分析化学《电位分析法》-2课件.ppt
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- 电位分析法 分析化学 电位 分析 课件
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1、教学课件教学课件第四章第四章 电位分析法电位分析法教师:李国清教师:李国清4-14-1电位分析法原理电位分析法原理电位分析是在零电流条件下测定两电电位分析是在零电流条件下测定两电极间的电位差来确定物质浓度或含量的极间的电位差来确定物质浓度或含量的一类方法,它是一种重要的电化学分析一类方法,它是一种重要的电化学分析法。法。直接电位法直接电位法 电位滴定法电位滴定法电位分析电位分析一一.基本操作原理基本操作原理将两支电极插入溶液,测量时:将两支电极插入溶液,测量时:1.E=E+E+El =E测测2.在两支电极施加一个反向的电压,且在两支电极施加一个反向的电压,且E外外=E测,测,并使外加电压随两支
2、电极间电位变化,则并使外加电压随两支电极间电位变化,则I0;3.两支电极中,参比电极电位恒定,则两电极间两支电极中,参比电极电位恒定,则两电极间的电位差变化反应了指示电极的电位变化。的电位差变化反应了指示电极的电位变化。二二.注意考虑液接电位注意考虑液接电位El三三.常用的参比电极常用的参比电极1.甘汞电极甘汞电极2.AgCl/Ag电极电极四四.常用的指示电极常用的指示电极1第一类电极第一类电极金属金属离子电极金属金属离子电极2第二类电极第二类电极金属金属难溶盐电极金属金属难溶盐电极3第三类电极第三类电极汞电极汞电极4惰性电极惰性电极5膜电极膜电极离子选择性电极离子选择性电极在电位分析中,参比
3、电极和指示电极都在电位分析中,参比电极和指示电极都是去极化电极。是去极化电极。1、参比电极电位始终保持不变,当然是、参比电极电位始终保持不变,当然是去极化电极。去极化电极。2、在电极电位的测量过程中,选用的测、在电极电位的测量过程中,选用的测定方法要保证指示电极的电位保持恒定。定方法要保证指示电极的电位保持恒定。所以也是去极化电极。所以也是去极化电极。1905年,人们发现玻璃膜置于二种不同组年,人们发现玻璃膜置于二种不同组成的水溶液间会产生一个电位差,这个电成的水溶液间会产生一个电位差,这个电位差受位差受H+影响。影响。经过经过20多年的研究,于多年的研究,于1929年制成了第年制成了第一根一
4、根pH玻璃电极。玻璃电极。在在pH玻璃电极的基础上,又制成了玻璃电极的基础上,又制成了Na、K等玻璃电极、卤素离子电极等。等玻璃电极、卤素离子电极等。4-34-3离子选择性电极与膜电位离子选择性电极与膜电位目前,能直接测定目前,能直接测定30余种离子(间接测定余种离子(间接测定的不算),还有一些气体(的不算),还有一些气体(CO2、SO2、NH3)及有机物(尿素、氨基酸、青霉)及有机物(尿素、氨基酸、青霉素等)素等)这些电极称为离子选择性电极,它们都这些电极称为离子选择性电极,它们都是膜电极,也称电化学传感器是膜电极,也称电化学传感器。1电极特点电极特点iManFRTKElg303.2虽然在离
5、子选择性电极上没有发生电虽然在离子选择性电极上没有发生电子得失反应,但其电位遵守能斯特方子得失反应,但其电位遵守能斯特方程式程式电极不同,电极不同,K就不同。每一根电极都有就不同。每一根电极都有自己的自己的K二二.玻璃电极与溶液玻璃电极与溶液pH的测定的测定1 玻璃电极的构造玻璃电极的构造2 pH值的测定值的测定3 玻璃电极使用中应注意的问题玻璃电极使用中应注意的问题玻璃电极是我们比较熟悉的离子选择性玻璃电极是我们比较熟悉的离子选择性电极,现在就从它开始讨论。电极,现在就从它开始讨论。软质球状玻璃膜:含软质球状玻璃膜:含Na2O、CaO和和SiO2 厚度小于厚度小于0.1mm 对对H+选择性响
