第十一章 電位分析法講稿
一、教學(xué)目的
1、熟悉電化學(xué)分析法的分類、特點(diǎn),掌握有關(guān)的電化學(xué)基礎(chǔ)知識。
2、掌握直接電位法的原理、離子選擇電極和參比電極的基本原理。
3、掌握電位分析法的分析技術(shù)。
4、熟悉電位滴定法的基本原理和滴定終點(diǎn)的確定法。
二、教學(xué)內(nèi)容
1、電位分析法基礎(chǔ)
(1)化學(xué)電池:化學(xué)電池及其類型、原電池及其表示法。
(2)電池電動勢和電極電位:電池電動勢、電極電位和“氫標(biāo)、能斯特方程.
(3)液體接界電位和鹽橋:液體接界電位的產(chǎn)生、決定液接電位值的主要因素、鹽橋。
2、直接電位法
(1)直接電位法的基本原理。
(2)參比電極:甘汞電極、銀- 氯化銀電極。
(3)指示電極:離子選擇性電極的結(jié)構(gòu)、離子選擇性電極的電極電位、常用離子選擇性電極、離于選擇性電極一般性能。
(4)直接電位法的定量方法:離子的活度標(biāo)度、離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑、測定離子濃度的方法。
(5)直接電位法的準(zhǔn)確性。
(6)直接電位法的應(yīng)用實(shí)例:溶液的測定(測定原理和方法、pH計(jì)簡介、測定注意事項(xiàng))、氟離子的測定(測定原理及方法、測定注意事項(xiàng))。
(7)直接電位法的特點(diǎn)。
3、電位滴定法
(l)電位滴定法的基本原理。
(2)確定滴定終點(diǎn)的方法:E- V曲線法、二次微商法。
(3)指示電極的選擇:酸堿滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定、配位滴定。
第一節(jié) 概述
將化學(xué)變化與電的現(xiàn)象緊密聯(lián)系起來的學(xué)科便是電化學(xué)。應(yīng)用電化學(xué)的基本原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù),依據(jù)物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)來測定物質(zhì)組成及含量的分析方法稱之為電化學(xué)分析或電分析化學(xué)。
一、電化學(xué)分析法分類
直接通過測定電流、電位、電導(dǎo)、電量等物理量,在溶液中有電流或無電流流動的情況下,來研究、確定參與反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)的量依據(jù)測定電參數(shù)分別命名各種電化學(xué)分析方法:(1)電位分析法;(2)電導(dǎo)分析法;(3)伏安法;庫侖分析法等;依據(jù)應(yīng)用方式不同可分為:直接法和間接法(儀器作為滴定終點(diǎn)指示裝置,如電位滴定分析、電導(dǎo)滴定、交流示波極譜滴定等。)
二、電化學(xué)分析法的特點(diǎn):
1.靈敏度、準(zhǔn)確度高,選擇性好,應(yīng)用廣泛。被測物質(zhì)的最低量可以達(dá)到10-12mol/L數(shù)量級。
2.電化學(xué)儀器裝置較為簡單,操作方便,尤其適合于化工生產(chǎn)中的自動控制和在線分析。
傳統(tǒng)電化學(xué)分析多以無機(jī)離子為分析對象;目前也較多應(yīng)用于有機(jī)化合物和生物電化學(xué)活性物質(zhì)的分析(如生物體中多巴胺的分析)。在快速檢測、連續(xù)實(shí)時檢測、活體檢測等方面具有其他分析方法無法取代的作用,各種新型離子選擇性電極、電化學(xué)傳感器等是研究的重點(diǎn)。
第二節(jié) 電化學(xué)分析的方法基礎(chǔ)
一、化學(xué)電池
電化學(xué)分析中涉及到兩類電池:原電池和電解電池。
1、原電池:電極上的氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,可以向外部提供電能;
2、電解電池:由外電路提供電流,而使電極上的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行。
3、原電池及其表示法
(1)、發(fā)生氧化反應(yīng)的電極,寫在左邊即負(fù)極;發(fā)生還原反應(yīng)的電極寫在右邊及正極
(2)、化學(xué)式表明物質(zhì)的狀態(tài)及組成。
(3)、用垂線“|”表示相界,“||”表示鹽橋,同時表明有接界電位。
