Потенциометрический (электрометрический) метод определения величины pH воды со стеклянным электродом более универсален и точен. Большинство серийных рН-метров позволяет производить измерения с точностью 0,05—0,02 единицы pH. Он пригоден для анализа вод с широким диапазоном минерализации и содержащих окрашенные и взвешенные вещества.[ . ]

Потенциометрический метод основан на определении изменения потенциала электрода, реагирующего на изменение концентрации ионов в исследуемом растворе. Потенциал электрода зависит и от типа электрода, выбор которого определяется областью применения потенциометрического титрования. Первоначально анализ заключался в получении кривых потенциометрического титрования, которые адекватно отражали процесс нейтрализации либо осаждения при больших концентрациях определяемых ионов. Затем потенциометрический метод получил новое развитие в направлении автоматизации измерений и обработки данных титрования с помощью ЭВМ. Применение методики накопления анализируемых элементов на пленочном ртутном электроде при заданном потенциале позволило резко снизить их предел обнаружения. Потенциометрический метод применяют для определения оксидов углерода, серы, аммиака, сероводорода, меркаптана, электроактивных элементов и галогенид-ионов.[ . ]

Анализ развивающихся инструментальных физико-химических методов определения ХПК приведен в работе [165]. Из него следует, что основная направленность физико-химических методов сводится к определению непрореагировавшего бихромата калия с помощью ИК-спектрометров, фотометрических и электрохимических анализаторов. Высокая чувствительность предлагаемых методов, безусловно, позволит внедрить их в практику определения ХПК при условии сокращения продолжительности определений. Чаще всего объектами контроля при исследовании буровых стоков являются мутные и окрашенные воды и фильтраты. Это накладывает ограничение на применение фотометрического метода определения вышеуказанного показателя. Наиболее применяемым является потенциометрический контроль за расходом окислителя, который в принципе дублирует унифицированную методику и дает хорошую корреляцию данных с теоретически рассчитанным значением окисляемости [99].[ . ]

Потенциометрические методы анализа (как и другие электрохимические методы) основаны на процессе электролиза анализируемых веществ в электрохимической ячейке. Однако, в отличие от рассмотренной выше полярографии (см. раздел 5), в основе потенциометрического метода анализа лежит измерение равновесного потенциала электрода, возникающего в анализируемом растворе, и определение его зависимости от активности (концентрации) определяемого иона [14, 16].[ . ]

При анализе относительно концентрированных сточных вод (а иногда и разбавленных) используют титриметрические методы анализа с применением как цветных индикаторов для фиксирования конца титрования, так и специальных приборов — электрохимических (потенциометрическое титрование, ампёрометрическое, кондуктометрическое и т. п.) и оптических (турбидиметрическое титрование, нефелометрическое, колориметрическое). Титриметрические методы часто применяют для определения анионов, особенно тогда, когда одновременно присутствуют разные анионы, мешающие определению друг друга (см. разд. 10).[ . ]

При анализе воздуха иногда необходимо установить pH и содержание солей в пробах, полученных с помощью поглощения исследуемой газовой фазы простейшей адсорбционной средой (водой), для того, чтобы определить, например, концентрацию некоторых кислот или щелочей в тумане или количество солей, таких, как хлористый натрий в суспензии. Потенциометрическое титрование применяется, например, для анализа воздуха, содержащего сульфиды или меркаптаны. В этом методе индикатор заменен электродвижущей силой, возникающей между стандартным и индикаторным электродом. Оба эти метода образуют часть того раздела аналитической химии, который в настоящее время называется «электро-аналитической химией».[ . ]

Идея потенциометрического анализа возникла в 90-х годах прошлого столетия. Однако наибольшее распространение эти методы получили приблизительно с 1920 г.[ . ]

Принцип анализа. Метод основан на изменении э.д.с. в зависимости от состава исследуемого раствора. Сумму сульфата и сульфита натрия определяют прямым потенциометрическим методом. Для определения сульфита натрия используют метод окислительно-восстановительного потенциометрического титрования.[ . ]

