Электрохимические методы контроля качества

1. Электрохимические методы контроля качества потребительских товаров

Науменко Н.В.
1

2.

Они основаны на зависимости между составом
анализируемого вещества и его
электрохимическими свойствами.
Методы определения базируются на
использовании процессов, происходящих в
электролитической ячейке, которая
представляет собой систему из электродов и
электролитов, контактирующих между собой.
Данные методы анализа характеризуются
достаточной точностью, селективностью,
воспроизводимостью и могут использоваться
для прямых и косвенных измерений.
Науменко Н.В.
2

3.

Кондуктометрический метод основан на
измерении электропроводности
растворов электролитов.
При определенных условиях
электропроводность раствора
электролита зависит от концентрации.
Науменко Н.В.
3

4.

На этом основан прямой кондуктометрический
метод анализа, заключающийся в
непосредственном измерении
электропроводности растворов электролитов
и сравнении её с электропроводностью
растворов того же состава, концентрация
которых известна.
Этот метод наиболее распространен для
анализа растворов, содержащих один
электролит, и имеет сравнительные
ограничения в лабораторной практике.
Науменко Н.В.
4

5.

Если в сосуд с раствором электролита поместить два
электрода и соединить их с источником тока, то
через раствор пойдет электрический ток, сила
которого определяется законом Ома:
I=E/R,
где E – напряжение на электродах, R –
сопротивление раствора.
Электропроводность – величина обратная
сопротивлению.
Электропроводность зависит от концентрации,
свойств растворенного электролита, а также от
размера и расположения электродов.
Науменко Н.В.
5

6.

Большое значение имеет кондуктометрическое
титрование – разновидность кондуктометрического
метода анализа, при котором измерение
электропроводности используется для определения
точки эквивалентности во время титрования.
Чем больше площадь электродов и чем меньше
расстояние между ними, тем больше
электропроводность, измеренная при помощи
электродов.
Чтобы было можно сравнивать между собой результаты
измерений, вводят понятие удельной
электропроводности.
Под которой понимают электропроводность раствора,
заключенного между плоскими электродами
площадью 1 см2 и отстоящими друг от друга на
расстоянии 1 см.
Науменко Н.В.
6

7.

При кондуктометрическом анализе
электропроводность растворов чаще
всего выражают через удельную
электропроводность, которая, прежде
всего, зависит от концентрации и
природы электролита.
Переносчиком тока в растворах
электролитов являются ионы, на
которые распадаются молекулы
электролитов при диссоциации в
водном растворе.
Науменко Н.В.
7

8.

Ионы в растворе находятся в
беспорядочном движении.
Когда к электродам подводят напряжение,
в растворе возникает электрическое
поле; под его действием ионы начинают
двигаться в определенных
направлениях, перенося электрические
заряды, следовательно, через раствор
начинает протекать ток.
Науменко Н.В.
8

9.

Чем больше ионов участвует в переносе
зарядов, тем больше сила тока и тем больше
электропроводность раствора.
Удельная электропроводность у растворов
большинства кислот, солей и оснований с
повышением концентрации сначала
возрастает, но затем после достижения
определенного максимума начинает падать.
Это объясняется тем, что когда концентрация
раствора становится достаточно большой,
дальнейшее увеличение её сопровождается
уменьшением степени диссоциации и
увеличением взаимодействия ионов между
собой.
Науменко Н.В.
9

10.

Сосуд для измерения электропроводности раствора –
электролитическая ячейка – представляет собой
стеклянный сосуд с платиновыми электродами.
Электроды жестко закреплены в стенках или в крышке
сосуда для того, чтобы расстояние между ними не
изменялось.
В зависимости от электропроводности анализируемого
раствора выбирают ячейку с большим или меньшим
расстоянием между электродами, с большей или
меньшей поверхностью электродов.
Отношение площади электрода к расстоянию между
электродами – важная характеристика ячейки,
называемая постоянной электролитической ячейки.
При помощи специального устройства измеряют не
электропроводность раствора, а обратную ей величину
– сопротивление.
Науменко Н.В.
10

11.

Науменко Н.В.
11

12. ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА

Потенциометрический метод используют
для определения содержания
различных веществ в растворе, а также
различных физико-химический
параметров системы, например
окислительно-восстановительного
потенциала.
Науменко Н.В.
12

13.