二、電極電位的產(chǎn)生及原電池的電動勢
對于任何有電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)反應(yīng),其氧化態(tài)與還原態(tài)構(gòu)成氧化還原電對,不同氧化還原電對有著不同的電極電位,其值可用能斯特方程式求得,例如對下述半反應(yīng):
Mn+ + ne M
氧化態(tài) 還原態(tài)
如將一金屬片浸入該金屬離子的水溶液中,在金屬和溶液界面間將產(chǎn)生擴(kuò)散雙電層,兩相之間產(chǎn)生電位差,稱之為電極電位,其大小可用能斯特方程描述:
上式中,稱為標(biāo)準(zhǔn)電極電位,它是指在一定溫度下(通常為25℃),氧化還原半反應(yīng)中各組分都處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),即離子或分子的活度等于l mol/L時(若反應(yīng)中有氣體參加,則其分壓等于101.325 kPa)的電極電位。
式中為Mn+ 的活度,當(dāng)溶液濃度很小時可用Mn+ 的濃度代替活度。由此看來似乎只要測量出單支電極的電位,就可確知Mn+的活度了,單支電極電位(也即絕對電極電位)的測量實(shí)際上是不可能的。
將兩支電極通過鹽橋連接即組成一個原電池,如丹聶爾電池:
(-) Zn(S)|Zn2+(C1)||Cu2+(C2)|Cu(S)(+)
E- Ej E+
則電池的電動勢E池= E+-E-+ Ej
三、液接電位
液體接界電位:在兩種不同離子的溶液或兩種不同濃度的溶液接觸界面上,存在著微小的電位差,稱之為液體接界電位。
液接電位產(chǎn)生示意圖
液體接界電位產(chǎn)生的原因:兩種溶液中存在的各種離子具有不同的遷移速率而引起。如圖所示的三種情況。左圖中,兩種溶液組成相同,濃度不同時,高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散,H+遷移速率快,故左邊溶液界面帶負(fù)電荷,右邊溶液界面帶正電荷,出現(xiàn)液界電位。
液接電位的消除—鹽橋的作用:液接電位通常達(dá)幾十毫伏嚴(yán)重影響分析的準(zhǔn)確度,使用鹽橋可以降低液接電位,但不能完全消除。
第二節(jié)直接電位法
一、直接電位法基本原理
在電位分析中將一支電極電位隨待測離子活度不同而變化的電極(稱為指示電極)與一支電極電位恒定的電極(稱為參比電極)和待測溶液組成工作電池。設(shè)電池為
(-) M│Mn+║參比電極 (+)
習(xí)慣上把正極寫在右邊,負(fù)極寫在左邊,用E表示電池的電動勢。則
式中 —電位較高的正極的電極電位;
—電位較低的負(fù)極的電極電位;
—液體接界電位,其值很小,可以忽略,故
式中 —參比電極的電位,其值為已知。
式(8-15)中 和 在溫度一定時,為一常數(shù)。因此,只要測出電池電動勢E,就可求出,這就是直接電位法的測定原理。
二、參比電極
1.標(biāo)準(zhǔn)氫電極:標(biāo)準(zhǔn)氫電極是基準(zhǔn)電極,規(guī)定其電位值為零(任何溫度)。所有電極的電極電位都是相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極而得到的。但使用比較麻煩,一般不在實(shí)際中使用。
2.甘汞電極:最常用的參比電極之一。
電極反應(yīng):Hg2Cl2 + 2e- = 2Hg + 2 Cl-
半電池符號:Hg,Hg2Cl2(固)KCl
電極電位(25℃):
電極內(nèi)溶液的Cl-活度一定,甘汞電極電位固定。表4-2甘汞電極的電極電位( 25℃)
0.1mol/L甘汞電極 | 標(biāo)準(zhǔn)甘汞電極(NCE) | 飽和甘汞電極(SCE) | |
KCl濃度 | 0.1 mol / L | 1.0 mol / L | 飽和溶液 |
電極電位(V) | +0.3365 | +0.2828 | +0.2438 |
3.銀-氯化銀電極:銀絲鍍上一層AgCl沉淀,浸在一定濃度的KCl溶液中即構(gòu)成了銀-氯化銀電極。
電極反應(yīng):AgCl+ e- == Ag + Cl-
半電池符號:Ag,AgCl(固)KCl
電極電位(25℃): EAgCl/Ag = EyAgCl/Ag- 0.059lgaCl-
表4-3銀-氯化銀電極的電極電位(25℃)
| 0.1mol/LAg-AgCl電極 | 標(biāo)準(zhǔn)Ag-AgCl電極 | 飽和Ag-AgCl電極 |
KCl濃度 | 0.1 mol / L | 1.0 mol / L | 飽和溶液 |