Химические анализы почв выполняли общепринятыми методами (Агрохимические методы исследования почв, 1965; Аринушкина, 1970).[ . ]

Фтор в аэрозольной форме собирают на стекловолокнистом фильтре, а в газообразной — путем пропускания воздуха (от 80 до 100 м3) через 1 л 2%-ного раствора NaOH. Фильтр обрабатывают 200 мл 2%-ного раствора NaOH, а затем объем экстракта доводят до 400 мл. Полученный экстракт (10 мл) смешивают с 10 мл буферного раствора и анализируют фторид-селективным электродом с мембраной из трифторид-лантана, имеющим мостиковый электрод сравнения из галогенида серебра, заполненный 3 М раствором КС1. Для заполнения мостика применяют 10%-ный раствор KN03. Если концентрация алюминия в анализируемом воздухе оказывается выше 20 мг/м3, раствор образца разбавляют. Результаты измерений показывают, что потенциометрический метод оказался менее дорогим при затратах времени на один анализ в 5 раз меньше по сравнению с методом ионной хроматографии.[ . ]

Эффективным методом определения фторид-ионов является потенциометрический метод с ионоселективным электродом. Его применяют в анализе природных вод. Однако рекомендовать его для анализа сточных вод, особенно сложного состава, пока нельзя.[ . ]

В связи с тем что методы осаждения и комплексообразования играют важную роль в санитарно-химическом анализе, мы сочли необходимым ознакомить читателя с двумя типами электродов: серебряными и ртутными, образующими в растворе солей серебра и ртути системы Н§/Нйз+; Ag/Ag+ . С помощью последних можно потенциометрически определить концентрацию ионов серебра и ртути, а также концентрации тех ионов, которые с серебряными и ртутными ионами образуют труднорастворимые соли и комплексы[ . ]

Физико-химические методы—фотоколориметрия, потенциометрическое титрование и другие все больше и больше приме няются в практике санитарно-промышленного анализа.[ . ]

Электрохимический метод газового анализа основан на использовании химических сенсорных датчиков, состоящих из двух чувствительных элементов и определенного химического покрытия, которое непосредственно контактирует с анализируемой средой и на котором происходит адсорбция анализируемого вещества. В зависимости от того, какие физические свойства, зависящие от количества адсорбированного вещества, измеряются, датчики делятся на потенциометрические, кулонометрические, полярографические и др.[ . ]

Среди электрических методов измерения с целью непрерывного анализа растворов потенциометрический способ отличается особой простотой и занимает важное место, например, при анализе воды (для характеристики концентрации ионов водорода и окислительно-восстановительного процесса). Однако при непрерывном анализе состава воздуха данный метод до сих пор имел весьма небольшое значение. Причина этого заключается в том, что измеряемые потенциалы мало специфичны по отношению к некоторым веществам, чтобы удовлетворять требованиям анализа состава воздуха. Другая трудность, которая, правда, имеет место и при колориметрическом анализе, заключается в логарифмической зависимости между измеренной разностью потенциалов и искомой концентрацией вредного вещества, что затрудняет обработку результатов измерений.[ . ]

Наряду с нефелометрическими методами анализа применяют элек-трофотометрический, потенциометрический, полярографический.[ . ]

Для питьевой воды и природных вод эти методы описаны в ГОСТе [0-2] и в ряде монографий [0-15; 0-16; 0-23; 0-69; 0-17]. Для определения металлов в водных растворах — в питьевой воде и сточных водах — наряду с химическими применяются физические и физико-химические методы: полярографический, спектрографический, спектрофотометрический, хроматографический, флуориметрический, атомно-абсорбционный, масс-спектрометрический, потенциометрический, амперометрический и многие другие в разных их модификациях [77, 0-10; 0-1; 0-24; 83]. Электрохимическими методами анализа-в водных растворах определяют металлы (по 150—200 проб в день с высокой чувствительностью) [0-50]. По данным [0-10], обычно используемые весовые и объемные методы определения неорганических веществ в водных растворах недостаточно чувствительны. Для определения каждого металла приходится его отделять от остальных металлов и различных примесей. Эти методы трудоемки и требуется много времени для анализов. Современные физические методы очень чувствительны и точны, не требуют удаления примесей, создают возможность быстрого определения и автоматизации анализа [0-33].[ . ]

