第二篇电位分析法

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lg aA试
检测下限是离子选择性 电极能检测到的离子的 最低活度(或浓度) 。
离子选择性电极校正曲线
(2)选择性系数(selectivity coefficient)
定义:ISE并没有绝对的专一性,有些离子仍可能有 干扰。即离子选择性电极除对特定待测离子有响应外,
共存(干扰)离子亦会响应,此时电极电位为:
K
0.059 ni
lg( ai
j
K a ) ni / n j ij j
i为待测离子,j为共存离子。Kij为离子选择性系 数,其值越大,表示ISE测定i离子抗j离子的干 扰能力越强。
(3)响应时间(respondence time)
• 又称响应速度(respondence rate): 指离子选择 性电极浸在溶液中达到电极电位稳定所需的时间。 离子选择性电极的响应时间越短,则响应速度越快。
第二章 电位分析法
一、电化学分析法
1、定义: 利用物质的电化学性质来测定物质含量的
分析方法。 物质的电化学性质:物质(电解质)溶液通电
时(形成电化学电池)其化学组成和和浓度随电位、 电流、电导或电量等电学特性而变化的性质。
2、分类:
(1)根据浓度与某电学特性之间的关系进行定量分 析。如电位分析法、电导分析法、库仑分析法、 极谱分析法等。 (2)根据某电学特性在化学计量点的突变来指示滴 定终点的到达,从进行定量分析——电容量分析。 如电位滴定、电导滴定、库仑滴定等。 (3)通过电解将被测组分在电极上析出固体物质, 称量析出物的质量来计算被测物的含量——电解 分析法。
Ag+AgCl
内部参比 a内
干玻璃 水化层 外部试液
a外
从图可见:
玻璃膜=水化层+干玻璃层+水化层
电极的相=内参比液相+内水化层+干玻璃相+外水化层+试液相
膜电位M= 外(外部试液与外水化层之间) +g(外水化层与干玻璃之间) -g’(干玻璃与内水化层之间) -内(内水化层与内部试液之间)
设膜内外表面结构相同(g=g’),即 M 外 内
电极 K'0.0592lg aA试
E池 K’’ 0.0592lg aA试
线性范围:以lg a 对E作图,得如图,图中所示曲线的
直线部分(AB段)对应的活度(或浓度,下同)范围。
检测下限:lg aA在试 测定过程 中,当被测离子的活度 低于一定值时,电位值 与离子活度的对数关系 会偏离线性,此点即称 之,即右图中M点所对应 的活度。
0.05916
lg
1 Cl
甘汞电极
b、Ag—AgCl电极 由银丝镀上一层氯化银,浸入一定
浓度的KCl溶液中,即构成此种电极。
六、电位分析法特点 • 设备简单、操作方便、测试费用低、易普
及; • 选择性好 、测定简便快速广; • 样品用量少; • 自动化程度高 、精密度较差。
第二节、离子选择性电极
0.05916 n
lg
氧化型 还原型
五、指示电极与参比电极
1、指示电极 指示电极:用以指示待测物质浓
度(或活度)的电极。这种电极的 电极电位对待测物浓度(活度)变 化敏感,而且其变化符合Nernst方 程。测定H+浓度(活度)的常用电 极为玻璃电极。
指示电极分类:
金wenku.baidu.com基电极
{ 离子选择性电极(薄膜电极)
• 暂不用的电极,应放在蒸馏水中保存。 • 电极插头及导线应保持洁净、干燥,防止有漏电阻产生。 • 在测量碱性或含硅溶液时,电极较易老化,要随测随洗。 • 电极安装时,参比电极的最下端应略低于玻璃电极的最下
端,以保护电极球泡。
• 使用时要注意,电极内不能有气泡。
• 参比电极的维护:
• 参比电极使用时的温度要低于70℃,因为Hg2Cl2在78℃时会 分解。
(
K1
0.059
lg
[
[H H
]外 ]外表面
)
(
K2
0.059
lg
[
[ H ]内 H ]内表面
)
K
0.059
lg
a H
K
0.059 pH
上式为pH 值溶液的膜电位表达式或采用玻璃电极进行pH 测定的理论依据!
