Презентация на тему "Электрохимические методы анализа"

Презентация: Электрохимические методы анализа
Включить эффекты
1 из 84
Ваша оценка презентации
Оцените презентацию по шкале от 1 до 5 баллов
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
4.0
6 оценок

Комментарии

Нет комментариев для данной презентации

Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.


Добавить свой комментарий

Аннотация к презентации

"Электрохимические методы анализа" состоит из 84 слайдов: лучшая powerpoint презентация на эту тему с анимацией находится здесь! Средняя оценка: 4.0 балла из 5. Вам понравилось? Оцените материал! Загружена в 2017 году.

  • Формат
    pptx (powerpoint)
  • Количество слайдов
    84
  • Слова
    другое
  • Конспект
    Отсутствует

Содержание

  • Презентация: Электрохимические методы анализа
    Слайд 1

    Электрохимические методы анализа

    Определение: ЭХМА - это методы качественного и количественного анализа веществ, основанные на электрохимических процессах, протекающих в исследуемом растворе или на границе соприкасающихся фаз и связанных с изменением структуры, химического состава или концентрации

  • Слайд 2

    Классификация.

    ЭХМА подразделяют на методы : 1. с протеканием электрохимической реакции 2. без протекания электрохимической реакции Первая группа методов включает методы: 1.1.с наложением внешнего напряжения 1.2. без наложения внешнего напряжения

  • Слайд 3

    Классификацияэлектрохимических методов анализа

  • Слайд 4

    По измеряемому параметру ЭХМА подразделяются на:

  • Слайд 5

    Основные понятия и термины.

    Электрод- система из двух электропроводящих фаз, одна из которых имеет электронную проводимость, а другая - ионную. Электроды подразделяют на индикаторные, вспомогательные и сравнения. Пример электрода - металл, погруженный в раствор соли этого металла.

  • Слайд 6

    Потенциал электрода - это потенциал, возникающий на границе раздела фаз вследствие образования двойного электрического слоя. При отсутствии тока через электрод его потенциал имеет равновесное значение, определяемое по уравнению Нернста:

  • Слайд 7
  • Слайд 8

    Основные понятия и термины

    Поляризация электрода - изменение значения его потенциала при протекании через электрод электрического тока Электрохимическая реакция - гетерогенная реакция, в ходе которой электроны переходят через границу раздела фаз, то есть через электрод протекает электрический ток.

  • Слайд 9

    ПОТЕНЦИОМЕТРИЯ

    Определение: потенциометрия - метод определения концентрации веществ непосредственным измерением потенциала индикаторного электрода по отношению к электроду сравнения.

  • Слайд 10

    Типы электродов, используемых в потенциометрии

    Индикаторные электроды: окислительно-восстановительные электроды, например, платиновый в контакте с окислительно-восстановительной системой металлические- I, II и IIIрода мембранныеионселективные электроды

  • Слайд 11

    окислительно-восстановительные электроды

    Это инертные электроды, их потенциал обратимо зависит от соотношения концентраций окислительно-восстановительной пары, присутствующей в растворе, согласно уравнению Нернста, например, в растворе, содержащем Fe2+ и Fe3+, потенциал платинового электрода будет равен:

  • Слайд 12

    Металлические электроды

    I рода - металл в растворе своей соли, например Ag в растворе AgNO3, Cu в растворе CuSO4, II рода - металл, покрытый своей малорастворимой солью и опущенный в раствор, содержащий анион этой соли, например Ag/AgCl/Cl-, Hg/Hg2Cl2/Cl-, III рода - металл, покрытый малорастворимой солью и опущенный в раствор, содержащий другой катион, образующий малорастворимое соединение с этим анионом, например, ртутный электрод, опущенный в насыщенный раствор Hg2C2O4 и CaC2O4, содержащий избыток ионов кальция.

  • Слайд 13

    Мембранные ионселективные электроды

    изготовлены на основе твердых или жидких мембран, главным свойством которых является проницаемость определенного вида ионов в направлении от раствора с большей активностью этих ионов к раствору с меньшей активностью. В результате такого перемещения на поверхности мембраны возникает потенциал, препятствующий дальнейшему перемещению ионов, который будет зависеть от разности активностей ионов в растворе по обе стороны мембраны.

  • Слайд 14

    Стеклянный электрод

    Е = К- 0,059lga(H+) = K + 0,059 pH.