Для агрономических целей химическому анализу подвергаются почвы, растения, удобрения, поливные и грунтовые воды. Исследуемый материал предварительно подготавливают к анализу — высушивают, растирают, просеивают. Иногда анализируют не все вещества, образующие данный материал, а лишь некоторые его составные части, извлекаемые тем или иным реагентом. Многие количественные определения проводят весовым или объемным методом. Но часто пользуются различными физико-химическими методами анализа: колориметрическими, пламенно-фото-метрическими, оптическими, потенциометрическими, кондуктометр ическими и др. В основе их лежит зависимость тех или иных физических свойств растворов от концентрации определяемых веществ.[ . ]

Описываемые в справочнике физико-химические методы исследования объектов окружающей среды классифицированы соответственно используемым свойствам системы: хроматографическим, электрохимическим и оптическим. К хроматографическим методам относятся хроматография на бумаге и в тонком слое, газовая и газожидкостная хроматография, к электрохимическим — полярографический, амперометрический, кондуктометрический, кулонометрический и потенциометрический методы анализов, а также ионометрия, к оптическим — фотоколориметрический, нефелометр ический, турбидиметрический, рефрактометрический и люминесцентный методы.[ . ]

Определение окисляемости природных буровых вод методом потенциометрии (446). Определение салициловой кислоты в сточных водах методом потенциометрического титрования (448). Анализ сточных вод производства пластификатора дибутилфталата методом потенциометрического титрования (448). Определение додекалак-тама (ДДЛ) в сточных водах методом потенциометрического титрования (449). Определение непредельных соединений в сточных водах методом прямого потенциометрического титрования (450). Определение меди в воде методом потенциометрического титрования (451).[ . ]

Для определения бора предложено два фотометрических метода— с карминовой кислотой и с куркумином. Описанный во многих руководствах метод непосредственного титрования комплекса борной кислоты с маннитом дает вполне удовлетворительные результаты только при анализе относительно чистых растворов. В анализе сточных вод он оказался малопригодным (как при титровании с индикатором, так и при потенциометрическом титровании) из-за большого числа различных мешающих веществ. Влияния эти могут быть устранены предварительной отгонкой бора в виде его борнометилового эфира, но в таком варианте метод слишком сложен в выполнении.[ . ]

Четвертый том содержит сведения по аналитической химии (методы разделения; весовой, объемный и газовый анализ; потенциометрический, полярографический, колориметрический и другие методы анализа), по эмиссионному спектральному анализу, фотометрии пламени, спектрам поглощения неорганических и органических соединений. Приводятся также данные о показателях преломления жидкостей и оптической активности органических соединений.[ . ]

Многие количественные определения проводят весовым или объемным методом. Но часто пользуются при этом различными физико-химическими методами анализа: колориметрическими, пламенно-фотометрическими, оптическими, потенциометрическими, кондуктометрическими, хроматографическими и др. В основе их лежит зависимость тех или иных физических свойств растворов от концентрации определяемых веществ.[ . ]

Важным аспектом прикладной электрохимии является использование электрохимических методов анализа природных и сточных вод (кулонометрия, полярография, амперометрическое и потенциометрическое титрование, изотахофорез и др.). Электрохимические методы анализа используют закономерности электрохимических явлений. Такие преимущества этих методов, как быстрота, высокая точность, надежность, экономичность, возможность полной автоматизации процессов отбора проб и проведения анализов в небольшом объеме жидкости, делают незаменимыми электрохимические методы анализа при осуществлении контроля за технологическими процессами водоочистки и наблюдении за состоянием поверхностных источников. Методами электрохимического анализа определяют отдельные элементы, ионы или вещества, некоторые общие характеристики воды, например такие, как удельная электропроводность, pH, ЕЙ, химическое поглощение кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (ВПК), жесткость воды и др.[ . ]