Главное достоинство потенциометрического
метода – быстрота и простота проведения
измерений. Потенциометрическим методом
исследуют мутные и окрашенные растворы,
при этом исключаются операции фильтрации
и перегонки.
Потенциометрия широко применяется для
непосредственного определения активности
ионов, находящихся в растворе (ионометрия),
а также для индикации точки
эквивалентности при потенциометрическом
титровании.
Науменко Н.В.
13

14.

При исследовании потребительских товаров
потенциометрический метод анализа широко
применяют для исследования химического
состава продукта (в частности минерального
состава), а также определения показателя
активной кислотности.
Потенциометрический метод анализа основан
на использовании зависимости потенциала от
концентрации ионов в растворе.
Устройства, применяемые для измерения
потенциала – потенциометры (рН-метр,
ионометр), состоят из двух блоков:
Науменко Н.В.
14

15.

• измерительного (высокоомный
преобразователь);
• датчика (электродная система).
В качестве электродной системы
выступают обычно два электрода:
• индикаторный (потенциал которого
зависит от концентрации определенных
ионов в растворе);
• сравнения (потенциал которого не
зависит от концентрации определяемых
ионов, как правило, хлор-серебряный).
Науменко Н.В.
15

16.

При погружении электродов в раствор на
границе индикаторный электрод – раствор
возникает электрический потенциал, так как
ионы электрода переходят в раствор.
При этом электрод заряжается положительно, а
пограничный слой раствора – отрицательно.
Возникающий пограничный потенциал
функционально связан с активной
концентрацией ионов.
Однако непосредственное измерение
потенциала отдельного электрода
невозможно, технически можно измерить
лишь разность потенциалов индикаторного
электрода и электрода сравнения (ЭДС).
Е= 1- 2
Науменко Н.В.
16

17.

При условии, что потенциал электрода
сравнения – величина известная ( 2),
рассчитывают потенциал другого
электрода и, используя уравнение
Нернста рассчитывают концентрацию
определяемых ионов.
Науменко Н.В.
17

18.

Существующие индикаторные электроды
условно подразделяют на две группы:
• Электроды, в которых электрический
ток между раствором и электродом
переносится электронами;
• Мембранные электроды, в которых
электрический ток переносится ионами.
Науменко Н.В.
18

19.

Электроннообменные электроды
изготавливают из инертных металлов (золото,
платина).
Эти металлы имеют такую прочную
кристаллическую решетку, что их ионы не
принимают участия в возникновении
электродного потенциала.
Инертные металлы являются лишь
передатчиками электронов между
окислителем и восстановителем в
приэлектродном слое.
Обмен электронами и обусловливает
возникновение потенциала.
Науменко Н.В.
19

20.

Ионоселективные (мембранные)
электроды в свою очередь
подразделяют на:
• электроды с твердой мембраной;
• электроды с жидкостной мембраной;
• стеклянные электроды.
Науменко Н.В.
20

21.

Независимо от типа мембраны механизм
действия ионоселективного электрода
подчиняется одним и тем же законам.
Если чувствительная мембрана помещена
между двумя растворами, то через нее могут
перемещаться ионы только определенного
типа в направлении к раствору с меньшей
активностью (концентрацией) подвижного
иона.
На поверхности мембраны возникает
потенциал, при котором прекращается
дальнейшее перемещение ионов, и в
результате устанавливается динамическое
равновесие, которое называют равновесным
электродным потенциалом.
Науменко Н.В.
21

22.

В качестве электрода сравнения (потенциал которого
не зависит от концентрации определяемых ионов в
растворе) используют хлорсеребряный, каломельный
и хлорталиевый электроды.
Наибольшее распространение находит
хлорсеребряный электрод, который представляет
собой сосуд с серебряной пластинкой, покрытой
слоем трудно растворимой соли AgCl, которую
заливают раствором KCl (как правило, насыщенным).
Постоянство потенциала электрода сравнения
достигается поддержанием в контактирующем
внутреннем растворе постоянной концентрации
веществ, на которые реагирует электрод.
Так в хлорсеребряном электроде потенциал зависит
только от активности ионов Cl-, которая в свою
очередь определяется концентрацией Cl- из хорошо
растворимой соли KCl.
Науменко Н.В.
22

23.

Науменко Н.В.
23

24.

Науменко Н.В.
24