感玻璃膜关键部分:敏感玻璃膜|-Si()-O-Si()-|4-3 4-3 电位法测定溶液的电位法测定溶液的pHpHn软质球状玻璃膜:软质球状玻璃膜:含含
6、NaNa2 2O O、CaOCaO和和SiOSiO2 2 厚度小于厚度小于0.1mm 0.1mm 对对H H+选择性响应选择性响应n内部溶液:内部溶液:0.1 mol/L 0.1 mol/L 的的HClHCl内参比溶液内参比溶液 内参比电极:内参比电极:Ag-Ag-AgClAgCl电极电极构造构造SiO-Na+H+SiO-H Na+形成形成 SiOSiOH H(G GH H)目前有目前有H H+,NaNa+,K K+,AgAg+,LiLi+的的玻璃电极玻璃电极。pHpH玻璃电极电位玻璃电极电位E Eg g与与pHpH成线性关系,因而可用于测定溶液成线性关系,因而可用于测定溶液pHpH值值应用特
7、点应用特点应用特点应用特点:优点优点优点优点:测量直接方便,不破坏溶液,适于:测量直接方便,不破坏溶液,适于:测量直接方便,不破坏溶液,适于:测量直接方便,不破坏溶液,适于有色、浑浊液体的有色、浑浊液体的有色、浑浊液体的有色、浑浊液体的pHpHpHpH值的测定值的测定值的测定值的测定 缺点缺点缺点缺点:玻璃膜薄,易损:玻璃膜薄,易损:玻璃膜薄,易损:玻璃膜薄,易损测量原理与方法测量原理与方法(-)玻璃电极)玻璃电极待测溶液(待测溶液(HH+x mol/L x mol/L)饱和甘汞电极饱和甘汞电极 (+)(+)(-)玻璃电极)玻璃电极标准缓冲溶液标准缓冲溶液饱和甘汞电极饱和甘汞电极 (+)(+)
8、分别测定待测溶液与标准溶液所组成电池的电动势,有:分别测定待测溶液与标准溶液所组成电池的电动势,有:4-4.离子选择电极及其响应机理离子选择电极及其响应机理一、一、离子选择电极离子选择电极的组成的组成(Ion selective electrode,ISEIon selective electrode,ISE)组成组成:由敏感膜、电极帽、电极杆、由敏感膜、电极帽、电极杆、内参比电极和内参比溶液等部分内参比电极和内参比溶液等部分 对溶液中特定阴阳离子有对溶液中特定阴阳离子有选择性响应能力的电极选择性响应能力的电极二、离子选择电极的分类二、离子选择电极的分类(1)(1)氟离子选择电极氟离子选择电极
9、 敏感膜由敏感膜由LaF3单晶片制成单晶片制成1 1晶体膜电极晶体膜电极 均相膜电极的敏感膜是由均相膜电极的敏感膜是由单晶单晶或由一种化合物和几种化或由一种化合物和几种化合物均匀混合的合物均匀混合的多晶多晶压片制成。非均相膜电极是由压片制成。非均相膜电极是由多晶中掺多晶中掺惰性物质惰性物质经热压制成。经热压制成。氟电极受氟电极受氟电极受氟电极受OHOH的干扰,因为的干扰,因为的干扰,因为的干扰,因为LaFLaF33+3OH=La(OH)+3OH=La(OH)33+3F+3F另一方面另一方面另一方面另一方面 HF=HHF=H +F+F氟氟氟氟 电电电电 极极极极 适适适适 用用用用 的的的的 P
10、HPH范范范范 围围围围 为为为为PH5PH57 7。(2)其它晶体膜电极 难溶盐Ag2S和AgX以及Ag2S和MS做成的电极Cl-,Br-,I,CN,Ag,S2-,Cu2+,Pb2+,Cd2+等 对对H响应的响应的pH玻璃电极和对玻璃电极和对Na、K响应的响应的pNa、pK玻璃电极等。玻璃电极等。关键部分:敏感玻璃膜关键部分:敏感玻璃膜|-Si()-O-Si()-|2 2、非晶体膜电极、非晶体膜电极(1 1)玻璃电极)玻璃电极3.流体载体电极(流体载体电极(液膜电极)液膜电极)流动载体电极又称液膜电极。流动载体电极是由电活流动载体电极又称液膜电极。流动载体电极是由电活性物质(载体)、溶剂(增