Настоящие методические указания устанавливают методику количественного химического анализа атмосферного воздуха для определения в нем содержания аминофенилуксусной кислоты в диапазоне концентраций 0,05—0,5 мг/м3 методом потенциометрического титрования.[ . ]

Для определения аммиака, пиридина, ионов аммония широко используют кондуктометрические и потенциометрические методы анализа.[ . ]

Для определения микроколичеств токсических веществ в воздухе наибольшее применение нашли оптические методы, особенно фотометрический метод в видимой области спектра. Из электрохимических методов применяют полярографический, реже кондуктометрический и потенциометрический. Для разделения и определения сложной смеси компонентов постепенно внедряются различные виды хроматографического анализа.[ . ]

Определение величины ХПК не требует специальных приборов, но занимает много времени. Были предложены различные ускоренные варианты метода, а также методы анализа очень мало загрязненных вод. В настоящей статье рассматривать подробности всех этих вариантов мы не будем, отметим лишь, что предлагаемые приемы (увеличение концентрации серной кислоты для ускорения реакции, переход на колориметрическое окончание взамен титриметрического, применяемого при определении малых величин ХПК) достигают цели. Однако при использовании сер-ной кислоты (больших концентраций) требуется периодическое сравнение получаемых результатов с результатами, которые дает стандартный метод, и введение необходимых поправочных коэффициентов. Разработаны и автоматические методы определения величин ХПК с различными окончаниями: потенциометрическим, газометрическим и др.[ . ]

В прямой потенциометрии определяют значение электродного потенциала, вычисляя затем концентрацию определяемого иона в растворе. В объемном методе анализа при потенциометрическом титровании цветной индикатор заменяют металлическим электродом. Окончание реакции определяется по резкому изменению электродного потенциала в эквивалентной точке — скачок потенциала.[ . ]

В том случае, когда надо определить количество отдельных сахаров или групп сахаров (гексозы и пентозы), отделив их от других редуцирующих веществ, применяют хроматографический метод. Анализ этим методом состоит из двух частей: 1) разделение редуцирующих веществ с помощью хроматографии на бумаге и 2) определение количества сахара, выделенного на бумажной хроматограмме, колориметрическим методом или эбу-лиостатическим потенциометрическим методом.[ . ]

Обязательные определения, которые следует выполнить на месте отбора проб, следующие: температура, pH, растворенный кислород, агрессивная С02. Определения, которые выполняют немедленно по получении проб сточных или речных вод в лаборатории, следующие: цвет, запах, прозрачность по стандартному шрифту, pH (по цветной шкале или потенциометрически, если почему-либо он не был определен на месте), кислотность или щелочность (титрованием с фенолфталеином и метиловым оранжевым), объем осадка (%), грубодисперсные примеси общие. Остальные определения, такие как солевой состав (сухой остаток общий), грубодисперсные примеси’прокаленные, ионы тяжелых металлов, хлориды, сульфаты и т. п., могут быть выполнены позже. Для определения цианидов и фенолов пробы в отдельных бутылках фиксируют щелочью из расчета 5 мл насыщенного раствора КОН на 0,5 л сточной воды. Методы химического анализа промышленных сточных вод опубликованы в специальной литературе [33, 78, 79].[ . ]

источник

Чтобы получить более полное представление о том, что такое потенциометрические методы анализа, зачем они существуют, и каково их предназначение, необходимо начать разбираться с самой потенциометрии. Этим мы сейчас и займемся.

