医学电位法和永停滴定法课件.ppt
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- 医学 电位 滴定法 课件
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1、第第9章章 电位法和永停滴定法电位法和永停滴定法(potentiometry and dead-stop titration)n9-1 基本原理基本原理n9-2 直接电位法直接电位法n9-3 电位滴定法电位滴定法n9-4 永停滴定法永停滴定法 9-2 直接电位法直接电位法一、溶液的一、溶液的pHpH测定测定指示电极指示电极参比电极参比电极原电池原电池原电池的电动势原电池的电动势电位电位差计差计目前最常用的指示电极目前最常用的指示电极是是pH玻璃电极玻璃电极(一)(一)pH 玻璃电极玻璃电极1906年,年,M.Cremer(Z.Biol.,1906,47,562)首先发现玻璃电极可用首先发现玻璃
2、电极可用于测定;于测定;1909年,年,F.Haber(Z.Phys.Chem.,1909,67,385)对其系统的实验对其系统的实验研究;研究;30年代,玻璃电极测定年代,玻璃电极测定pH的方法成为最为方便的方法的方法成为最为方便的方法(通过测定通过测定分隔开的玻璃电极和参比电极之间的电位差分隔开的玻璃电极和参比电极之间的电位差);50年代,由于真空管的发明,很容易测量阻抗为年代,由于真空管的发明,很容易测量阻抗为100M 以上的以上的电极电位,因此其应用开始普及;电极电位,因此其应用开始普及;60年代,对年代,对 pH 敏感膜进行了大量而系统的研究,发展了许多对敏感膜进行了大量而系统的研究
3、,发展了许多对 K+、Na+、Ca2+、F、NO3 响应的膜电极并市场化。响应的膜电极并市场化。玻璃电极是最早使用的膜电极玻璃电极是最早使用的膜电极1.构造构造普通普通pH玻璃电极:玻璃电极:1.球状玻璃膜球状玻璃膜(Na2SiO3,厚,厚0.1mm)2.内部溶液(内部溶液(pH 67的缓冲溶液和的缓冲溶液和 0.1 mol/L 的的KCl内参比溶液内参比溶液)3.内参比电极内参比电极(Ag/AgCl)4.玻璃(电极)管玻璃(电极)管 5.静电隔离层静电隔离层 6.电极导线电极导线复合复合pH玻璃电极玻璃电极2.响应机制响应机制外部试液外部试液a外外内部参比内部参比a内内水化层水化层水化层水化
4、层干玻璃干玻璃Ag+AgCl电极膜组成:Na2O(21.4%)Ca2O(6.4%)SiO2(72.2%)水化凝胶层水化凝胶层Gl-Na+H+Gl-H Na(玻璃膜)(玻璃膜)(溶液)(溶液)(玻璃膜)(玻璃膜)(溶液)(溶液)SiOH+H2O SiO-H3O+相界电位的产生相界电位的产生水泡前水泡前干玻璃层干玻璃层水泡(活化)后水泡(活化)后 水化凝胶层水化凝胶层 Na+与与H+进行交换进行交换 形成双电层形成双电层 产生电位差产生电位差 扩散达动态平衡扩散达动态平衡 达稳定相界电位达稳定相界电位 (膜电位)膜电位)膜电位的产生膜电位的产生/1111lg303.2aaFRTK/2222lg30
5、3.2aaFRTK 外相界电位外相界电位内相界电位内相界电位2121lg303.2aaFRTM膜电位膜电位如如2121,aaKK玻璃电极电位皆为定值,故:皆为定值,故:AgClAgAgClAgMGEaaFRT/21/lg303.22aAgCl/Ag,其中电极常数其中电极常数pHFRTKaFRTKGE303.2lg303.212/lg303.2aFRTKAgClAg3.性能性能(1)转换系数:)转换系数:S=2.303RT/F 与温度有关,理论值(与温度有关,理论值(25)为)为0.05916V/pH实际值:实际值:因因则则SpHK 2211SpHK;SpHKpHS)pHpH(S1221pHS通
