电化学分析法课件.ppt
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- 电化学 分析 课件
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1、一、电化学分类一、电化学分类二、电化学特点二、电化学特点1:40:27本章重点:本章重点:(1)化学电池组成)化学电池组成(2)各类电极反应及相应)各类电极反应及相应Nernst方程式的表达方程式的表达(3)pH玻璃电极和氟离子电极结构和工作原理玻璃电极和氟离子电极结构和工作原理(4)直接电位法和电位滴定法应用)直接电位法和电位滴定法应用 应用电化学基本原理和实验技术,依据物质电化学应用电化学基本原理和实验技术,依据物质电化学性质来测定其组成和含量的一类方法称为电化学分性质来测定其组成和含量的一类方法称为电化学分析或电分析化学。析或电分析化学。1:40:27一、电化学分析法的类型一、电化学分析
2、法的类型一、电化学分析法的类型一、电化学分析法的类型一、电化学分析法的类型一、电化学分析法的类型按测量参数分为按测量参数分为(1)(1)电位分析法:测量电池电动势电位分析法:测量电池电动势(2)(2)电导分析法:测量溶液电导值电导分析法:测量溶液电导值(3)(3)电解分析法:测量电解过程电极上析出物质量电解分析法:测量电解过程电极上析出物质量(4)(4)库仑分析法:测量电解过程中消耗电量;库仑分析法:测量电解过程中消耗电量;(5)(5)伏安分析:电解过程中电流与电位变化曲线伏安分析:电解过程中电流与电位变化曲线(6)(6)极谱分析:在伏安中使用滴汞电极。极谱分析:在伏安中使用滴汞电极。1:40
3、:27二、电化学分析法的特点二、电化学分析法的特点二、电化学分析法的特点二、电化学分析法的特点二、电化学分析法的特点二、电化学分析法的特点(1 1)灵敏度高、选择性好、分析速度快)灵敏度高、选择性好、分析速度快(2 2)仪器设备简单,操作方便)仪器设备简单,操作方便(3 3)应用广泛:卫生分析、医药分析、环境保护)应用广泛:卫生分析、医药分析、环境保护传统电化学:无机离子分析传统电化学:无机离子分析H H+ +、F F- -、ClCl- -、K K+ +、NONO2 2- -现代电化学:蛋白质、氨基酸、尿素、葡萄糖、胰现代电化学:蛋白质、氨基酸、尿素、葡萄糖、胰岛素、多巴胺、肌苷、酶活性等岛素
4、、多巴胺、肌苷、酶活性等一、化学电池一、化学电池二、指示电极和参比电极二、指示电极和参比电极三、电极电位三、电极电位1:40:27一、化学电池一、化学电池一、化学电池一、化学电池一、化学电池一、化学电池电极电极:将金属放入对应溶液后所组成的系统。:将金属放入对应溶液后所组成的系统。化学电池化学电池:由两支电极、电解质溶液、导线构成、:由两支电极、电解质溶液、导线构成、化学能与电能相互转换装置。化学能与电能相互转换装置。原电池原电池:自发地将化学能转变成电能装置。:自发地将化学能转变成电能装置。电解池电解池:将电能转变成化学能装置。:将电能转变成化学能装置。化学电池工作时,电流必须在电池内部和外
5、部构成化学电池工作时,电流必须在电池内部和外部构成闭合的回路时电池才能工作。闭合的回路时电池才能工作。1:40:271 1、原电池、原电池负极:发生氧化反应负极:发生氧化反应, ,电极电位较低电极电位较低正极:发生还原反应正极:发生还原反应, ,电极电位较高电极电位较高负极反应负极反应: Cu-2e=Cu: Cu-2e=Cu2+2+正极反应:正极反应:AgAg+ + + e= Ag + e= Ag电池反应电池反应Cu + 2AgCu + 2Ag+ += Cu= Cu2+2+ 2Ag+ 2Ag1:40:272 2、电解池、电解池阳极:与直流电源正极相连,发生氧化反应。阳极:与直流电源正极相连,发
6、生氧化反应。阴极:与直流电源负极相连,发生还原反应。阴极:与直流电源负极相连,发生还原反应。阳极反应:阳极反应:Ag-e=AgAg-e=Ag+ +阴极反应:阴极反应:CuCu2+2+2e=Cu+2e=Cu电池反应电池反应2Ag+Cu2Ag+Cu2+2+=2Ag=2Ag+ +Cu+Cu阳极阳极阴极阴极电解电解1:40:273 3、液接电位与盐桥、液接电位与盐桥在组成相同(浓度不同)或不同两溶液界面上,由在组成相同(浓度不同)或不同两溶液界面上,由于离子扩散而形成的电位差于离子扩散而形成的电位差-液接电位。液接电位。浓浓HClHCl稀稀HClHClH H+ +ClCl- -+ + + + + +