Начать объяснение стоит с того, что же такое потенциометрия. Это не какая-то отдельная область науки или что-то в этом роде. Данный подраздел включает в себя совокупность всех физико-химических методов проведения исследований, которые существуют, но с одним небольшим условием. Сюда входят лишь те их них, которые базируются на измерении электродвижущей силы цепей.

Данные цепи состоят из двух основных элементов:

• индикаторного электрода;
• электрода сравнения.

Для того чтобы использовать потенциометрический метод анализа, необходимо найти зависимость электрохимического электрода, а точнее, его потенциала от концентрации ионов или же от их активности. Есть еще одно положение, и оно говорит о том, что потенциометрия — это раздел, который включает в себя электрохимические способы анализа, основывающиеся на возбуждении вещества электрическим полем и необходимость проводить измерения равновесного электрода.

Основоположником такого раздела анализа как потенциометрия является В. Нернст. В основе потенциометрического метода анализа лежит уравнение, которое в 1889 году вывел именно этот человек. Полученное Нернстом уравнение служило для равновесных электродных потенциалов, для их нахождения. Но вскоре после этого, потенциометрия стала получать более широкое распространение и начала использоваться в таком разделе как аналитическая химия.

В 1893 г. ученый Р. Беренд провел первое в истории человека потенциометрическое титрование. А в настоящее время такой раздел как потенциометрия довольно широко применяется в аналитической и физической химии. Кроме того, существует еще несколько областей применения потенциометрического метода анализа.

Аналитическая и физическая химия — это, как мы говорили, не единственные области, где потенциометрия нашла свое применение. Данный метод анализа также широко используется в редокосометрии. Названный раздел объединяет в себе несколько методов, которые основываются на измерении окислительно-восстановительных потенциалов в исследуемом растворе.

Потенциометрические методы анализа также используются и в ионометрии. Так именуют ответвление прямой потенциометрии, суть которого заключается в определении концентрации или активности ионов в их различных фазах. Для этого применяется ионселективный электрод. Кроме того, ионометрия объединяет в себе все методы анализа, относящиеся к определению концентрации. Также стоит добавить, что к данному разделу принадлежит еще и рН-метрия, катионо- и анионометрия.

Еще одно использование потенциометрического метода анализа — это потенциометрическое титрование. Суть титрования заключается в необходимости наблюдения за ходом реакции титрования и последующего нахождения точек эквивалентности.

Сущность потенциометрии, а также методов анализа этой области заключается в проведении измерения разности электродвижущей силы двух электродов. Один из них является измерительным, а другой — вспомогательным. К тому же оба эти электрода должны быть помещены в исследуемый раствор.

Очень важно отметить, что величина электродвижущей силы сильно зависит от температуры. По этой причине все приборы, которые используются для проведения анализа, в частности рН-метры и ионометры дополнительно комплектуются температурными компенсаторами, которые могут управляться как в ручном режиме, так и в автоматическом.

Если говорить коротко, то потенциометрический метод анализа основан на измерении ЭДС гальванических элементов. Под этими элементами как раз и понимают соединение двух электродов, один из которых, как говорилось ранее, индикатор, а другой необходим для сравнения.

Классификация методов потенциометрического анализа довольно проста и имеет всего 2 пункта. И первая подгруппа — это прямая потенциометрия. Суть данного метода заключается в том, что необходимо измерять точную величину электродного потенциала, а после этого находить по уравнению Нернста активность потенциалоопределяющего иона в растворе. Данный метод используют для того, чтобы находить рН водных и неводных растворов. К тому же, этим способом можно находить и рН для производственных растворов олигомеров.

Кроме этого, потенциометрические методы анализа прямой потенциометрии используют для того, чтобы проводить анализ кислых и основных примесей в диметилформамиде. Также данный метод можно использовать для определения хлорид-ионов и кислотных компонентов в различных производственных растворах.