测定pH 值的电池组成表达式为:
Ag AgCl,[Cl-]=1.0M [H3O+] =ax 玻璃膜 [H3O+] =a,[Cl-]=1.0M, AgCl Ag
(1)金属基电极
①金属电极(第一类电极) ②金属-金属难溶盐电极 (第二类电极) ③金属-金属难溶盐(Ⅰ)-金属难溶盐(Ⅱ) (或难离解配合物)电极 (第三类电极) ④惰性金属电极(氧化还原电极) ⑤金属-金属氧化物电极
(2)离子选择性电极(薄膜电极)
以固态或液态膜为传感器,指示溶液 中某离子的浓度。其膜电位与离子浓度的 关系符合能斯特方程式。
电极构造:
球 状 玻 璃 膜 (Na2SiO3 , 厚 0.1mm)+[ 内 参
比电极(Ag/AgCl)+缓冲液]
膜电位产生机理: 当内外玻璃膜与水溶液接触时,
Na2SiO3晶体骨架中的Na+与水中的H+发 生交换:
G-Na+ + H+====G-H+ + Na+ 因为平衡常数很大,因此,玻璃膜 内外表层中的Na+的位置几乎全部被H+ 所占据,从而形成所谓的“水化层”。
外参比电极
待测液
玻璃电极(含内参比液)
玻璃电极特点: ❖ 不对称电位:当玻璃膜内外溶液 H+ 浓度或 pH 值相等时,从前述公式可知, M=0,但实际上M 不为 0,这说明玻膜内外表面性质是有差异的,如表面的几何 形状不同、结构上的微小差异、水化作用的不同等。由此引起的电位差称为不对 称电位。其对 pH 测定的影响可通过充分浸泡电极和用标准 pH 缓冲溶液校正的方 法加以消除。
一、离子选择性电极的类型
①基本电极 晶体膜电极:均相膜电极(单晶膜电
极、多晶压片膜电极) 、非均相膜电极 非晶体膜电极:刚性基质电极(玻璃
电极)、流动载体电极 ②敏化电极 气敏电极、酶电极(一种生物传感器)
常见的指示电极:
• (1)玻璃电极 • 玻璃电极结构如右图: • 玻璃电极电位的产生
不是由于电子的得失, 而是由于玻璃膜内外 氢离子浓度不等造成 的,这种电位差叫膜 电位。
• 二点定位法:
• 两个标准溶液进行定位,进行调节,其中待测 溶液的pH在两个标准溶液之间。
• 用较低pH标准溶液定位为仪器指示pH=0.00, 取出电极对,清洗、擦净水份,放入较高pH 标准溶液,用斜率旋钮,调节使仪器显示为两 标准溶液pH的差值,即ΔpH,不取出电极, 再直接用定位钮调节至较高溶液的pH值。取 出电极对,清洗、擦净水份,放入待测溶液中, 即可直接读出待测液的pH。
3 、特点
设备简单、操作方便; 方法多、应用范围广; 可用于连续、自动和遥控测定; 灵敏度高 、选择性好 、重现性好。
二、电位分析法:
1
电位分析 法
2
电极电 位与溶 液浓度 的关系
3
指示电 极与参 比电极
二、电位分析法:
• 概念:以测量电池电动势或电动势的变化来测定物 质含量的一种分析方法。可分为直接电位法和电位 滴定法。
*pH测定前,为什么 pH 玻璃电极要充分浸泡? ❖ 酸差:当用 pH 玻璃电极测定pH<1 的强酸性溶液或高盐度溶液时,电极电位与 pH 之间不呈线性关系,所测定的值比实际的偏高:因为H+ 浓度或盐份高,即溶 液离子强度增加,导致 H2O 分子活度下降,即 H3O+ 活度下降,从而使 pH 测定 值增加。 ❖ 碱差或钠差:当测定较强碱性溶液pH值时,玻璃膜除对H+响应,也同时对其它 离子如 Na+ 响应。因此pH测定结果偏低。当用Li 玻璃代替Na 玻璃吹制玻璃膜时 ,pH 测定范围可在1~14之间。 ❖ 对H+有高度选择性的指示电极,使用范围广,不受氧化剂还原剂、有色、浑浊 或胶态溶液的 pH 测定;响应快(达到平衡快)、不沾污试液。 ❖ 膜太薄,易破损,且不能用于含F- 的溶液;电极阻抗高,须配用高阻抗的测量 仪表。 ❖ 通过改变玻璃膜的结构可制成对K+、Na+、Ag+、Li+ 等响应的电极。
• 电极内的饱和KCl溶液液面要高于甘汞芯底部,实际上就是 要浸没甘汞糊体。同时要高于外面的被测溶液液面,防止被 测液倒入KCl溶液中,影响电位值。而且要注意一段时间后 要进行更换。
• 暂不用的电极一般放在饱和KCl溶液中,防止素烧陶瓷芯被 堵塞或由于干燥而产生裂纹。
• 如果长期不用的电极需将下部陶瓷芯部分用橡皮帽套起,上 部加液口也塞上。