  • Слайд 15

    Типы электродов, используемых в потенциометрии

    Электроды сравнения: электроды, потенциал которых не зависит от концентрации ионов, участвующих в электродной реакции, чтобы при измерении их потенциал всегда оставался постоянным. Этим требованиям удовлетворяют электроды II рода - хлоридсеребряный и каломельный

  • Слайд 16

    Хлоридсеребряный электрод

    потенциал этого электрода будет зависеть лишь от концентрации хлорид-ионов, которую выбирают достаточно большой (обычно используют насыщенные растворы КСl), и поэтому потенциал такого электрода при прохождении через него небольшого тока не меняется

  • Слайд 17

    Методы определения концентрации в потенциометрии

    Прямая потенциометрия: Измерение потенциал индикаторного электрода по отношению к электроду сравнения и концентрация определяемого вещества рассчитывается по уравнению Нернста. На практике более удобным способом является использование градуировочного графика в координатах Е - рС, построенному по серии стандартных растворов Потенциометрическое титрование

  • Слайд 18

    Градуировочный график для определения концентрации  методом прямой потенциометрии  

  • Слайд 19

    Определение точки эквивалентности в потенциометрическом титровании

  • Слайд 20

    Преимущества метода потенциометрического титрования

    Возможность титрования мутных и окрашенных растворов Возможность определения смеси веществ Возможность титрования в неводных растворителях Возможность автоматизации анализа, например, титрование до заданного значения рН. Возможность использования всех типов химических реакций. Возможность использования различных типов индикаторных электродов, в том числе ионселективных, для повышения избирательности определения

  • Слайд 21

    pH-метры-иономерысерии "Эксперт-001": слева - переносной, справа - лабораторный

  • Слайд 22

    Общий вид прибора «Эксперт-001»

  • Слайд 23

    Вольтамперометрия

    Определение:вольтамперометрия - группа методов электрохимического анализа, основанных на измерении зависимости силы тока от величины потенциала рабочего электрода

  • Слайд 24

    Схема полярографической установки

    1-Вспомогательный электрод (донная ртуть), 2- анализируемый раствор, 3- ячейка, 4- ртутный капающий электрод, 5- резервуар с ртутью, 6- амперметр, 7- реохорд, 8- источник напряжения

  • Слайд 25

    Ярослав Гейровский (1890-1967)Лауреат Нобелевской премии 1959 г.

    Портрет Памятник в Праге

  • Слайд 26
  • Слайд 27

    Первый полярограф

    В 1925 году Я.Гейровскийи М. Шиката сконструировали первый полярограф, позволивший автоматически регистрировать поляризационные кривые.

  • Слайд 28

    Полярограмма(полярографическая волна)

  • Слайд 29
  • Слайд 30

    Основные уравнения в полярографии

    Уравнение, описывающее полярограмму, было выведено Гейровским и Ильковичем: Потенциал полуволны Е1/2 представляет собой потенциал той точки волны, где ток равен половине своего предельного значения. Потенциал полуволны не зависит от концентрации и является качественной характеристикой вещества. По значению потенциала полуволны в данном фоновом электролите можно провести идентификацию веществ, присутствующих в растворе, то есть провести качественный анализ.

  • Слайд 31

    Уравнение, связывающее величину предельного тока с концентрацией, для ртутного капающего электрода вывел Илькович: Id = 605nD1/2m2/3t1/6C, где n - число электронов, участвующих в электрохимической реакции, D - коэффициент диффузии вещества, см2/с, m - масса ртути (мг), вытекающая из капилляра за 1 секунду, t - период капания, сек, С - концентрация вещества, ммоль/л. Уравнение Ильковича можно представить в виде I = K.C, где К - константа пропорциональности, называемая константой Ильковича. На этом уравнении основан количественный анализ.

  • Слайд 32

    Методы определения концентрации в полярографии

    Метод градуировочного графика: измеряется сила диффузионного тока (I) серии стандартных растворов с известной концентрацией определяемого вещества. Затем строится градуировочный график в координатах I - С, по которому и определяется концентрация неизвестного раствора. Метод стандартных растворов. Высота волны для неизвестного раствора сравнивается с высотой волны стандартного раствора, концентрация которого известна. Расчет неизвестной концентрации (Сх) проводят по формуле: Сх=Сст*hх/hст. 3. Метод добавок: измеряется сила диффузионного тока (I) раствора с неизвестной концентрацией и с добавкой известного количества определяемого вещества.