6、应选择性响应 内部溶液:内部溶液:pH 67的膜内缓冲溶液的膜内缓冲溶液 或或0.1 M 的的HCl内参比溶液内参比溶液 内参比电极:内参比电极:Ag-AgCL电极电极2组成电池的表示形式组成电池的表示形式(-)Ag,AgCl内参比溶液膜内参比溶液膜H+(x mol/L)KCL(饱和饱和)Hg2CL2,Hg (+)水泡前水泡前干玻璃层干玻璃层 水泡后水泡后 水化凝胶层水化凝胶层 H+进行扩散进行扩散 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)界电位膜内溶液与内凝胶层相)25(lg059.002222CaaKE界电位
7、膜外溶液与外凝胶层相)25(lg059.001111CaaKE为定值时,当202121)25(aCaaKKlg059.0 HKE玻或pHKE059.0 玻12121lg059.0lg059.0aKaaEEEm膜电位玻璃电极的电极电位1lg059.0 aKEEEmAgAgCL玻(1)只对)只对H+有选择性有选择性响应,可以测定响应,可以测定H+(2)转换系数转换系数或或电极斜电极斜率率:溶液中:溶液中pH变化一变化一个单位引起玻璃电极的个单位引起玻璃电极的电位变化电位变化 pHES)25(5910CmVEpH(3)线性线性与与误差误差:E玻玻与与pH在一定浓度范围(在一定浓度范围(pH 19)成
8、线性关系成线性关系 碱差碱差或或钠差钠差:pH 9,pH pH实实负误差负误差 (电极选择性不好,对(电极选择性不好,对Na+也有响应)也有响应)酸差酸差:pH pH实实正误差正误差(4)不对称电位:当不对称电位:当a1=a2(膜内外溶液(膜内外溶液pH值一致)时,值一致)时,Em却不为却不为0,称称产生原因产生原因:膜两侧表面性能不一致造成注:若膜两侧表面性能不一致造成注:若Em存在,必须稳定,才不影响电极的使用存在,必须稳定,才不影响电极的使用(5)膜电位来自离子交换(无电子交换),不)膜电位来自离子交换(无电子交换),不受待测溶液有无氧化还原电对的影响受待测溶液有无氧化还原电对的影响 (
9、6)应用特点应用特点 优点优点:测量直接方便,不破坏溶液,适于:测量直接方便,不破坏溶液,适于有色、浑浊液体的有色、浑浊液体的pH值的测定值的测定 缺点缺点:玻璃膜薄,易损:玻璃膜薄,易损1原理原理(-)玻璃电极待测溶液()玻璃电极待测溶液(H+x mol/L)饱和甘汞电极饱和甘汞电极(+)液接电位液接电位1液接电位液接电位2pHKpHKEEEE059.0 059.0参玻参059.0 059.0)(KEKEEpH参SSSpHKpHKEEEE059.0 059.0参玻参XXXpHKpHKEEEE059.0 059.0参玻参)(059.0SXSXpHpHEE二次测量法:二次测量法:059.0SXS
10、XEEpHpH玻璃电极定义式应用两次测定法前提应用两次测定法前提消除消除残余液接电位残余液接电位(两个液接电位之差)(两个液接电位之差)pHx与与pHs应接近应接近 待测液与标液测定温度待测液与标液测定温度T应相同应相同1玻璃电极的使用范围:玻璃电极的使用范围:pH=19 (不可在有酸差或碱差的范围内测定)(不可在有酸差或碱差的范围内测定)2标液标液pHs应与待测液应与待测液pHx接近:接近:pH33标液与待测液测定标液与待测液测定T应相同应相同 (以温度补偿钮调节)(以温度补偿钮调节)4电极浸入溶液需足够的平衡稳定时间电极浸入溶液需足够的平衡稳定时间5测准测准0.02pH aH+相对误差相对
11、误差4.5%6间隔中用蒸馏水浸泡,以稳定其不对称电位间隔中用蒸馏水浸泡,以稳定其不对称电位 例:由玻璃电极与饱和甘汞电极组例:由玻璃电极与饱和甘汞电极组成电池,在成电池,在250C时测得时测得pH=8.0的标的标准溶液的电池电动势这准溶液的电池电动势这0.340V,测,测得未知试液的电动势为得未知试液的电动势为0.428V。计。计算该试液的算该试液的pH值。值。4-54-5离子选择性电极的各类与性能离子选择性电极的各类与性能离子选择性电极离子选择性电极 晶体膜电极(均相膜电极、晶体膜电极(均相膜电极、非均相膜电极)非均相膜电极)非晶体膜电极(刚质电非晶体膜电极(刚质电极、流动载体电极)极、流动
