电位分析及离子选择性电极分析
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化学实验中的常见电化学分析方法电化学分析是一种常见的化学分析方法,通过应用电化学原理,利用电流、电势、电解质溶液等参数来进行物质的检测和分析。
它能够快速、灵敏地检测出微量物质,并且具有较高的准确性和重现性。
本文将介绍几种在实验室中常见的电化学分析方法。
一、电解电位法电解电位法是最常见的电化学分析方法之一,它通过测量电极在电解质溶液中产生的电位变化来分析物质。
在实验中,通常采用参比电极和工作电极的组合,参比电极用于提供一个标准的电势参考,而工作电极用于与待测物质发生反应。
主要包括极谱法、库仑分析法和电势滴定法等。
1. 极谱法极谱法是通过控制电解质溶液中的电流,测量电极的电势变化来分析物质。
常见的极谱法包括阳极极谱和阴极极谱。
阳极极谱常用于有机化合物的分析,如药物、农药等,而阴极极谱常用于金属、合金等无机物质的分析。
2. 库仑分析法库仑分析法是通过测量电解质溶液中的电流大小和时间,计算出反应物质的含量。
它常用于分析氧化还原反应、电沉积和电解等过程中的物质。
3. 电势滴定法电势滴定法是利用电解电位的变化来进行滴定分析的方法。
它常用于测定银离子、溶氧量、氟离子等物质的含量。
二、电化学传感器法电化学传感器法是基于电化学原理的一种常见的快速检测方法,它通过改变电极电位来检测待测物质。
电化学传感器的结构一般由工作电极、参比电极和引用电极(或对电极)组成。
1. 离子选择电极离子选择电极通过选择性地与某种特定离子发生反应,从而改变电极电位来检测离子的浓度。
常见的离子选择电极包括氢离子选择电极、钠离子选择电极等。
2. 气体传感器气体传感器是使用气敏电极或半导体电极来检测气体成分的一种电化学分析方法。
它广泛应用于环境监测、工业安全等领域,能够快速、灵敏地检测气体的浓度。
三、电化学阻抗法电化学阻抗法是通过测量电化学电路中的阻抗变化来分析物质。
它主要用于表征电极界面的电化学过程,包括界面电容、界面电导、界面电阻等参数。
电化学阻抗法常用于金属腐蚀、电池性能评价、涂层质量检测等领域。
现代仪器分析习题解答20xx年春第12章电位分析及离子选择性电极分析法P2161.什么是电位分析法?什么是离子选择性电极分析法?答:利用电极电位和溶液中某种离子的活度或浓度之间的关系来测定待测物质活度或浓度的电化学分析法称为电位分析法。
以离子选择性电极做指示电极的电位分析,称为离子选择性电极分析法。
2.何谓电位分析中的指示电极和参比电极?金属基电极和膜电极有何区别?答:电化学中把电位随溶液中待测离子活度或浓度变化而变化,并能反映出待测离子活度或浓度的电极称为指示电极。
电极电位恒定,不受溶液组成或电流流动方向变化影响的电极称为参比电极。
金属基电极的敏感膜是由离子交换型的刚性基质玻璃熔融烧制而成的。
膜电极的敏感膜一般是由在水中溶解度很小,且能导电的金属难溶盐经加压或拉制而成的单晶、多晶或混晶活性膜。
4. 何谓TISAB溶液?它有哪些作用?答:在测定溶液中加入大量的、对测定离子不干扰的惰性电解质及适量的pH缓冲剂和一定的掩蔽剂,构成总离子强度调节缓冲液(TISAB)。
其作用有:恒定离子强度、控制溶液pH、消除干扰离子影响、稳定液接电位。
5. 25℃时,用pH=4.00的标准缓冲溶液测得电池:“玻璃电极|H+(a=X mol?L-1)║饱和甘汞电极”的电动势为0.814V,那么在c(HAc)=1.00×10-3 mol?L-1的醋酸溶液中,此电池的电动势为多少?