  • Слайд 33

    Возможности и применение полярографии

    Определение как качественное, так и количественное любых электрохимически активных веществ с нижним пределом обнаружения 10-5 моль/л и погрешностью около 2-5%. Одновременное определение нескольких компонентов в одном растворе при условии, что их потенциалы полуволн (Е1/2) различаются более чем на 0,2 В. Возможность определения органических веществ, содержащих следующие функциональные группы: >C=O, >C=C-C=CC=N-, -N=N-, -O-O-,-S-S-, >C=S, -N=O, -NO2, >C=C-C=O и другие, способные к электровосстановлению или электроокислению

  • Слайд 34

    Полярограмма смеси ионов

  • Слайд 35
  • Слайд 36

    Развитие полярографического метода

    Виды полярографии Дифференциальная полярография Вольтамперометрия с линейной разверткой потенциала Переменнотоковая полярография Инверсионная вольтамперометрия Амперометрическое титрование Аналитические характеристики Разрешающая способность С мин. 0,1 В 10-5моль/л 0,1 В 10-6 0,04 В 5.10-8 0,1 В 10-9-10-11 - -

  • Слайд 37

    Дифференциальная полярография

    Основана на электронном дифференцировании I-E кривых и получении кривой в форме первой производной, на которой максимум соответствует Е1/2, а высота пика пропорциональна концентрации. При одинаковой с классической полярографией минимально определяемой концентрацией метод характеризуется повышенной разрешающей способностью - разность Е1/2 для раздельной регистрации пиков достаточна 0,1 В.

  • Слайд 38

    Вольтамперометрия с линейной разверткой потенциала

    В этом методе увеличение потенциала рабочего электрода происходит с гораздо большей скоростью, чем в классической полярографии (1-10 В/с вместо 1-10 мВ/с), в связи с чем для регистрации быстро меняющегося тока используют практически безинерционный прибор - осциллограф. Вид получающихся при этом полярограмм отличается от классических наличием максимума тока, величина которого примерно в 10 раз превышает величину диффузионного тока за счет большего потока вещества к электроду при сокращении времени регистрации кривой. Пропорциональность тока пика концентрации вещества при этом сохраняется, что позволяет определять вещества с концентрацией до 10-6 моль/л при разрешающей способности как в дифференциальном методе - 0,1 В.

  • Слайд 39

    Переменнотоковая полярография

    В этом методе на ячейку кроме линейно возрастающего напряжения подают переменное напряжение синусоидальной или прямоугольной формы амплитудой 10-50 мВ, что приводит к протеканию через раствор наряду с постоянным током переменного тока. Для регистрации полезного сигнала используют только переменный ток, что позволяет за счет уменьшения емкостной составляющей повысить чувствительность определений до 5*10-8 моль/л, а разрешающая способность при этом возрастает до 0,04 В, так как полярограмма в этом методе имеет вид узких пиков. Потенциал пика практически совпадает с Е1/2, а высота пика также пропорциональна концентрации

  • Слайд 40

    Инверсионная вольтамперометрия

    Сущность этого метода заключается в электрохимическом концентрировании определяемого вещества на поверхности стационарного электрода с последующим растворением его и регистрации тока растворения. Концентрирование (накопление на электроде) проводят при потенциале электрода, соответствующем потенциалу предельного тока, при непрерывном перемешивании раствора для увеличения скорости подвода вещества к электроду (или используют вращающийся электрод) в течение определенного времени (1-30 мин). Затем прекращают перемешивание и уменьшают потенциал электрода, регистрируя анодную вольтамперограмму в виде пика растворения. Так как время растворения значительно меньше времени накопления, ток растворения гораздо больше тока накопления, что позволяет проводить определение обратимо восстанавливающихся металлов с концентрацией до 10-9, а в отдельных случаях до 10-11 моль/л.

  • Слайд 41

    Инверсионная вольтамперограмма

    а – фон, б – анализируемый раствор, в – анализируемый раствор с добавкой металлов

  • Слайд 42

    Ячейка для инверсионной вольтамперометрии

  • Слайд 43

    Анализатор тяжёлых металлов АКВ-07МК

  • Слайд 44

    Датчик АКВ-07МК

  • Слайд 45

    Полярограф «Экотест-ВА»

  • Слайд 46

    Комплект для полевых измерений тяжелых металлов с микроэлектродом

  • Слайд 47

    Комплекс "Экотест-ВА"

  • Слайд 48

    Универсальный полярограф ПУ-1

  • Слайд 49

    Амперометрическое титрование

    Этот метод использует изменение величины предельного диффузионного тока в процессе титрования для определения точки эквивалентности

  • Слайд 50

    Связь полярографии с амперометрическим титрованием

  • Слайд 51

    Принципиальная схема установки для амперометрического титрования: 1- источник тока; 2-реостат; 3- вольтметр; 4- контакты; 5- гальванометр с шунтом; 6- вращающийся индикаторный электрод; 7- электрод сравнения; 8- бюретка; 9- сосуд для титрования