1、理论依据
• pH=-lg [H+]
• 298 K时,其电池电
动势可表示为:
E=E0+0.059 lg [H+] = E0-0.059pH
用玻璃膜电极和饱和 甘汞电极测定试液pH 值的示意图
测定溶液pH的电池组成:
2、pH玻璃膜电极(硬质、非晶体)
• 玻璃电极是最早使用的膜电极:1906年, 首先发现玻璃电极可用于测定;1909年, 对其系统的实验研究;上世纪30年代, 玻璃电极测定pH的方法是成为最为方便 的方法。
内电极(Ag-AgCl 电极+NaCl, NaF 液 )+LaF3膜
二、离子选择性电极性能参数
• (1)Nernst响应、线性范围、检测下限 • Nernst响应:电极电位随离子活度变化的特征
叫做响应,当这种响应符合Nernst方程时,则 称之。只有在合适的浓度范围内,下列方程 式才成立:
膜 K 0.0592lg aA试
生的反应或电极电位
• 正负极的反应——负极发生氧化反应,正极发生还 原反应。
• 3、组成原电池的条件: • 1)、电极之间以导线相联; • 2)、电解质溶液间以一定方式保持接触使离子从一
方迁移到另一方;
• 3)、发生电极反应或电极上发生电子转移。
四、电极电位与溶液浓度的关系
能斯特方程式:
一个电极的电极电位的大小与温度、浓度间的 关系可用能斯特方程式表示:
直接电位法
根据测得的电位值来确定被测离子浓度的电位 分析法。
电位滴定法
根据电位值的突变来确定滴定终点的滴定分析 。以电位的突变来代替化学指示剂。
小结:无论哪种分析法都离不开电化学电池。
三、电化学基础知识:
• 1、原电池:化学能转换为电能的装置。 . • 2、判断正负极的方法——金属活动性顺序表、发
• 一般离子选择性电极的响应速度一般较快,但对同 一电极来说,被测离子浓度越小,响应速度越慢; 浓度越大,响应速度越快。
• 此外,离子选择性电极还有有效的pH范围、使用温 度和使用寿命等性能指标。
第三节:电位法应用 电位法测定溶液的pH值
• 电位法测定溶液的pH值常用饱和甘汞电 极作参比电极,玻璃电极作指示电极,与 待测溶液组成工作电池,用精密毫伏计测 量电池的电动势。
3、溶液pH值的测定
• 测出的电动势为饱和甘汞电极和玻璃 电极的电位差值,即:
E=K + 0.059 pH
• 玻璃电极的特点是:具有氢功能、转化率高、稳定性好、 响应速度快和内阻高。
• 玻璃电极的的维护和保养: • 应放在湿度小于85%的阴凉干燥处,温度0~40℃,不能烘
烤。
• 使用前应先用0.1mol/L HCL溶液或蒸馏水浸泡24小时,以 建立水化胶层,稳定不对称电位。
2、参比电极:是测量电池电动势的基准
(1)对参比电极的要求 电位值稳定、电极电位重现性好、装置简 便,容易制备,使用寿命长。 (2)常用的参比电极 饱和甘汞电极(简写为SCE)和银-氯化银 电极
a、甘汞电极:
电极组成:Pt,Hg,Hg2Cl2 | KCl (饱和) 电极反应:Hg2Cl2 +2e=2Hg+2Cl电极电位,298.15K时:根据能斯特方程式, 298K时电极电位为:
(2)晶体膜电极 此类电极可分为单晶(均相)膜和
多晶 (非均相)膜电极。前者多由一 种或几种化合物均匀混合而成,后者 为晶体电活性物质外,还加入某种惰
性材料,如硅橡胶、PVC、聚苯乙烯 、石蜡等。
典型的单晶膜有LaF3晶体膜(对F响应)和Ag2S晶体膜(对S2-响应)。
以LaF3晶体膜为例。 构成:
• 电解液不要触及导线,不要与玻璃电极长时间浸入蒸馏水中, 否则会被污染。
水样pH值的测定
• 一点定位法:
• 用pH=6.86标准溶液定位为标准液pH值 (待测液的pH和标准溶液的pH较接近, 比如就测定蒸馏水或自来水),斜率通 常是右旋到底,取出电极对,清洗、擦 净水份,放入待测溶液中,即可直接读 出待测液的pH。
• 测定完毕后,将电极取出、冲洗干净后, 小心放入各自的活化溶液中进行保存, 其中玻璃电极浸在水中备用。不得随意 摆放,以防损坏。
电位法测溶液pH的计算
pHx pHs Ex Es 2.303RT / F
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