6、常实际通常实际S小于理论值(不超过小于理论值(不超过2mV),低于),低于52mV/pH该电极就不宜再使用该电极就不宜再使用。(2)不对称电位)不对称电位但实际上仍有一个很小的电位存在但实际上仍有一个很小的电位存在不对称电位不对称电位2121lg303.2aaFRTM21aa 如果如果则则021M产生原因产生原因措施措施制作时内、外膜受热不同,所受张力不同;使制作时内、外膜受热不同,所受张力不同;使用时内、外膜的水化程度不同,以及膜外表面用时内、外膜的水化程度不同,以及膜外表面受到机械磨损、化学腐蚀、脱水、沾污等作用受到机械磨损、化学腐蚀、脱水、沾污等作用而导致内、外膜表面结构和性质不完全一致
7、所而导致内、外膜表面结构和性质不完全一致所造成。造成。水中浸泡水中浸泡24h24h以上,即可活化电极,又可使不对称以上,即可活化电极,又可使不对称电位减小至最低且稳定。电位减小至最低且稳定。(3)碱差与酸差)碱差与酸差碱差:碱差:在在 pH9时,玻璃电极对时,玻璃电极对Na等碱金属离子等碱金属离子也有响应,结果由电极电位反映出来的也有响应,结果由电极电位反映出来的H活度高活度高于真实值,即于真实值,即pH低于真实值,产生负误差的现象。低于真实值,产生负误差的现象。酸差:酸差:在在pH1时,如强酸性溶液中,或盐浓度较时,如强酸性溶液中,或盐浓度较大时,或某些非水溶液中,大时,或某些非水溶液中,p
8、H的测量往往偏高的的测量往往偏高的现象。这是由于传送现象。这是由于传送H是靠是靠H2O,水分子活度变,水分子活度变小,小,a(H3O+)也就变小了也就变小了。普通普通pH玻璃电极的线性范围:玻璃电极的线性范围:19锂玻璃电极(高碱玻璃电极)锂玻璃电极(高碱玻璃电极)n电极膜组成:Li2O(28%)、Cs2O(5%)、La2O3(4%)、SiO2(63%)npH测量范围:0.513.5(二)测量原理和方法(二)测量原理和方法1.测量原理测量原理其中:其中:L为液体接界电位;为液体接界电位;(-)Ag,AgCl|HCl|玻璃膜玻璃膜|试液溶液试液溶液 KCl(饱和)饱和)|Hg2Cl2(s),),
9、Hg(+)pHFRT303.2KpHFRT303.2KELSCELGESCEKKLSCE可见其中包括了可见其中包括了SCE的电极电位、液体接界电位和玻璃电极常的电极电位、液体接界电位和玻璃电极常数(不对称电位、内参比电极电位)等的复合常数数(不对称电位、内参比电极电位)等的复合常数。2.测量方法测量方法将两个电极先后一起插入将两个电极先后一起插入pH已知的标液和已知的标液和未知的待测溶液未知的待测溶液SSpHFRTKE303.2xxpHFRT303.2KEF/RT303.2EEpHpHSxSxpH的实用(操作)定义的实用(操作)定义两次测量法两次测量法残余液接电位残余液接电位 在两次测量法中,
10、由于在两次测量法中,由于SCE在标准缓冲液在标准缓冲液和试液中的液接电位不可能完全相同,二者之和试液中的液接电位不可能完全相同,二者之差称为残余液接电位。因此选择标准缓冲液差称为残余液接电位。因此选择标准缓冲液pHs应尽可能地与待测应尽可能地与待测pHx相接近,以减少残余相接近,以减少残余液接电位造成的测量误差。通常控制液接电位造成的测量误差。通常控制pHs和和pHx之差在之差在3个个pH单位之内。单位之内。(三)测量仪器(三)测量仪器 例如:玻璃电极的内阻为例如:玻璃电极的内阻为108,要求测量误差小于,要求测量误差小于0.1%,则仪器的输入阻抗应不低于,则仪器的输入阻抗应不低于1011。当
11、输入阻抗。当输入阻抗为为1012,测量电池电动势为,测量电池电动势为1V时,流过原电池的电流时,流过原电池的电流为为10-12A。输入阻抗愈高,通过回路的电流愈小,愈接。输入阻抗愈高,通过回路的电流愈小,愈接近零电流下测量的条件。专门为此设计的近零电流下测量的条件。专门为此设计的pH计计(或称(或称酸度计酸度计)是测量试液)是测量试液pH或电池电动势的专业仪器。或电池电动势的专业仪器。由于玻璃电极的内阻很高,电池电由于玻璃电极的内阻很高,电池电动势的测量不能用普通的电位计。动势的测量不能用普通的电位计。pH计操作计操作 零点调节旋钮零点调节旋钮 当电极间无测量信当电极间无测量信号时先调节零点调