電極電位(V) | +0.2880 | +0.2223 | +0.2000 |
三、指示電極
常用的指示電極主要有兩類,一類是金屬電極,包括金屬-金屬離子電極、金屬-金屬難溶鹽電極以及汞電極、惰性金屬電極等;第二類是離子選擇性電極,如玻璃電極、晶體膜電極等。這里我們主要介紹第二類電極。
1、離子選擇電極的結(jié)構(gòu)(見圖)
2、離子選擇電極的電極電位
離子選擇電極的電極電位包含內(nèi)參比電極和膜電位,由于膜電位產(chǎn)生的機(jī)制復(fù)雜,故這里只給出結(jié)論:
對于一支離子選擇電極:
3、玻璃膜電極
a. 結(jié)構(gòu)
它是最早使用的離子選擇性電極—pH玻璃膜電極,屬于非晶體膜電極,其結(jié)構(gòu)如圖所示。
它的主要部分是一個玻璃泡,泡的下部是由SiO2基質(zhì)中加入Na2O和少量CaO經(jīng)燒結(jié)而成的玻璃薄膜,膜厚約30~100微米。泡內(nèi)裝有0.1mol∕L的HCl ,作為內(nèi)參比溶溶液,其中插入一支銀-氯化銀電極作為內(nèi)參比電極,這樣就構(gòu)成了玻璃電極。
玻璃膜電極中內(nèi)參比電極的電位是恒定的,與待測溶液的pH無關(guān)。玻璃膜電極之所以能測定溶液pH,是由于玻璃膜產(chǎn)生的膜電位與待測溶液pH有關(guān)。
玻璃膜電極在使用前必須在水中浸泡一定時間。浸泡時,由于硅酸鹽結(jié)構(gòu)與H+的鍵合力遠(yuǎn)大子與Na+ 的鍵合力,玻璃表面形成一層水合硅膠層。玻璃膜外表面的Na+ 與水中質(zhì)子發(fā)生如下的交換反應(yīng):
H+(液)+Na+Gl-(固) Na+(液)+H+Gl-(固)
而其它二價、高價離子不能進(jìn)入晶格與Na+ 發(fā)生交換。
交換達(dá)平衡后,玻璃表面幾乎全由硅酸(H+Gl-)組成。從表面到硅膠層內(nèi)部,H+數(shù)目逐漸減少,Na+ 的數(shù)目逐漸增多。
玻璃膜內(nèi)表面也會發(fā)生上述過程而形成同樣的水合硅膠層。下圖所示為浸泡后的玻璃膜示意圖。
b.玻璃膜電位的形成
水化層表面可視作陽離子交換劑。溶液中H+經(jīng)水化層擴(kuò)散至干玻璃層,干玻璃層的陽離子向外擴(kuò)散以補(bǔ)償溶出的離子,離子的相對移動產(chǎn)生擴(kuò)散電位。兩者之和構(gòu)成玻璃電極的膜電位。
c.玻璃膜電位
將浸泡后的玻璃膜電極放入待測溶液,水合硅膠層表面與溶液中的H+活度不同,形成活度差,H+由活度大的一方向活度小的一方遷移,平衡時:
H+溶液==H+硅膠
對于一支電極來講,其電極電位只與膜外的清理直有關(guān),整理得:
d.pH玻璃電極的選擇性
H+>> Na+ > K+ 、Rb+、Cs+
4、氟離子選擇電極
a、結(jié)構(gòu):電極薄膜由摻有EuF2(有利于導(dǎo)電)的LaF.3單晶切片而成。將膜封在硬塑料管的一端,管內(nèi)一般裝0.1mol∕L NaCl和0.1~0.01mol∕L NaF混合溶液作內(nèi)參比溶液,以Ag-AgCl作內(nèi)參比電極(F- 用以控制膜內(nèi)表面的電位,Cl- 用以固定內(nèi)參比溶液的電位)。氟電極的結(jié)構(gòu)如圖所示。
由于LaF3的晶格有空穴,在晶格上的氟離子可以移入晶格鄰近的空穴而導(dǎo)電。當(dāng)把氟電極插入含氟溶液中時,F(xiàn)- 在電極表面進(jìn)行交換。如溶液中F- 的活度較高,則溶液中F- 可以進(jìn)入單晶的空穴。反之,單晶表面的F- 也可進(jìn)入溶液。由此產(chǎn)生的膜電位與溶液中F- 活度的關(guān)系,當(dāng)大于10-5 mol∕L時,遵守能斯特方程式。25℃時,
(8-22)
氟離子選擇性電極的選擇性較高,為F- 量1000倍的Cl-、Br-、I-、SO42-、NO3- 等的存在無明顯干擾,但測試溶液的pH需控制在5~7,因pH過低,F- 部分形成HF或HF2- ,降低了F- 的活度;pH值過高,LaF3薄膜與OH-發(fā)生交換,晶體表面形成La(OH)3而釋放出F-,干擾測定。
此外,溶液中能與F- 形成穩(wěn)定給合物或難溶化合物的離子(如Al3+ 、Ca2+ 、Mg2+ 等)也有干擾,通常可以通過加掩蔽劑來消除干擾。
5、離子選擇電極的性能
(1)、線性范圍和檢測下限
a、 線性范圍:AB段對應(yīng)的檢測離子的活度(或濃度)范圍。