7、+- - - - - - -多多孔孔膜膜双电双电层层多多孔孔膜膜多多孔孔膜膜多多孔孔膜膜1:40:27浓浓HClHCl稀稀HClHClH H+ +ClCl- -液接电位大小与界面两侧溶液中离子种类和浓度有液接电位大小与界面两侧溶液中离子种类和浓度有关,通常可达关,通常可达3040mvmv。盐桥:在盐桥:在U U型细玻璃管中装入用琼脂固定的饱和型细玻璃管中装入用琼脂固定的饱和KCl(KNO3)溶液,然后与两溶液相连。)溶液,然后与两溶液相连。饱和饱和KClKClClCl- -ClCl- -ClCl- -H H+ +K K+ +K K+ +浓度浓度4mol/4mol/L L1:40:27由于饱和由
8、于饱和KClKCl溶液浓度高(溶液浓度高(4mol/L4mol/L),液接处扩散),液接处扩散主要是主要是KClKCl向两边溶液的扩散,向两边溶液的扩散, K K+ +、ClCl- -扩散速度几扩散速度几乎相等,在每一个界面形成的液接电位都很小,且乎相等,在每一个界面形成的液接电位都很小,且两个界面上形成的液接电位大小相近符号相反,这两个界面上形成的液接电位大小相近符号相反,这两个液接电位又相互抵消一部分,最后的液接电位两个液接电位又相互抵消一部分,最后的液接电位基本恒定在基本恒定在1 12mV2mV。盐桥的作用:减小体系的液接电位;维持氧化还原盐桥的作用:减小体系的液接电位;维持氧化还原反应
9、继续进行反应继续进行1:40:271:40:27二、指示电极和参比电极二、指示电极和参比电极二、指示电极和参比电极二、指示电极和参比电极二、指示电极和参比电极二、指示电极和参比电极1、指示电极:电极电位随被测离子的活度变换而、指示电极:电极电位随被测离子的活度变换而变化的电极。变化的电极。(1)电位符合)电位符合Nernst方程方程(2)对待测离子活度变化响应迅速)对待测离子活度变化响应迅速(3)线性范围宽、重现性好)线性范围宽、重现性好(4)对待测组分具有选择性)对待测组分具有选择性1:40:27MneMn1 1)金属电极:基于电子转移的氧化还原电极)金属电极:基于电子转移的氧化还原电极【第
10、一类电极第一类电极】: :金属金属- -金属离子电极金属离子电极 如如Ag-AgNOAg-AgNO3 3电极,表示为:电极,表示为:M MMMn+n+(xmol/l)(xmol/l) nnnMMMMManFRTlg303. 2/【第二类电极第二类电极】: :金属金属- -金属难溶盐电极金属难溶盐电极如如Ag-AgClAg-AgCl电极,表示电极,表示MMnXm(MMnXm(难溶物难溶物)X)XMnXm + ne = mM + nX-MnXm + ne = mM + nX-MnXm + ne = mM + nX-MnXm + ne = mM + nX-MnXm + ne = mM + nX-Mn
11、Xm + ne = mM + nX-1:40:27【惰性金属电极惰性金属电极】:铂或石墨与含有可溶性氧化态:铂或石墨与含有可溶性氧化态和还原态物质的溶液组成。电极不参与反应,只起和还原态物质的溶液组成。电极不参与反应,只起导电作用。故惰性金属电极可作为溶液中氧化态和导电作用。故惰性金属电极可作为溶液中氧化态和还原态获得电子或释放电子的场所。还原态获得电子或释放电子的场所。如:如:PtCe4+,Ce3+;金属指示电极较少使用金属指示电极较少使用,原因是它们易受溶液中共存原因是它们易受溶液中共存氧化、还原物干扰,电位值不稳定,重现性差。氧化、还原物干扰,电位值不稳定,重现性差。nxspMMMaKn
12、anaannn)(lg059. 0lg059. 0lg059. 034lg1059. 0CeCeaa1:40:272 2 2 2 2 2)离子选择电极:基于离子在膜内外迁移或扩散)离子选择电极:基于离子在膜内外迁移或扩散)离子选择电极:基于离子在膜内外迁移或扩散)离子选择电极:基于离子在膜内外迁移或扩散)离子选择电极:基于离子在膜内外迁移或扩散)离子选择电极:基于离子在膜内外迁移或扩散所形成电极所形成电极所形成电极所形成电极所形成电极所形成电极(ISE)-(ISE)-(ISE)-(ISE)-(ISE)-(ISE)-重要且常用指示电极重要且常用指示电极重要且常用指示电极重要且常用指示电极重要且常
13、用指示电极重要且常用指示电极该指示电极没有电子得失,不发生电极该指示电极没有电子得失,不发生电极该指示电极没有电子得失,不发生电极该指示电极没有电子得失,不发生电极该指示电极没有电子得失,不发生电极该指示电极没有电子得失,不发生电极反应,靠敏感膜对离子的选择性响应产反应,靠敏感膜对离子的选择性响应产反应,靠敏感膜对离子的选择性响应产反应,靠敏感膜对离子的选择性响应产反应,靠敏感膜对离子的选择性响应产反应,靠敏感膜对离子的选择性响应产电极电位电极电位电极电位电极电位电极电位电极电位膜电位。膜电位。膜电位。膜电位。膜电位。膜电位。)离子活度(离子电荷数膜LmolaZaZFRTK/lg303.21:
14、40:28构成膜的电活性物质必须满足以下条件构成膜的电活性物质必须满足以下条件构成膜的电活性物质必须满足以下条件构成膜的电活性物质必须满足以下条件构成膜的电活性物质必须满足以下条件构成膜的电活性物质必须满足以下条件(1 1 1 1 1 1)在水中的溶解度要足够小)在水中的溶解度要足够小)在水中的溶解度要足够小)在水中的溶解度要足够小)在水中的溶解度要足够小)在水中的溶解度要足够小(2 2 2 2 2 2)有良好化学稳定性耐酸碱、抗氧化还原干扰)有良好化学稳定性耐酸碱、抗氧化还原干扰)有良好化学稳定性耐酸碱、抗氧化还原干扰)有良好化学稳定性耐酸碱、抗氧化还原干扰)有良好化学稳定性耐酸碱、抗氧化还
15、原干扰)有良好化学稳定性耐酸碱、抗氧化还原干扰(3 3 3 3 3 3)具有离子导电性和不易被损坏)具有离子导电性和不易被损坏)具有离子导电性和不易被损坏)具有离子导电性和不易被损坏)具有离子导电性和不易被损坏)具有离子导电性和不易被损坏(4 4 4 4 4 4)选择性高)选择性高)选择性高)选择性高)选择性高)选择性高离子选择性电极的构成:离子选择性电极的构成:离子选择性电极的构成:离子选择性电极的构成:离子选择性电极的构成:离子选择性电极的构成:敏感膜、内参比电极、内参比溶液、电极管敏感膜、内参比电极、内参比溶液、电极管敏感膜、内参比电极、内参比溶液、电极管敏感膜、内参比电极、内参比溶液、
16、电极管敏感膜、内参比电极、内参比溶液、电极管敏感膜、内参比电极、内参比溶液、电极管1:40:28 离子选择性电极离子选择性电极( (又称膜电极又称膜电极) )。 原电极(primary electrodes) 晶体膜电极:F F- -电极电极 均相膜电极 非均相膜电极 非晶体膜电极:玻璃电极玻璃电极 刚性基质电极 流动载体电极 敏化电极(sensitized electrodes) 气敏电极:氨气敏电极氨气敏电极 酶电极1:40:281:40:281:40:281:40:28pHpH玻璃电极(最早、最成功电极)玻璃电极(最早、最成功电极)(1 1)结构)结构 敏感膜:玻璃膜。厚度约为敏感膜:玻
17、璃膜。厚度约为0.050.1mm 内参比电极:内参比电极:Ag-AgClAg-AgCl电极电极( (管内管内) ) 内参比溶液:含内参比溶液:含0.1mol/L0.1mol/LHCl溶液溶液 (2)响应机制:)响应机制: 水浸泡玻璃电极后,玻璃膜表面水浸泡玻璃电极后,玻璃膜表面Na+与水中与水中H+ 发生交换,发生交换,膜膜表面几乎全被表面几乎全被H H+ +占据,形成水化凝胶层占据,形成水化凝胶层( (10-510-4mm) )。当电极浸入待测溶液时,由于待测溶液当电极浸入待测溶液时,由于待测溶液H H浓度与水化凝胶浓度与水化凝胶1:40:28层层H+浓度不同,产生浓差扩散形成双电层,产生电
18、位差(膜浓度不同,产生浓差扩散形成双电层,产生电位差(膜电位)电位)双电双电层层+ + + + + + +- - - - - -1:40:28由于内参比溶液中的由于内参比溶液中的H+活度活度( a内内)是固定的,则是固定的,则:pHpH玻璃电极特性玻璃电极特性 (1 1) 膜电位与试样溶液中膜电位与试样溶液中pHpH成线性关系,成线性关系,K K由玻由玻璃膜本身性质决定常数璃膜本身性质决定常数(2 2) pHpH电极电位由内参比电极电位和膜电位之和电极电位由内参比电极电位和膜电位之和(3 3) 不对称电位不对称电位(25)(25)059pH. 0K059lga. 0K1膜测量溶液测量溶液pHp
19、H定量依据定量依据1:40:28产生原因是玻璃膜内、外表面含钠量、表面张力以产生原因是玻璃膜内、外表面含钠量、表面张力以及机械和化学损伤的细微差异所引起的。及机械和化学损伤的细微差异所引起的。长时间浸泡后(长时间浸泡后(24h)即可活化电极,又可降低且即可活化电极,又可降低且恒定(恒定(13mV)不对称电位。不对称电位。(4 4)高选择性)高选择性 :膜电位的产生不是电子的得失。:膜电位的产生不是电子的得失。其它离子不能进入晶格产生交换。只有当溶液中其它离子不能进入晶格产生交换。只有当溶液中NaNa+ +浓度比浓度比H H+ +浓度高浓度高10101515倍时,两者才产生相同的电倍时,两者才产
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