- •Введение
- •Общие сведения о методах и средствах исследования пищевых продуктов
- •Тема 1. Отбор и подготовка пробЫ к анализу
- •Тема 2. Погрешности анализа, обработка результатов измерений, методы оценки точности методик
- •2.1. Аналитический сигнал. Методы измерения
- •2.2. Погрешности анализа. Представление результатов анализа
- •2.3. Статистическая обработка результатов прямых равноточных наблюдений (определений)
- •2.4. Оценка грубых погрешностей (промахов)
- •Тема 3. Титриметрический анализ
- •3.1. Характеристика титриметрического метода. Кривые титрования
- •3.2. Классификация титриметрических методов анализа
- •3.3. Кислотно-основное титрование
- •3.4. Комплексонометрическое титрование
- •3.5. Окислительно-восстановительное титрование
- •3.6. Осадительное титрование
- •Тема 4. Радиометрический анализ и радиационный контроль
- •Тема 5. Электрохимические методы анализа
- •5.1. Потенциометрический метод анализа
- •5.2. Кондуктометрический метод анализа
- •5.3. Кулонометрический метод анализа
- •5.4. Вольтамперометрический метод анализа
- •Тема 6. Оптические методы исследования
- •6.1. Рефрактометрический анализ
- •6.2. Поляризационный анализ
- •6.3. Нефелометрический и турбидиметрический анализы
- •Тема 7. Спектроскопические методы исследования
- •7.1. Понятие спектроскопии. Типы спектров
- •7.2. Фотометрический метод анализа
- •7.3. Радиоспектроскопия, ядерный магнитный и электронный парамагнитный резонансы
- •7.4. Инфракрасная спектроскопия
- •7.5. Ультрафиолетовая спектроскопия
- •7.6. Лазерная спектроскопия
- •7.7. Масс-спектрометрия
- •7.8. Атомно-абсорбционная спектроскопия
- •7.9. Атомно-эмиссионная спектроскопия
- •7.10. Люминесцентный анализ
- •Тема 8. Рентгеновские методы исследования
- •8.1. Рентгеновская спектроскопия
- •8.2. Рентгеновский структурный анализ
- •8.3. Рентгеновский фазовый анализ
- •Тема 9. Хроматография и родственные методы
- •9.1. Понятие, особенности и классификация хроматографии
- •9.2. Газовая хроматография
- •9.3. Жидкостная хроматография
- •9.4. Ионная хроматография
- •9.5. Капиллярный электрофорез
- •Тема 10. Микроскопические методы исследования
- •10.1. Понятие микроскопии
- •10.2. Световая микроскопия
- •10.3. Электронная микроскопия
- •Тема 11. Физические методы исследования
- •11.1. Термический анализ
- •Отклонение стрелок гальванометров
- •11.2. Методы измерения тепловых и термоэлектрических характеристик
- •11.3. Методы измерения электрофизических характеристик проводящих материалов
- •11.4. Методы измерения диэлектрических свойств
- •11.5. Электрические измерения неэлектрических величин
- •11.6. Измерение магнитных свойств материалов
- •11.7. Электрические и магнитные методы контроля состава и свойств материалов. Устройства и методы неразрушающего контроля
- •Тема 12. Электронные датчики химического состава (Химические сенсоры)
- •12.1. Классификация датчиков
- •12.2. Химические датчики (сенсоры)
- •12.3. Биосенсоры
- •12.4. Оптические химические сенсоры
- •12.5. Интеллектуальные сенсорные системы («электронный нос» и «электронный язык»)
- •Список литературы
- •Содержание
Тема 5. Электрохимические методы анализа
5.1. Потенциометрический метод анализа
Электрохимические методы анализа основаны на изучении и использовании процессов, протекающих на поверхности электрода или в приэлектродном пространстве. Любой электрический параметр (потенциал, сила тока, сопротивление и др.), функционально связанный с концентрацией анализируемого раствора и поддающийся правильному измерению, может служить аналитическим сигналом.