На вопрос о том, на чем основан потенциометрический метод анализа этой группы, можно ответить так — на измерении точных величин. А отсюда становится ясным, почему данный способ анализа нашел свое широкое применение и в таких областях как термодинамика, электрохимические, а также химические реакции.

Сущность метода потенциометрического метода анализа в данной области потенциометрического титрования основывается на необходимости определения точки эквивалентности в реакции нейтрализации, а также в реакции осаждения и комплексообразования, которые будут известны по итогам проведения потенциометрических измерений. После того как в результате проведения анализа станет точно известна эта самая точка эквивалентности, которая является и точкой окончания реакции, окажется возможным нахождение неизвестного количества вещества в растворе, за которым ведется контроль. Определить это можно по расходу титранта, концентрация которого известна в точных числах.

Принцип работы потенциометрического метода анализа — титрования — заключается в следующем. Вблизи от точки эквивалентности обычно происходит сильное изменение или даже скачок потенциала от индикаторного электрода. Сила данного скачка будет зависеть от силы титруемого раствора кислоты или же основания, а также от концентрации самого раствора. Если же проводить титрование смесей различных кислот, то можно наблюдать несколько скачков за одну реакцию.

Использование данного метода осуществляется в чисто прикладных целях, когда необходимо обнаружить конечную точку титрования, с помощью которой есть возможность определить принадлежность анализируемого вещества в растворе к какой-либо группе. Однако, несмотря на это, данный способ получил довольно широкое распространение, а также имеет свои преимущества, которые выгодно выделяют его среди других методов анализа.

Среди преимуществ потенциометрии, в целом, можно выделить следующие пункты:

1. Высокая точность проводимых анализов.
2. Высокая чувствительность измерений.
3. Если говорить о титровании, то метод можно использовать в мутных или разноцветных растворах.
4. Использование прямого потенциометрического метода анализа — быстрота и простота, проводимых измерений.
5. Одно из больших преимуществ — это возможность автоматизации процесса титрования. Некоторые промышленные объекты занимаются производством автоматических автотитраторов, которые комплектуются потенциометрами. В итоге получается небольшой автономный комплекс для проведения анализа.

Также выгодно отличает этот метод от других то, что есть возможность определения нескольких веществ в одном и том же растворе без их предварительного разделения.

Если говорить о потенциометрии, а также о ее методах анализа, то можно выделить несколько особенностей. К примеру, потенциометрическое титрование сильно расширяет возможность практического применения данной области проведения анализа среди неводных растворителей. Данные методы позволяют людям находить содержание различных компонентов, которые в отдельности невозможно титровать, а также появляется возможность проведения анализа вещества, которое не растворяется или, наоборот, разлагается в воде.

Также важной особенностью потенциометрических методов является то, что их относят к неразрущающей группе. Другими словами, проведение анализа одним из потенциометрических способов не влияет на состав анализируемого раствора и не разрушает его, вследствие чего смесь можно использовать в дальнейшем без каких-либо проблем. Погрешность измерений при использовании прямого потенциометрического метода составляет всего от 2 до 10%. А если использовать потенциометрическое титрование, то погрешность и вовсе составляет от 0,5 до 1%.

Недостатком метода можно считать то, что невозможно его применять для непрерывного контроля, а также в некоторых случаях им невозможно определить слишком малые концентрации в растворе.

Ученые выделяют основным преимуществом этого метода его быстроту, а также простоту, с которой проводится анализ. Именно эти два качества выгодно выделяют потенциометрию и методы ее анализа среди других.

Время, которое требуется, чтобы установилось равновесие потенциалов индикаторного электрода, довольно маленькое, что, в свою очередь, позволяет с удобством изучать кинетические реакции и реакции автоматического контроля различных технологических процессов.

Если использовать в качестве электродов микроэлектроды, то становится доступным проведение измерений в пробах, объем которых равен десятым долям см³. Кроме того, есть несколько различных растворов, в которых измерения могут быть проведены при помощи потенциометрии.

