11.7: Підсумок глави та ключові терміни

Резюме глави

У цьому розділі ми представили три електрохімічні методи аналізу: потенціометрія, кулометрія та вольтамметрія. У потенціометрії ми вимірюємо потенціал на індикаторному електроді, не пропускаючи через електрохімічну комірку значного струму, і використовуємо рівняння Нернста для обчислення активності аналіта після обліку потенціалів переходу.

Існує два широких класи потенціометричних електродів: металеві електроди і мембранні електроди. Потенціал металевого електрода є результатом окислювально-відновної реакції на поверхні електрода. Електрод першого роду реагує на концентрацію його катіону в розчині, таким чином, потенціал дроту Ag визначається активністю Ag ⁺ в розчині. Якщо інший вид знаходиться в рівновазі з іоном металу, потенціал електрода також реагує на концентрацію цього виду. Наприклад, потенціал дроту Ag в розчині Cl ^- реагує на концентрацію Cl ^- оскільки відносні концентрації Ag ⁺ і Cl ^- фіксуються продуктом розчинності для AgCl. Ми називаємо це електродом другого роду.

Потенціал мембранного електрода визначається різницею в складі розчину з кожного боку мембрани. Електроди, які використовують скляну мембрану, реагують на іони, які зв'язуються з негативно зарядженими ділянками на поверхні мембрани. Електрод pH - один із прикладів електрода скляної мембрани. Інші види мембранних електродів включають ті, які використовують нерозчинні кристалічні тверді речовини або рідкі іонообмінники, включені в гідрофобну мембрану. Прикладом твердотільного електрода є F ^— іоноселективний електрод, який використовує монокристал LaF ₃ в якості іоноселективної мембрани. Іоноселективний електрод Ca ²⁺, в якому хелатуючий ліганд ді- (n -децил) фосфат іммобілізований в ПВХ-мембрані, є прикладом іоноселективного електрода на рідкій основі.

Потенціометричні електроди призначені для реагування на молекули за допомогою хімічної реакції, яка виробляє іон, концентрація якого визначається за допомогою традиційного іоноселективного електрода. Газочутливий електрод, наприклад, включає газопроникну мембрану, яка ізолює іоноселективний електрод від газу. Коли газофазний аналіт дифундує по мембрані, він змінює склад внутрішнього розчину, який контролюється іоноселективним електродом. Таким же чином працюють ферментні електроди.

Кулометричні методи засновані на законі Фарадея про те, що загальний заряд або струм, що пройшли під час електролізу, пропорційний кількості реагентів і продуктів, що беруть участь в окисно-відновній реакції. Якщо електроліз є 100% ефективним, що означає, що тільки аналіт окислюється або зменшується, то ми можемо використовувати загальний заряд або загальний струм для визначення кількості аналіту в зразку. У кулометрії з керованим потенціалом застосовуємо постійний потенціал і вимірюємо результуючий струм як функцію часу. У кулометрії з контрольованим струмом струм утримується постійним, і ми вимірюємо час, необхідний для повного окислення або зменшення аналіту.

У вольтамметрії вимірюємо струм в електрохімічній комірці як функцію прикладеного потенціалу. Існує кілька різних вольтамметричних методів, які відрізняються в плані вибору робочого електрода, як ми застосовуємо потенціал, і чи включаємо конвекцію (перемішування) як засіб транспортування матеріалу до робочого електрода.

Поларографія - це вольтамметрична методика, яка використовує ртутний електрод і неперемішуваний розчин. Звичайна полярографія використовує падаючий ртутний електрод, або статичний ртутний краплинний електрод, і лінійне сканування потенціалу. Інші форми полярографії включають нормальну пульсову полярографію, диференціальну імпульсну полярографію, сходову полярографію та квадратно-хвильову полярографію, всі з яких використовують серію потенційних імпульсів.

У гідродинамічній вольтамметрії розчин перемішують, використовуючи або магнітну смугу перемішування, або обертаючи електрод. Оскільки розчин перемішується, крапельний ртутний електрод не використовується; замість цього ми використовуємо твердий електрод. Може застосовуватися як лінійне сканування потенціалу, так і потенційні імпульси.

При зачистці вольтамметрії аналіт осідає на електроді, як правило, в результаті реакції окислення або відновлення. Потім потенціал сканується, або лінійно, або за допомогою потенційних імпульсів, у напрямку, який видаляє аналіт шляхом реакції відновлення або окислення.

Амперометрія - вольтамметричний метод, при якому ми докладаємо до електрода постійний потенціал і вимірюємо отриманий струм. Амперометрія найчастіше використовується при побудові хімічних датчиків для кількісного аналізу одиночних аналітів. Одним з важливих прикладів є електрод Clark O ₂, який реагує на концентрацію розчиненого O ₂ в розчині, таких як кров і вода.

Ключові умови

амальгама анодний струм катод кулометрія контрольованого струму кулометричні титрування поточний ККД дифузійний шар електрохімічно незворотні електрод другого роду ферментні електроди гальваностат підвісний ртутний електрод іонофор граничний струм посередник міграція надлишковий потенціал потенціометра окислювально-відновний електрод соляний міст електрод срібло/хлорид срібла статичний ртутний електрод вольтамметрія

амперометрія потенціал асиметрії катодний струм кулометрія з контрольованим потенціалом кулометрія циклічна вольтамметрія падіння ртутного електрода електрохімічно оборотний електрохімія фарадаїчний струм газочутливий електрод гідродинамічна вольтамметрія іонно-селективний електрод іонно-селективний електрод на рідкій основі мембранний потенціал нефарадаїчний струм піковий струм потенціостат опорний електрод насичений каломелевий електрод твердотільні іонселективні електроди зачистка вольтамметрії вольтаммограма

анод допоміжний електрод зарядний струм конвекція лічильник електрода дифузії електричний подвійний шар електрод першого роду електрогравіметрія Закон Фарадея скляний електрод індикаторний електрод потенціал переходу масовий транспорт ртутний плівковий електрод Закон Ома полярографія пульсова полярографія залишковий струм коефіцієнт вибірковості стандартний електрод водню буфер регулювання загальної іонної сили робочий електрод