12、节旋钮使输出显号时先调节零点调节旋钮使输出显示在电气零点。示在电气零点。温度补偿器温度补偿器将温度补偿器旋钮指向将温度补偿器旋钮指向试液温度,使转换系数符合该温度下试液温度,使转换系数符合该温度下特定数值(特定数值(2.303RTF)。为了避)。为了避免在不同温度下中产生测量误差,测免在不同温度下中产生测量误差,测量时必须注意试液与标准溶液温度的量时必须注意试液与标准溶液温度的尽量一致。尽量一致。pH计的操作计的操作斜率调节旋钮斜率调节旋钮 在在pH精密测量中常采用两点校正法。在精密测量中常采用两点校正法。在定位后,再用另一种标准缓冲液核对仪器示值,若显定位后,再用另一种标准缓冲液核对仪器示值
13、,若显示值与其标准值相差大于示值与其标准值相差大于0.02pH单位,则应调节斜率单位,则应调节斜率旋钮使示值与标准值相符。否则须检查仪器或更换电旋钮使示值与标准值相符。否则须检查仪器或更换电极至符合要求。极至符合要求。定位旋钮定位旋钮(或校正钮)(或校正钮)pH计测量试液的计测量试液的pH值是以标值是以标准缓冲溶液的准缓冲溶液的pH值为基础,在比较中得到试液的值为基础,在比较中得到试液的pH值。值。定位旋钮的作用在于抵消内外参比电极电位、不对称定位旋钮的作用在于抵消内外参比电极电位、不对称电位和液接电位的影响。为了减小测量误差,标准缓电位和液接电位的影响。为了减小测量误差,标准缓冲溶液的冲溶液
14、的pH值应尽可能与试液的值应尽可能与试液的pH值接近。值接近。(一)离子选择电极基本结构及电极电位(一)离子选择电极基本结构及电极电位二、其他离子活(浓)度的测定二、其他离子活(浓)度的测定2.303lgISERTKanF响应离子为阳离子时取响应离子为阳离子时取“+”“+”响应离子为阴离子时取响应离子为阴离子时取“”离子交换和扩散离子交换和扩散(二)(二)分类分类1.基本电极基本电极均相膜电极均相膜电极:膜材料由一种或几种化合物的均匀混合物的:膜材料由一种或几种化合物的均匀混合物的晶体制成晶体制成(1)晶体电极晶体电极(crystalline electrode)电极膜由难溶盐的单晶、多晶或混
15、晶制成。电极膜由难溶盐的单晶、多晶或混晶制成。使用条件:使用条件:氟离子选择电极氟离子选择电极适用的适用的pH范围为范围为pH57。LaF3+3OH=La(OH)3+3F-HF=H+F-非单晶体电极,是难溶盐非单晶体电极,是难溶盐Ag2S和和Ag以及以及Ag2S和和MS做成的电极做成的电极Cl-,Br-,I,CN,Ag,S2-,Cu2+,Pb2+,Cd2+等。等。硫化银膜电极硫化银膜电极 离子接触型离子接触型 全固态型全固态型非均相膜电极非均相膜电极:加入某种惰性材料(如硅橡胶、聚氯乙烯:加入某种惰性材料(如硅橡胶、聚氯乙烯或石蜡等)制成电极膜。或石蜡等)制成电极膜。(2)非晶体电极)非晶体电
16、极(non-crystalline electrode)电极膜由非晶体材料或化合物均匀分散在惰性支持物中电极膜由非晶体材料或化合物均匀分散在惰性支持物中制成。制成。刚性基质电极:电极膜由特定玻璃吹制而成的玻璃电刚性基质电极:电极膜由特定玻璃吹制而成的玻璃电极。目前有极。目前有H+,Na+,K+,Ag+,Li+的玻璃电极。的玻璃电极。流动载体电极:流动载体电极:被测离子 玻璃组成(摩尔比)近似选择性系数Li+Na+Na+K+Ag+15Li2O-25Al2O3-60SiO211Na2O-18Al2O3-71SiO210.4Li2O-22.6Al2O3-67SiO227Na2O-5Al2O3-68S
17、iO211Na2O-18Al2O3-71SiO2KLi+,Na+=0.3,KLi+,K+10-3KNa+,K+=3.610-4(pH=11)KNa+,K+=3.310-4(pH=7)KNa+,K+=10-5KK+,Na+=5 10-2KAg+,Na+=10-3玻璃(刚性基质)电极玻璃(刚性基质)电极 NO3-:(季铵类硝酸盐季铵类硝酸盐+邻硝基苯十二烷醚邻硝基苯十二烷醚+5%PVC)Ca2+:(二癸基磷酸钙二癸基磷酸钙+苯基磷酸二辛酯苯基磷酸二辛酯+微孔膜微孔膜)K+:(冠醚冠醚+邻苯二甲二戊酯邻苯二甲二戊酯+PVC-环已酮环已酮)3NOMalg059.0K 2CaMalg2059.0K 几种
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