  • Слайд 52

    Типы кривых амперометрического титрования

    На электроде реагирует определяемое вещество Pb 2++SO42- = PbSO4¯, Pb 2++2e- = Pbo химическая реакция электродная реакция

  • Слайд 53

    На электроде реагирует титрант 3Zn2++2K4[Fe(CN)6]=K2Zn3[Fe(CN)6]2¯+6K+, химическая реакция, K4[Fe(CN)6]-e-=K3[Fe(CN)6]+K+ электродная реакция

  • Слайд 54

    На электроде реагирует определяемое вещество и титрант 2 Pb2++Cr2O72-+H2O=2PbCrO4¯+2H+ химическая реакция, Pb2++2e- = Pbo, Cr2O72-+14H++6e- = 2Cr3++7H2O электродные реакции

  • Слайд 55

    На электроде реагирует продукт реакции H2AsO4-+2I-+H+=HAsO32-+I2+H2O, I2+2e-=2I- химическая реакция электродная реакция

  • Слайд 56

    На электроде реагирует индикаторное вещество Al3++6F-=[AlF6]3-, Fe3++6F-=[FeF6]3-, Fe3++e-=Fe2+. химические реакции электродная реакция

  • Слайд 57

    Титрование смеси двух веществ 2Pb2++Cr2O72-+H2O=2PbCrO4+2H+ химические реакции 2Ba2++Cr2O72-+H2O=2BaCrO4+2H+ Pb2++2e- = Pbo, Cr2O72-+14H++6e- = 2Cr3++7H2O электродные реакции

  • Слайд 58

    Преимущества амперометрического титрования

    простота аппаратуры выбор потенциала наложения для повышения избирательности метода возможность использования реакций любого типа возможность анализа электрохимически неактивных веществ возможность применения не только РКЭ, но и твердых электродов

  • Слайд 59

    Кулонометрия

    Определение: кулонометрия - электрохимический метод анализа, основанный на измерении количества электричества, необходимого для количественного электрохимического превращения определяемого вещества

  • Слайд 60
  • Слайд 61

    Основное уравнение метода

    где m - масса вещества, г; Q - количество электричества, Кл; М - молярная масса вещества, г/моль; n - число электронов, участвующих в электрохимической реакции, в расчете на одну молекулу вещества; F - константа Фарадея, 96485 Кл/моль; I - сила тока, А; t - время электролиза, с.

  • Слайд 62

    Виды кулонометрии

    При контролируемом постоянном потенциале - потенциостатическая кулонометрия. При постоянном токе - амперостатическаякулонометрия. Кулонометрическое титрование

  • Слайд 63

    Потенциостатическая кулонометрия

    Зависимость силы тока от времени определяется уравнением: I = Io.10-kt, где I - ток в момент времени t, Io - начальный ток, t - время, k - константа, зависящая от площади электрода, числа электронов, коэффициента диффузии и других факторов

  • Слайд 64

    Зависимость силы тока от времени

  • Слайд 65

    Сокращение времени анализа

    Q = Io/tgα

  • Слайд 66

    Амперостатическаякулонометрия

    Схема установки для амперостатическойкулонометрии 1 – источник постоянного напряжения (100-200 В) 2 – электрохимическая ячейка 3 – постоянное сопротивление (10-25 кОм) 4 – амперметр 5 - тумблер

  • Слайд 67

    Кулонометрическое титрование

    Титрант, используемый в кулонометрическом титровании, получается на электроде из вспомогательного вещества при прохождении через раствор электрического тока. Такой способ называется электрогенерированием титранта, а рабочий электрод в этом случае называют генераторным электродом. Образовавшись на электроде, титрант вступает в реакцию с определяемым веществом. Точку эквивалентности определяют с помощью химических индикаторов или одним из инструментальных методов анализа количество электричества рассчитывают по простой формуле: Q = I.t.

  • Слайд 68

    Принципиальная схема установки для кулонометрического титрования с электрохимической индикацией к.т.т.: 1 - рабочий (генераторный) электрод; 2 – вспомогательный электрод; 3 – индикаторный электрод; 4 – электрод сравнения; 5 – мешалка; I - контур генераторной системы; II - контур индикаторной системы. I II 4 3 1 2 5

  • Слайд 69

    Примеры кулонометрического титрования

    Определение тиосульфата натрия электрогенерированным йодом, когда на электроде (аноде) протекает электрохимическая реакция: 2I- - 2e- = I2, а в растворе химическая: I2 + 2Na2S2O3 = Na2S4O6 + 2NaI Точку эквивалентности легко определить по появлению синей окраски, образованной избытком иода с крахмалом.