b、 檢測下限: 圖中AB與CD延長線的交點(diǎn)M所對應(yīng)的測定離子的活度(或濃度) 。離子選擇性電極一般不用于測定高濃度試液(1.0mol/L),高濃度溶液對敏感膜腐蝕溶解嚴(yán)重,也不易獲得穩(wěn)定的液接電位。
c、 AB段的斜率: 即活度相差一數(shù)量級時,電位改變的數(shù)值,用S表示。理論上S=2.303RT/nF , 25℃時, 一價離子S=0.0592V, 二價離子S=0.0296 V。離子電荷數(shù)越大,級差越小,測定靈敏度也越低,電位法多用于低價離子測定。
(2)、選擇性
無干擾離子存在時,膜電位與待測離子活度呈能斯特響應(yīng)。
但若與干擾離子共存時,共存的其它離子對膜電位產(chǎn)生有貢獻(xiàn)嗎? 若測定離子為i,電荷為zi;干擾離子為j,電荷為zj?紤]到共存離子產(chǎn)生的電位,則膜電位的一般式可寫成為:
a 對陽離子響應(yīng)的電極,K后取正號;對負(fù)離子響應(yīng)的電極,K后取負(fù)號。
bKi J稱之為電極的選擇性系數(shù),其意義為:在相同的測定條件下,待測離子和干擾離子產(chǎn)生相同電位時待測離子的活度αi與干擾離子活度αj的比值 Ki j= αi/αj。
c通常Kij < 1, Ki j值越小,表明電極的選擇性越高。例如:Ki j = 0.001時,意味著干擾離子j的活度比待測離子i 的活度大1000倍 時,兩者產(chǎn)生相同的電位。
d選擇性系數(shù)嚴(yán)格來說不是一個常數(shù),在不同離子活度條件下測定的選擇性系數(shù)值各不相同。
e Ki j僅能用來估計(jì)干擾離子存在時產(chǎn)生的測定誤差或確定電極的適用范圍。
(3)響應(yīng)時間: 是指參比電極與離子選擇電極一起接觸到試液起直到電極電位值達(dá)到穩(wěn)定值的95%所需的時間。
(4)、溫度效應(yīng):根據(jù)離子選擇電極的能斯特方程表達(dá)式,溫度的改變影響電極的斜率,但一般離子計(jì)通過儀器補(bǔ)償可以調(diào)節(jié),在測定時保持待測液與標(biāo)準(zhǔn)溶液在同一溫度。
(5)膜電阻 離子選擇電極的膜電阻一般都較高,所以測量時普通電位差計(jì)不能測定,需要具有高輸入阻抗的毫伏計(jì)。
四、直接電位分析方法
1、pH值的定義
最初,pH的定義為:pH=-lg[H+]。隨著電化學(xué)理論的發(fā)展,發(fā)現(xiàn)影響化學(xué)反應(yīng)的是離子的活度,而不能簡單地認(rèn)為是離子的濃度。用電位法測得的實(shí)際上是H+ 的活度而不是濃度。因此, pH被重新定義為:pH=-lgaH。
2、pH的測定
a、原理: 測定溶液的pH常用玻璃電極作指示電極為負(fù)極,甘汞電極作參比電極正極,與待測溶液組成工作電池,此電池可用下式表示:
Ag,AgCl│HCl│玻璃膜│試液║KCl(飽和)│Hg2Cl2,Hg
則電動勢為:
b、定量方法: 由上式可知,待測電池的電動勢與試液的pH成直線關(guān)系。若能求出E和K/ 的值,就可求出試液的pH值。E值可以通過測量得到,K/ 值除包括內(nèi)、外參比電極的電極電位等常數(shù)以外,還包括難以測量和計(jì)算的E不對稱和EL。因此在實(shí)際工作中,不可能應(yīng)用式(8-26)直接計(jì)算pH值,而是用一pH已經(jīng)確定的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液作為基準(zhǔn),比較包含待用溶液和包合標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的兩個工作電池的電動勢來確定待測溶液的pH值。
兩式整理得:
這即是國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(the Internation Union ofPure and Aplied Chemistry, IUPAC)提出的pH實(shí)用定義。
pHS為已確定的數(shù)值,通過測量調(diào)量Ex和ES 的值就可得出pHx的值。由上式還可以看出,EX 和ES的差值和pHx與pHS 的差值成直線關(guān)系,直線的斜率2.303RT/F是溫度的函數(shù)。要了解pH計(jì)的工作原理必須注意這一關(guān)系。
此外還需注意,上式是在假定Kx=KS的條件下得出的。在實(shí)驗(yàn)過程中某些因素的改變會使K/值發(fā)生變化而帶來誤差。為了盡量減小誤差,應(yīng)選用pH值與待測溶液pH相近的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液,在實(shí)驗(yàn)過程中,應(yīng)盡可能使溶液的溫度保持恒定。