Существует потенциометрический метод анализа воды, различных мутных и окрашенных растворов, а также различных вязких паст. Огромным его преимуществом является то, что при использовании названного метода нет необходимости в перегонке или фильтрации раствора. А это в некоторых случаях экономит очень много времени.

Использование потенциометрического метода анализа титрования выделяется такими преимуществами:

• Данным метод позволяет полностью исключить субъективные ошибки, которые часто связаны с визуальным наблюдением за раствором.
• Данный метод считается более чувствительным. Другими словами при тех же манипуляциях титрование позволяет определять менее концентрированные вещества.
• Кроме того, метод позволяет без проблем проводить титрование в замутненных или цветных растворах. Это очень удобно, так как применять цветные индикаторы в таких растворах, допустим, невозможно вовсе.
• Также данный метод анализа позволяет человеку последовательно определить смесь веществ из одной и той же порции раствора.

Данные преимущества выгодно выделяют титрование на фоне других потенциометрических методов, а потому используется он довольно широко.

источник

ТЕМА 7. Методическое обеспечение ЭАК: потенциометрические методы анализа природных вод.

7.1. Теоретические основы потенциометрических методов

7.2. Электроды в потенциометрическом анализе. Мембранные ионоселективные электроды (ИСЭ).

7.3. МВИ концентрации фторид-иона потенциометрическим методом с ионоселективным электродом.

Потенциометрические методы анализа основаны на измерении ЭДС гальванического элемента. Схема гальванического элемента:

Электрод, посылающий электроны во внешнюю цепь, называется отрицательным электродом (анодом). Электрод, принимающий электроны из внешней цепи, называется положительным электродом (катодом).

На одном из электродов (отрицательном) протекает процесс окислении, на другом (положительном) – процесс восстановления. При замыкании внешней цепи в результате протекания пространственно разделенной окислительно-восстановительной реакции (токообразующей реакции) возникает «поток электронов, переходящий по одному общему пути» – электрический ток. Если во внешнюю цепь включить измерительные устройства (амперметр или вольтметр), то можно измерить величину тока или разность потенциалов (ЭДС), возникающие в гальваническом элементе.

Поскольку общая токообразующая реакция распадается на две частные реакции, каждая из которых протекает на отдельном электроде, то ЭДС гальванического элемента можно представить в виде алгебраической суммы двух электродных потенциалов:

(1)

Экспериментально можно определить общее значение ЭДС, но не потенциалы каждого из электродов в отдельности. Для устранения неопределенности величин электродных потенциалов ввели дополнительное условие. В качестве такого дополнительного условия принимается, что потенциал какого-либо электрода равен нулю и к нему относят значения потенциалов всех других электродов. В настоящее время наибольшее распространение получила условная водородная шкала, в которой за нуль потенциала выбран потенциал водородного электрода с активностью водородных ионов, равной единице, и летучестью газообразного водорода 1 атм. В водородной шкале за нуль принят стандартный потенциал водородного электрода.

Введение водородной шкалы позволило приписать потенциалам различных электродов определенные числовые значения и сравнивать их между собой. Стандартный электродный потенциал некоторого электрода – это ЭДС гальванического элемента, составленного из этого электрода и стандартного водородного электрода, электродный потенциал которого принят равным 0 (нулю).

Из общего уравнения для электродного потенциала (уравнение Нернста ):

(2)

следует, что при заданной температуре величина потенциала любого электрода определяется составом системы, т. е. соотношением концентраций (активностей) компонентов редокс системы и стандартным потенциалом электрода :

(3)

Компонентами, участвующими в токообразующей реакции, могут быть ионы, молекулы растворителя, твердая фаза (металл, оксид металла, малорастворимое соединение металла). При этом в уравнение для электродного потенциала (2) не входят те компоненты, концентрация которых постоянна или равна 1 (твердая фаза, газообразное вещество при Р=1 атм, растворитель из-за его большой концентрации мало изменяющейся во время реакции). Величина стандартного потенциала представляет собой константу, характерную для данного электрода.