(KHAc=1.8×10-5,设aH+=[H+])解:∵E1=φ(+)--φ(-)=φ(+)-(K-0.0592pH1)E2=φ(+)--φ(-)=φ(+)-(K-0.0592pH2)∴E2- E1= E2-0.814=0.0592(pH2- pH1)∴E2=0.814+0.0592(-lg√Kc-4.00)=0.806(V)6.25℃时,用pH=5.21的标准缓冲溶液测得电池:“玻璃电极|H+(a=X mol?L-1)║饱和甘汞电极”的电动势为0.209V,若用四种试液分别代替标准缓冲溶液,测得电动势分别为①0.064V;②0.329V;③0.510V;④0.677V,试求各试液的pH和H+活度解:(1)ΔE1=0.064-0.209=0.0592(pH1-pHs)∵pHs=5.21∴pH1=2.76 aH+=1.74×10-3 mol?L-1(2)ΔE2=0.329-0.209=0.0592(pH2-pHs)∵pHs=5.21∴pH2=7.24 aH+=5.75×10-8 mol?L-1(3)ΔE3=0.510-0.209=0.0592(pH3-pHs)∵pHs=5.21∴pH3=10.29 aH+=5.10×10-11 mol?L-1(4)ΔE4=0.677-0.209=0.0592(pH4-pHs)∵pHs=5.21∴pH4=13.12 aH+=7.60×10-14 mol?L-17.25℃时,电池:“镁离子电极|Mg2+(a=1.8×10-3mol?L-1)║饱和甘汞电极”的电动势为0.411V,用含Mg2+试液代替已知溶液,测得电动势为0.439V,试求试液中的pMg值。
离子选择性电极法
通常所谓离子选择电极,是指带有敏感膜的、能对离子或分子态物质有选择性响应的电极,使用此类电极的分析法属于电化学分析中的电位分析法,其特点有:
优势:
1.操作方便,迅速,不损及试液体系,也适于一些不宜用其他方法分析的样品,如有色
或混浊样品等。
2.仪器比较简单,轻便。
3。
较易用于流动监测和自动化检测。
4.电极直接响应的是离子活度,不是浓度,故对生物,医学,化学更适合,尤其是现在
微电是样儿技术的发展,使得在细胞内检测也已成为可能。
发展:离子选择电极法是70年代发展起来的技术,国际纯粹化学与应用化学协会给它的定义是:“离子选择电极是一类化学传感器,它的电位对溶液中给定的离子的活度的对数呈线性关系。
”它主要的应用依赖能斯特方程式,如下
能斯特方程式。
电解质离子选择电极法电解质是指在溶液中能够产生离子的化合物。
离子是带电的原子或分子,它们在溶液中可以自由移动,并能够在外电场的作用下发生迁移。
电解质离子选择电极法是一种常用的技术手段,用于研究电解质溶液中离子的行为和性质。
电解质离子选择电极法的原理是利用电极-电解质界面上的电位差和电流来实现对离子的选择性分析。
在该方法中,通常选用特定材料制备的电极作为工作电极,而参比电极则选用能够与工作电极反应的电解质溶液。
通过控制电位和电流,可以实现对特定离子的选择性分析。
电解质离子选择电极法主要分为直接电位法和交替电位法两种。
直接电位法是利用工作电极与参比电极之间的电位差来测量离子的浓度。
工作电极表面通常涂有选择性膜,该膜能够与目标离子发生特异性反应,从而使工作电极表面的电位发生变化。
测量时,通过在工作电极和参比电极之间加上一定的电势,测量电位的变化,然后根据标准曲线来确定离子的浓度。
交替电位法是在两个工作电极之间交替施加电位,通过测量电流的变化来确定离子的浓度。
工作电极表面的选择性膜可以使特定的离子在电位切换时发生氧化还原反应,从而导致电流的变化。
通过测量电流的变化,再根据标准曲线来确定离子的浓度。
电解质离子选择电极法具有以下优点:1. 高选择性:通过选择性膜的使用,可以实现对特定离子的选择性分析,避免了其他离子的干扰。
2. 高灵敏度:电解质离子选择电极法对离子的浓度变化非常敏感,可以测量低至微摩尔甚至纳摩尔级别的离子浓度。
3. 实时性:电解质离子选择电极法可以实时监测离子的浓度变化,可以用于动态分析。
4. 简便易行:相比其他分析方法,电解质离子选择电极法具有操作简便、仪器简单、快速灵活等特点,适用于实验室和现场分析。
电解质离子选择电极法在环境监测、生物医学、食品安全等领域具有广泛的应用。
例如,在水质监测中,可以利用电解质离子选择电极法来测量重金属离子、草甘膦等对水质安全具有重要影响的离子物质。
在生物医学领域,电解质离子选择电极法可以用于检测血液中的电解质浓度,以及监测药物的释放和代谢过程。