12、载体电极)原电极原电极 敏化电极敏化电极 气敏电极气敏电极 酶电极酶电极1.晶体膜电极晶体膜电极敏感膜用难溶盐经加压或拉制成单晶、敏感膜用难溶盐经加压或拉制成单晶、多晶或混晶多晶或混晶均相膜由一种或几种化合物的均匀混合物均相膜由一种或几种化合物的均匀混合物的晶体构成(单晶、混晶)。的晶体构成(单晶、混晶)。非均相膜除了电活性物质外,还加入某非均相膜除了电活性物质外,还加入某种惰性材料(硅橡胶、聚氯乙烯等),种惰性材料(硅橡胶、聚氯乙烯等),如如Ag2S+硅橡胶电极。硅橡胶电极。最典型的是最典型的是F-电极,电极,LaF3单晶抛光后做单晶抛光后做敏感膜。敏感膜。LaF3晶体膜中,存在着晶体缺陷空
13、穴,晶体膜中,存在着晶体缺陷空穴,附近的附近的F-可移入空穴,形成双电层。可移入空穴,形成双电层。由于空穴的大小、形状、电荷分布,只由于空穴的大小、形状、电荷分布,只能允许特定的离子进入空穴,所以具有能允许特定的离子进入空穴,所以具有选择性。选择性。F-(膜)(膜)F-(溶液)(溶液)E=K 0.059lgaFanKElg059.0其中,其中,n为被测离子的电荷数,阳离子为被测离子的电荷数,阳离子取取“+”号,阴离子取号,阴离子取“”号。号。膜电极电位表达式:膜电极电位表达式:Ag2S粉末压片成膜,成了既是粉末压片成膜,成了既是Ag+选择性电极,选择性电极,也是也是S2-选择性电极。选择性电极
14、。E=K+0.059lgaAg2/12)(SKAgsp2lg2059.0SaKE依据求浓度原理:依据求浓度原理:AgX+Ag2S压成膜,可测定压成膜,可测定X-(如(如AgCl+Ag2S可测定可测定Cl-)MS+Ag2S压成膜,可测定压成膜,可测定M(Cu Pb Cd)(如如CuS+Ag2S可测定可测定Cu2+)2.非晶体膜电极非晶体膜电极(1)刚质电极)刚质电极The glass electrodeNa+,K+,Li+,Cs+,Rb+,Ag+,NH4+(2)液膜电极)液膜电极Liquid membrane electrodes2)Liquid membrane electrodesAg el
15、ectrodeLiquid ion exchanger二癸基磷酸钙Aqueous solution(Cl-,Ca2+)Porous plastic membraneCa2+内参比电极:内参比电极:Ag/AgCl内部溶液:内部溶液:CaCl2液体离子交换剂:二癸基磷酸钙液体离子交换剂:二癸基磷酸钙 (RO)2PO2 2Ca (RO)2PO2 2Ca2(RO)2PO2-+Ca2+22yemCaCa2lg2059.0CaaKE气敏电极(气敏电极(Gas-permeable electrodes)NH3 electrodeNH3OH-pH3、敏化电极、敏化电极酶电极(酶电极(Biocatalytic
16、membrane electrodes)Glucose sensor葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶转化葡萄糖为转化葡萄糖为葡萄糖酸葡萄糖酸,导致导致pH变化变化 脲酶涂布在铵电极上,插入含脲试液中:脲酶涂布在铵电极上,插入含脲试液中:CO(NH2)2+H3O+H2O 2NH4+HCO3-脲酶NH4+在铵电极上产生电位响应,间接测定了在铵电极上产生电位响应,间接测定了脲含量。脲含量。同样的,青霉素在青霉素酶催化后转变成青同样的,青霉素在青霉素酶催化后转变成青霉素酸,在霉素酸,在pH玻璃电极上得到响应。玻璃电极上得到响应。4-44-4离子选择性电极的性能与选择性离子选择性电极的性能与选择性 一、电位选择
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