Потенциометрические методы, применяемые в лабораториях

Основные области применения

Определение рН природных вод, загрязненных сточных вод

Определение нитратов, нитритов, фторид-иона, катионов металлов

Определение кислотности и щелочности водных сред, анализ загрязненных сточных вод

Потенциометрические методы анализа основаны на определении зависимости потенциала индикаторного электрода от концентрации анализируемого компонента в растворе. Индикаторный ( рабочий ) электрод обратимо реагирует на изменение концентрации (активности) анализируемого компонента. Потенциал индикаторного электрода определяется относительно известного потенциала электрода сравнения.

Электроды, применяемые в лабораториях эколого-аналитического

1. Хлорсеребряный электрод — применяют как электрод сравнения. Электрод представляет собой стеклянный баллон с оттянутым полым кончиком, внутри канала которого находится пористый материал (асбестовое волокно), обеспечивающий контакт внутреннего раствора электрода с внешним раствором, в который электрод погружают. Внутри баллона находится серебряная проволочка, покрытая слоем нерастворимого хлорида серебра. Проволочка погружена в насыщенный раствор хлорида калия. Потенциал электрода зависит от активности хлорид-ионов, стандартный потенциал электрода равен 0,222 В.

Cl-½AgCl, Ag ; ; (15)

2. Каломельный электрод — применяют как электрод сравнения. Электрод представляет собой стеклянный баллон с оттянутым полым кончиком, внутри канала которого находится пористый материал (асбестовое волокно), обеспечивающий контакт внутреннего раствора электрода с внешним раствором, в который электрод погружают. Внутри баллона находится металлическая ртуть, каломель и раствор хлорида калия. Потенциал электрода зависит от активности хлорид-ионов, стандартный потенциал электрода равен 0,242 В.

Cl-½Hg2Cl2,Hg; ;

3. Стеклянный электрод относится к мембранным электродам, представляет собой тонкостенный стеклянный шарик, заполненный раствором соляной кислоты или каким-либо буферным раствором. Внутри шарика помещают хлорсеребряный электрод. Это устройство обычно закрывают защитной трубкой. Перед работой стеклянный электрод некоторое время вымачивают в 0,1 М растворе соляной кислоты.. При этом ионы водорода из раствора обмениваются на ионы натрия из стелянной мембраны и в системе устанавливается некоторое равновесие. Подготовленный таким образом электрод может быть использован для определения рН как индикаторный электрод.

H+ = Нст ;

Основными достоинствами стелянного электрода являются простота работы, применимость в широкой области рН, быстрое установление равновесия и возможность определения рН в окислительно-восстановительных системах. К недостаткам относятся хрупкость конструкции и усложнение работы при переходе к сильно щелочным и сильно кислым растворам.

4. Мембранные ионоселективные электроды (ИСЭ). Ионоселективные мембранные электроды функционируют по механизму переноса ионов, т. е. обладают ионной проводимостью. В твердых мембранных ИСЭ ионочувствительный элемент изготавливается из малорастворимого кристаллического вещества с ионным характером проводимости. Перенос заряда в таком кристалле происходит за счет дефектов кристаллической решетки. Вакансии кристаллической решетки могут заниматься только ионами определенного размера и заряда, что обусловливает высокую селективность кристаллических мембран.

2.

Конструктивно такие электроды сходны со стеклянными. Электрод сравнения – это обычно хлорсеребряный электрод. Если во внешний (анализируемый) и внутренний растворы поместить электроды сравнения, то можно измерить разность потенциалов, равную мембранному потенциалу. Величина мембранного потенциала пропорциональна активности определяемого иона во внешнем (анализируемом) растворе. Основные характеристики ИСЭ: интервал выполнения электродной функции, селективность, время отклика.

Интервал выполнения электродной функции – область концентраций анализируемого компонента, которая регистрируется данным электродом.

Интервал выполнения электродной функции