11、塑剂)、微孔膜(作为支持体)性物质(载体)、溶剂(增塑剂)、微孔膜(作为支持体)以及内参比电极和内参比溶液等部分组成。以及内参比电极和内参比溶液等部分组成。常见的电极的形式有常见的电极的形式有PVC膜电极和液膜电极两种。膜电极和液膜电极两种。钙电极:钙电极:内参比溶液内参比溶液:CaCa2+2+水溶液。水溶液。液膜液膜(内外管之间内外管之间):0.1mol/L0.1mol/L二癸基磷酸钙二癸基磷酸钙(液体离子液体离子交换剂交换剂)的苯基磷酸二辛酯溶液。的苯基磷酸二辛酯溶液。其极易其极易扩散扩散进入微孔膜,但进入微孔膜,但不溶不溶于水于水,故,故不能进入试液溶液不能进入试液溶液。二癸基磷酸根可以
12、在液膜二癸基磷酸根可以在液膜-试液试液两相界面间来回迁移两相界面间来回迁移,传递传递钙离子钙离子,直至达到平衡。由于直至达到平衡。由于CaCa2+2+在水相(试液和内参比溶液)在水相(试液和内参比溶液)中的活度与有机相中的中的活度与有机相中的活度差异活度差异,在两相之间产生在两相之间产生相界电位相界电位。钙电极适宜的钙电极适宜的pH范围是范围是511,可测出可测出10-5-5 mol/L的的Ca2+2+。3敏化电极敏化电极 敏化电极是在原电极上再覆盖一层物质,敏化电极是在原电极上再覆盖一层物质,从而提高或改变电极的选择性。从而提高或改变电极的选择性。敏化电极敏化电极分为分为气敏电极气敏电极和和
13、酶电极酶电极。COCO2 2气敏电极气敏电极:用用pHpH玻璃电极作为指玻璃电极作为指示电极,中介液为示电极,中介液为0.01mol/L0.01mol/L的的碳酸氢碳酸氢钠钠。二氧化碳与水作。二氧化碳与水作用生成碳酸,从而影用生成碳酸,从而影响碳酸氢钠的电离平响碳酸氢钠的电离平衡来指示衡来指示COCO2 2 。(1)气敏电极)气敏电极(2)酶电极酶电极 在在指指示示电电极极,如如离离子子选选择择电电极极的的表表面面覆覆盖盖一一层层酶酶活活性性物物质质,这这层层酶酶活活性性物物质质与与被被测测的的有有机机物物或或无无机机物物(底底物物)反反应应,形形成成一一种种能能被被指示电极响应的物质。指示电
14、极响应的物质。氨基酸的测定用氨基酸脱羧酶催化,例如:氨基酸的测定用氨基酸脱羧酶催化,例如:植物组织膜电极植物组织膜电极a a一水瓜一水瓜,b,b一果皮一果皮,c-c-中果皮中果皮,d-,d-内果内果皮皮1-1-中果皮组织薄片中果皮组织薄片2-2-固定化骨架固定化骨架3-3-透气健透气健,4-,4-垫圈垫圈5-5-内电解质内电解质6-6-复合复合PHPH电极电极7-7-塑料电极体塑料电极体3-73-7为二氧化碳气为二氧化碳气敏电极结构敏电极结构离子选择电极:离子选择电极:离子选择电极:离子选择电极:对溶液中特定阴阳离子有选择性响对溶液中特定阴阳离子有选择性响应能力的电极应能力的电极(1)工作原理
15、:工作原理:工作原理:工作原理:电极膜浸入外部溶液时,膜内外有选择响应的电极膜浸入外部溶液时,膜内外有选择响应的离子,通过离子,通过交换和扩散作用在膜两侧建立电位差交换和扩散作用在膜两侧建立电位差,达平衡后即形成稳定的膜电位达平衡后即形成稳定的膜电位总结总结总结总结(2)ISE电极电位电极电位正离子正离子负离子负离子所以所以,对于响应离子的电极电位的总公式为对于响应离子的电极电位的总公式为:4-5 4-5 离子选择性电极的选择性:电位选择系数离子选择性电极的选择性:电位选择系数K KA,BA,B为干扰离子为干扰离子B B对欲测离子对欲测离子A A的选择性系数的选择性系数相对误差相对误差=选择性
16、系数选择性系数:相同电位时提供待测离子与干扰离子相同电位时提供待测离子与干扰离子 的活度之比的活度之比注:注:K KA,BA,B 小小电极对待测离子电极对待测离子A A响应能力响应能力大大 (选择性选择性好好),干扰离子,干扰离子B B的干扰的干扰小小 例例1:用用pNa玻玻璃璃膜膜电电极极(KNa+,K+=0.001)测测定定pNa=3的的试试液液时时,如如试试液液中中含含有有pK=2的的钾钾离离子子,则则产产生生的的误误差差是是多多少少?解解:误差误差%=(KNa+,K+aK+)/aNa+100%=(0.001102)/103100%=1%例例2 某硝酸根电极对硫酸根的选择系数:某硝酸根电
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