  • Слайд 70

    Определение кислот титрованием электрогенерированными ионами ОН- на катоде: 2Н3О+ + 2е– = Н2+ 2Н2О; 2Н2О + 2е– = Н2 + 2ОН–, в растворе:ОН– + Н3О+ = 2Н2О После завершения химической реакции избыток ионов ОН- создаст в растворе щелочную среду, что можно обнаружить с помощью кислотно-основного индикатора (фенолфталеина) или потенциометрически со стеклянным индикаторным электродом.

  • Слайд 71

    Преимущества кулонометрического титрования

    Высокая точность (до 0,01%), обусловленная высокой точностью измерения тока и времени Высокая чувствительность - минимально определяемые концентрации до 10-6 моль/л Возможность использования малоустойчивых титрантов, не применяемых в обычном титровании из-за нестабильности стандартных растворов, таких как Ag(II), Cr(II), Cu(I), Sn(II), Fe(II) Возможность автоматизации анализа Не требуется стандартных веществ и стандартизации титранта, так как стандартом является физическая константа F - константа Фарадея Возможность использования любых типов химических реакций

  • Слайд 72

    Кулонометр «Эксперт-006»

  • Слайд 73

    Кондуктометрия

    Определение: Кондуктометрический метод анализа основан на измерении электрической проводимости растворов, зависящей от концентрации электролита

  • Слайд 74

    Основные уравнения метода

    Электрическая проводимость L, См (Сименс): L=1/R, где R -сопротивление раствора, Ом. Сопротивление раствора R= r*l/S, где l - расстояние между электродами, S - площадь электродов, r - удельное сопротивление. Удельная электрическая проводимость æ=1/r Эквивалентная электрическая проводимость l= æ*1000/С, где С - концентрация, моль/л. Подвижность ионов U- скорость их движения (v) при напряженности электрического поля 1 В/см, умноженная на константу Фарадея F: U=v*F. Проводимость раствора L=k*(S/l)*C*U, при S и l постоянных, что справедливо для определенной ячейки, имеем: L=K*C*U.

  • Слайд 75

    Схема установки для измерения электропроводности

    Rx=Rст*l1/l2

  • Слайд 76

    Подвижности некоторых ионов в воде при 25° C, См·см2

  • Слайд 77

    Подвижности ионов водорода и гидроксила в водных растворах аномально велики по сравнению с подвижностями других ионов. Это обусловлено особым механизмом переноса электрического заряда ионами Н+(Н3О+) и ОН-. Так, в кислых растворах при наложении поля положительный заряд переходит от иона гидроксония вместе с атомом водорода к ближайшей молекуле воды, которая становится ионом Н3О+. Этот ион, в свою очередь, передает заряд соседней молекуле воды и т.д. Таким образом, за короткое время положительный заряд переносится на значительное расстояние. Описанный механизм может быть пояснен схемой: Благодаря такому эстафетному механизму переноса протонов ионы гидроксония в действительности не двигаются через раствор и перенос тока осуществляется путем перераспределения электронов в молекулах воды.

  • Слайд 78

    Методы определения концентрации веществ

    Прямая кондуктометрия. По градуировочному графику в координатах L - C. Метод прямой кондуктометрии не селективен, любые посторонние электролиты будут мешать определению. При проведении измерения необходимо термостатирование раствора. Применяется для оценки общего содержания электролитов в растворе и анализе растворов индивидуальных веществ Кондуктометрическое титрование. Основано на определении точки эквивалентности по изменению электрической проводимости раствора в процессе титрования, что связано с различной подвижностью ионов.

  • Слайд 79

    Типы кривых кондуктометрического титрования

    Определяемое вещество и титрант имеют ионы с высокой подвижностью, например HCl и NaOH

  • Слайд 80

    Определяемое вещество имеют ионы с низкой подвижностью, а титрант с высокой, например CaCl2+NaOH

  • Слайд 81

    Определяемое вещество имеет ионы с высокой подвижностью, а титрант с низкой, например HCl+NaHCO3

  • Слайд 82

    Титруется смесь веществ с разной степенью диссоциации, например смесь соляной и уксусной кислот титруют щелочью

  • Слайд 83

    Возможности и преимущества метода кондуктометрического титрования

    Возможность титрования окрашенных и мутных растворов. Возможность анализа смеси веществ. Возможность использования всех типов химических реакций - кислотно-основных, осаждения, комплексообразования, окислительно-восстановительных. Возможность автоматизации анализа. Возможность анализа разбавленных растворов с концентрацией до 10-4 М.

  • Слайд 84

    Кондуктометр "Эксперт - 002" с датчиком наливного типа

Посмотреть все слайды

Сообщить об ошибке