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电分析化学方法概述

发布时间:2015-08-06 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:690

电分析化学近年发展非常迅速,各类新的电分析化学方法与技术不断出现,为此,新近的教科书通常将电分析化学方法分为表面电分析化学技术与极谱法两大类,表面电分析化学技术主要包括静态法和动态法。而传统上,人们习惯根据测定电学参量的不同对电分析化学方法分类。我们在这里将分别进行讨论。

一 静态和动态测试方法

可以看出,静态法和动态法是电分析化学中最重要的两种测试方法:

(1)静态方法,即平衡态或非极化条件下的测量方法。在电分析化学测量过程中,体系没有电流通过,如电位法和电位滴定法。或者即使有电流通过,但电流很小。

(2)动态方法,即有电流通过或极化条件下的测量方法。当电流刚开始通过,电极体系的参量(如浓度分布、电流和电极电位等)均在不断变化时所实现的测量方法。在电分析化学中,为了实现快速分析,动态测量方法得到了广泛的应用,如伏安法、计时电位法等。

二 电分析化学方法的分类

前面已提及,电分析化学是以电位、电流、电荷量和电导等电学参数与被测物质之间的关系作为计量的基础。根据所测量的电学量的不同,传统上将电分析化学方法分为以下几类。

1.伏安法(voltammetry)和极谱法(polarography)、

所谓伏安法,是指用电极电解被测物质溶液,根据所得到的电流一电压曲线来进行分析的方法。

这类方法根据工作电极的不同可以分为两种:一种是用滴汞几电极作为工作电极,其表面作周期性的更新,称为极谱法,它是最早的电分析化学方法。另一类是用表面积固定或者用固态电极作为工作电极,如悬汞滴电极、玻璃碳电极、铂电极等,称为伏安法。可以认为极谱法是一种特殊的伏安法。

极谱分析已经历了长期发展,逐渐出现了方波极谱、脉冲极谱等电分析化学方法。

电流滴定法也是从极谱分析发展起来的,它是在固定外加电压情况下,使滴定剂或被滴定物质电解产生电流,根据滴定过程中电流变化的转折点来确定滴定终点。

2.电位分析法

将一个指示电极和一个参比电极,或采用两个指示电极,与试液组成电池,然后根据电池电动势或指示电极电位的变化来进行分析的方法称为电位分析法。电位分析法分为两种,即电位法和电位滴定法。

(1)电位法直接根据指示电极的电位与被测定物质浓度关系来进行分析的方法称为电位法。

(2)电位滴定法电位滴定法也是一种滴定分析方法。沱根据滴定过程中指示电极电位的变化来确定终点。滴定时,在化学计量点附近,由于被测物质的浓度产生突变,使指示电极电位发生突跃,从而确定滴定终点。

3.电解和库仑分析法

使用外加电源电解试液,电解完成后直接称量电极上析出的被测物质的质量来进行分析的方法称为电重量法厂。如果将电解的方法用子物质的分离,则称为电解分离法。如果是根据电解过程中所消耗的电荷量来进行分析,则称为库仑分析法。库仑分析法分为两种:控制电流库仑分析法和控制电位库仑分析法。

库仑分析的基础是Faraday电解定律,要求以100%的电流效率电解试液,产生某一试剂与被测物质进行定量的化学反应,或直接电解被测物质。库仑滴定时的化学计量点可借助于指示剂或电分析化学方法来确定,这样根据化学计量点时电解过程所消耗的电荷量,可求得被测物质的含量。如果电解过程中保持电流恒定,则称为库仑滴定法;若控制工作电极的电位恒定,则称为恒电位库仑分析法。

4.电导分析法

根据溶液的电导性质来进行分析的方法称为电导分析法。电导分析法包括电导法和电导滴定法。

(1)电导法 直接根据溶液的电导(或电阻)与被测离子浓度的关系进行分析的方法称为电导法。电导(G)是电阻的倒数,其单位是S(西[门子])。摩尔电导(Am)是含有1mol电解质的溶液在距离为1m的两电极间所具有的电导,单位为S•m2•mol-1

Am=(A/l)k=kVm=k/c

k为电导率(S▪m-1),l为导体的长度,A是其截面积。如在一对表面积为A(m2),相距l(m)的电极上进行测定((θ=l/A,称为电导池常数),则电导为

G=(A/l)k=Amc/θ

当溶液无限稀释时,摩尔电导达到一极限值A∞m,A∞m称为无限稀释摩尔电导或极限摩尔电导。在一定温度及一定溶剂中是一个定值,与溶液中共存的其他离子无关。故

Am=∑Am1

G=(1/θ)∑ciAmi

式中ci为离子i的物质的量浓度,Ami为其摩尔电导。

电导法主要应用于水质纯度的鉴定以及生产中某些中间流程的控制及自动分析。如水质纯度的鉴定时,由于纯水中的主要杂质是一些可溶性的无机盐类,所以电导率常作为水质纯度的指标。普通蒸馏水的电导率约为2×10-4 S•m-1(电阻率约为5kΩ•m),离子交换水的电导率小于5×10-5 S·m-1(电阻率大于20kΩ▪m)。

(2)电导滴定法电导滴定法是一种滴定分析方法。它根据溶液电导的变化确定滴定终点。滴定时,滴定剂与溶液中被测离子生成水、沉淀或其他难解离的化合物,从而使溶液的电导发生变化,利用化学计量点时出现的转折来指示滴定终点。

三 电分析化学方法的特点

电分析化学是分析化学领域中发展迅速、应用日益广泛的学科分支。与其他的分析方法相比,电分析化学法具有许多显著的特点,主要有:

(1)分析速度快,如伏安或极谱分析法可以一次同时测定多种被分析物。

(2)灵敏度高,可用于痕量甚至超痕量组分的分析,如脉冲极谱、溶出伏安等方法都具有非常高的灵敏度,可测定浓度低至10-11mol·L-1、含量为10-9量级的组分。

(3)所需试样的量较少,试样的预处理手续一般也比较简单。所使用的仪器简单、经济,且易于实现自动控制。

(4)由于电分析化学法测量所得到的值是物质的活度而非浓度,从而在生理、医学上有较为广泛的应用。电分析化学法适用于进行微量操作,如微型电极,可直接刺让入生物体内,测定细胞内原生质的组成,适用于活体分析和监测。

(5)电分析化学法可用于各种化学平衡常数的测定以及化学反应机理的研究。

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