c、H+活度標(biāo)準(zhǔn):通過pH實(shí)用定義我們知道,測定溶液的pH值需要一個標(biāo)準(zhǔn)的pH值溶液(即標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液),這就是H+活度標(biāo)準(zhǔn)問題,
因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)緩沖溶液是pH值測定的基準(zhǔn),所以標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的配制及其pH值的確定是非常重要的,一些國家的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量部門通過長期的工作,采用盡可能完善的方法確定了若干種標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH值。
我國標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量局頒發(fā)了6種pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液及其在0~95℃的pH值。書上p143表11-3列出了該6種基準(zhǔn)緩沖溶液在0~60℃時的pHS值。
pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH值
溫 度 t (℃) | 0.05mol∕L四草酸氫鉀 | 25℃飽和酒石酸氫鉀 | 0.05mol∕L鄰苯二甲酸氫鉀 | 0.025mol∕L磷酸二氫鉀0.0258mol∕L磷酸氫二鈉 | 0.01mol∕L硼砂 | 25℃飽和Ca(OH)2 |
0 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 | 1.668 1.669 1.671 1.673 1.676 1.680 1.684 1.688 1.694 1.706 1.721 | 3.559 3.551 3.547 3.547 3.555 3.573 | 4.006 3.999 3.996 3.996 3.998 4.003 4.010 4.019 4.029 4.055 4.087 | 6.981 6.949 6.921 6.898 6.879 6.864 6.852 6.844 6.838 6.833 6.837 | 9.458 9.391 9.330 9.276 9.226 9.182 9.142 9.105 9.072 9.015 8.968 | 13.416 13.210 13.011 12.820 12.673 12.460 12.292 12.130 11.975 11.697 11.426 |
五、離子活度(或濃度)的測定
將離子選擇性電極(指示電極)和參比電極插入試液可以組成測定各種離子活度的電池,電池電動勢為:
離子選擇性電極作正極時,對陽離子響應(yīng)的電極,取正號;對陰離子響應(yīng)的電極,取負(fù)號。在實(shí)際工作中,確定離子的活度是很復(fù)雜的,目前,除H+有標(biāo)準(zhǔn)活度溶液外,其它離子還沒有標(biāo)準(zhǔn)活度溶液,根據(jù)無機(jī)化學(xué)(醫(yī)用化學(xué))中溶液理論部分知道:,代入上式:
如果將活度系數(shù)g確定后,電池的電動勢與離子的濃度成對數(shù)相關(guān)。如何確定活度系數(shù)g呢?離子強(qiáng)度一定時,活度系數(shù)g就是一定值。為此:在離子測定時,加入離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑,將活度問題轉(zhuǎn)換成濃度問題即可解決測量問題。
(1) 離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑
用測定離子的純物質(zhì)配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,并用總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液(TotaleIonic Strength Adjustment Buffer簡稱TISAB)保持溶液的離子強(qiáng)度相對穩(wěn)定,分別測定各溶液的電位值,并繪制E- lg ci 關(guān)系曲線。