Различают прямые и косвенные электрохимические методы. В прямых методах используют зависимость силы тока (потенциала и др.) от концентрации определяемого компонента. В косвенных методах силу тока (потенциал и т. д.) измеряют с целью нахождения КТТ определяемого компонента подходящим титрантом, т. е. используют зависимость измеряемого параметра от объема титранта.
Для любого рода электрохимических измерений необходима электрохимическая цепь или электрохимическая ячейка, составной частью которой является анализируемый раствор.
Потенциометрические методы основаны на измерении разности потенциалов индикаторного электрода и электрода сравнения или, точнее, электродвижущих сил (ЭДС) различных цепей, поскольку экспериментально измеряется именно ЭДС, являющаяся разностью потенциалов.
Равновесный потенциал индикаторного электрода связан с активностью и концентрацией веществ, участвующих в электродном процессе, уравнением Нернста:
Е = Е0 + R T : (n F) ln (аокис : авосст),
Е = Е0 + R T : (n F) ln (окисл үокисл : (восст үвосст)), (5.1)
где Е0 – стандартный потенциал редокс-системы;
R– универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль·К);
Т– абсолютная температура;
F –постоянная Фарадея (96 500 Кл/моль);
n– число электронов, принимающих участие в электродной реакции;
аокис, авосст – активности, соответственно, окисленной и восстановленной форм редокс-системы;
окисл и восст – их молярные концентрации;
үокис, үвосст – коэффициенты активности.
Подставляя Т = 298,15 К и числовые значения констант в уравнение, получаем:
Е = Е0 + (0,059 : n) lg (аокис : авосст),
Е = Е0 + (0,059 : n) lg (окисл үокисл : восст үвосст)). (5.2)
Методы прямой потенциометрии основаны на применении уравнения Нернста для нахождения активности или концентрации участника электродной реакции по экспериментально измеренной ЭДС цепи или потенциалу электрода. Наибольшее распространение среди прямых потенциометрических методов получил метод определения рН. Показатель рН измеряют и методом потенциометрического титрования.
Для определения рН чаще всего используют стеклянный электрод, основными достоинствами которого являются простота работы, быстрое установление равновесия и возможность определения рН в окислительно-восстановительных системах; к недостаткам относятся хрупкость материала электрода и сложность работы при переходе к сильнощелочным и сильнокислым растворам.
Кроме концентрации ионов водорода прямым потенциометрическим методом с ионоселективными электродами можно определить содержание нескольких десятков различных ионов.
Потенциометрическое титрование основано на определении точки эквивалетности по результатам потенциометрических измерений. Вблизи ТЭ происходит резкое изменение (скачок) потенциала индикаторного электрода. Так же, как и в других титриметрических методах, реакции потенциометрического титрования должны протекать строго стехиометрически, иметь высокую скорость и идти до конца. Для потенциометрического титрования собирают цепь из индикаторного электрода в анализируемом растворе и электрода сравнения. В качестве электродов сравнения чаще всего используют каломельный или хлорсеребряный электроды.
Основными достоинствами метода потенциометрического титрования являются высокая точность и возможность проводить определения в разбавленных растворах, мутных и окрашенных средах, а также определять несколько веществ в одном растворе без предварительного разделения. Значительно расширяется область практическо- го применения потенциометрического титрования при использовании неводных растворителей. Они позволяют анализировать многокомпонентные системы, которые в водном растворе определить не удается, проводить анализ веществ, не растворимых или разлагающихся в воде, и т. д. Потенциометрическое титрование легко может быть автоматизировано. К недостаткам потенциометрического титрования можно отнести не всегда быстрое установление потенциала после добавления титранта и необходимость проведения во многих случаях большого количества отсчетов.
В потенциометрическом анализе основными измерительными при- борами являются потенциометры различных типов. Потенциометры в комплекте с соответствующим ионоселективным электродом носят название иономеров. Если потенциометр и электродная система предназначены для измерения активности только водородных ионов, прибор называется рН-метром.