Metody badań składu chemicznego

Transkrypt

1 Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Kierunek: Inżynieria Materiałowa Metody badań składu chemicznego Ćwiczenie : Elektrochemiczna analiza śladów (woltamperometria) (Sprawozdanie drukować dwustronnie i wypełniać odręcznie) Imię i Nazwisko Numer grupy Data wykonania ćwiczenia Data oddania sprawozdania OCENA 1) Woltamperometria Woltamperometria to elektrochemiczna metoda analizy oparta na pomiarze prądu związanego z przebiegiem reakcji elektrodowej. Aby mierzony prąd odzwierciedlał przebieg procesu muszą być spełnione następujące warunki: a) procesy zachodzą na elektrodzie pracującej (WORK), która ma niewielką powierzchnię i jest elektrodą polaryzowalną; b) druga elektroda w układzie to odwracalna i niepolaryzowalna elektroda odniesienia (REF); c) potencjał el. WORK jest zmieniany w trakcie pomiaru zgodnie z programem wynikającym ze stosowanej techniki; d) mierzony prąd jest rejestrowany w postaci zależności od przyłożonego napięcia tworząc krzywą o kształcie fali lub piku (woltamogram); e) w roztworze badanym oprócz substancji oznaczanej depolaryzatora obecny jest celowo dodany elektrolit podstawowy zapewniający przewodnictwo roztworu. Zakres polaryzacji elektrody ograniczony jest od strony potencjałów ujemnych rozkładem elektrolitu podstawowego (wydzielaniem wodoru) a od strony potencjałów dodatnich elektrochemicznym rozpuszczaniem materiału elektrody. Zakres polaryzacji zależy od składu i kwasowości elektrolitu podstawowego i przeciętnie wynosi +0. do -1.5 V. Współcześnie najczęściej stosowany jest w pomiarach układ trójelektrodowy. Dodatkowa stosowana w tym układzie elektroda - elektroda pomocnicza (AUX) przyjmuje prąd płynący przez elektrodę pracującą. Tlen jako rozpuszczalny w wodzie składnik powietrza obecny jest we wszystkich roztworach. Ulega on dwustopniowej redukcji (dwie fale) wg mechanizmu zależnego od kwasowości środowiska. W roztworach kwaśnych, w pierwszym etapie powstaje nadtlenek wodoru, w drugim woda: (1) O + H + + e - = H O () H O + H + + e - = H O W woltamperometrii sygnałem analitycznym jest prąd związany z redukcją lub utlenianiem oznaczanej substancji (depolaryzata) na el. WORK. Mierzonym prądem jest prąd dyfuzyjny. Jego wartość zależy od stężenia (c); współczynnika dyfuzji (D); powierzchni elektrody (A) i szybkości zmiany potencjału elektrody (szybkości polaryzacji - V) (rów. Randlesa-Sevcika): i 1 1 p kn CAD V [ A] Sygnałem tła w pomiarach woltamperometrycznych jest prąd pojemnościowy czyli prąd ładowania tzw. warstwy podwójnej. Jego wartość jest proporcjonalna do szybkości polaryzacji elektrody. W celu jego eliminacji stosuje się techniki impulsowe, w których wykorzystuje się fakt, że składowa faradajowska maleje ~1/ t, natomiast składowa pojemnościowa maleje ~exp(-t/rc). Najwyższą czułość oznaczenia osiąga się w technikach stripingowych, gdzie pomiar realizowany jest w dwóch etapach. W I etapie (zatężanie) na el. WORK gromadzony jest analit. W II etapie (striping), w wyniku zmiany potencjału elektrody zatężony analit ulega reakcji elektrodowej. Wzrost czułości i obniżenie granicy oznaczalności wynika z faktu, że zatężanie następuje na powierzchni (w objętości) elektrody, która jest znikomo mała w stosunku do objętości roztworu. Interpretacja jakościowa - informacja o rodzaju substancji ulegającej rekcji elektrodowej związana jest z położeniem piku (fali) względem osi potencjałów. Położenie to określone jest przez potencjał półfali (E 1/ ) lub potencjał piku (E p ). Wielkości te są charakterystyczne dla poszczególnych depolaryzatorów. Interpretacja ilościowa woltamogramu związana jest z jego charakterystycznym prądem, którym może być wysokość fali lub wysokość piku (i p ). Prawidłowa interpretacja wymaga usunięcia szumów i odjęcia tła. 1

2 Przebieg ćwiczeń: Ćwiczenie 1: Rejestracja/charakterystyka fal tlenowych i ich wpływ na kształt i położenie woltamperogramu. Aparatura:. Odczynniki:.. Parametry pomiaru:.. Przebieg ćwiczenia: Tabela wyników: lp Czas odtleniania [s] E p I i p I [μa] E p II i p II [μa]

3 Wykres zależności: i p1 = f(t odt ) i i p = f(t odt ) Wnioski:.. Ćwiczenie : Wyznaczenie krzywych kalibracji (y = a + bx) dla niskich stężeń kadmu i ołowiu metodą anodowej woltamperometrii stripingowej z zastosowaniem kroplowej elektrody rtęciowej Aparatura:. Odczynniki:.. Parametry pomiaru:.. Przebieg ćwiczenia:

4 Tabela wyników: lp Dodatek wzorca 1 0 E p;pb(ii) I p; Pb(II) E p; Cd(II) I p; Cd(II) Wykres zależności: i p; Pb(II) = f(c Pb(II) ) i i p; Cd(II) = f(c Cd(II) ) Krzywa kalibracji dla jonów Pb + : a = b = r =. Wyznaczona granica oznaczalności jonów Pb + :.. Krzywa kalibracji dla jonów Cd + : a = b = r =. Wyznaczona granica oznaczalności jonów Cd + :.. Wnioski:..

5 Ćwiczenie : Pomiary rzeczywiste oznaczanie... Aparatura:. Odczynniki:.. Parametry pomiaru:..... Przebieg ćwiczenia: Tabela wyników: Dodatek wzorca lp 1 0 E p I p; E p; I p; Wykres zależności: i p; = f( ) i i p; = f( ) 5

6 Wyznaczone stężenie jonów: r =.. WNIOSKI KOŃCOWE. 6