注意:離子活度系數(shù)保持不變時,膜電位才與log ci呈線性關(guān)系。
總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液 TISAB 的作用:
①保持較大且相對穩(wěn)定的離子強(qiáng)度,使活度系數(shù)恒定;
②維持溶液在適宜的pH范圍內(nèi),滿足離子電極的要求;
③掩蔽干擾離子。
測F-過程所使用的TISAB典型組成:1mol/L的NaCl,使溶液保持較大穩(wěn)定的離子強(qiáng)度;0.25mol/L的HAc和0.75mol/L的NaAc, 使溶液pH在5左右;0.001mol/L的檸檬酸鈉, 掩蔽Fe3+、Al3+等干擾離子。
(2) 離子濃度定量方法
a、標(biāo)準(zhǔn)曲線法:
用測定離子的純物質(zhì)配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,并用總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液(TotleIonic Strength Adjustment Buffer簡稱TISAB)保持溶液的離子強(qiáng)度相對穩(wěn)定,分別測定各溶液的電位值,并繪制E- lg ci 關(guān)系曲線。
b、標(biāo)準(zhǔn)加入法
設(shè)某一試液體積為V0,其待測離子的濃度為cx,測定的工作電池電動勢為E1,則:
式中:γ是活度系數(shù);cx是待測離子的總濃度。
往試液中準(zhǔn)確加入一小體積Vs(大約為Vo的1/100)的用待測離子的純物質(zhì)配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液,濃度為Cs
再次測定工作電池的電動勢為:
可以認(rèn)為γ2≈γ1,S≈S’。則對陽離子:
取反對數(shù)并整理:
當(dāng)加入的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積足夠小時,則:
六、直接電位法準(zhǔn)確度
由直接電位分析法的基本關(guān)系式:
微分得:
把無限量變成有限量:
在25℃時:
直接電位法測量的相對誤差與溶液本身無關(guān),因此適用于低濃度組分分析。
第四節(jié) 電位滴定法
一、電位滴定裝置與滴定曲線
電位滴定裝置如右圖所示,有手動和自動兩種。電位滴定實(shí)際上是將電位測量裝置作為滴定終點(diǎn)的顯示裝置,取代滴定分析中的指示劑。
滴定過程中,每滴加一次滴定劑,平衡后測量電動勢。滴定過程的關(guān)鍵是確定滴定反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時,所消耗的滴定劑的體積。
首先需要快速滴定尋找化學(xué)計(jì)量點(diǎn)所在的大致范圍。
正式滴定時,滴定突躍范圍前后每次加入的滴定劑體積可以較大,突躍范圍內(nèi)每次滴加體積控制在0.1mL。
記錄每次滴定時的滴定劑用量(V)和相應(yīng)的電動勢數(shù)值(E),作圖得到滴定曲線,并將滴定的突躍曲線上的拐點(diǎn)作為滴定終點(diǎn),該點(diǎn)與化學(xué)計(jì)量點(diǎn)非常接近。
通常采用三種方法來確定電位滴定終點(diǎn)
二、電位滴定終點(diǎn)的確定方法
1.E-V曲線法 :
如圖(a)所示。E-V曲線法簡單,但準(zhǔn)確性稍差。
2.ΔE/ΔV - V曲線法:
如圖(b)所示。
ΔE/ΔV近似為電位對滴定劑體積的一階微商,由電位改變量與滴定劑體積增量之比計(jì)算之。ΔE/ΔV- V曲線上存在著極值點(diǎn),該點(diǎn)對應(yīng)著E-V曲線中的拐點(diǎn)。
3.Δ2E/ΔV2 - V曲線法:
Δ2E/ΔV2表示E-V曲線的二階微商,一階微商的極值點(diǎn)對應(yīng)于二階微商等于零處Δ2E/ΔV2值由下式計(jì)算:
醫(yī)學(xué)三基
三、指示電極的選擇
電位滴定指示電極的選擇應(yīng)根據(jù)反應(yīng)類型而定。
各種電位滴定常用電極
滴定反應(yīng)類型 | 參比電極 | 指示電極 |
酸堿反應(yīng) | 甘汞電極 | 玻璃電極 |
氧化還原反應(yīng) | 甘汞電極 | 鉑電極 |
沉淀反應(yīng) | 甘汞電極 | 離子選擇電極 |
配位反應(yīng) | 甘汞電極 | 離子選擇電極 |