Metody badań fizykochemicznych w inżynierii środowiska. Wykład na kierunku IŚ studia III stopnia Ewa Regulska

Transkrypt

1 Metody badań fizykochemicznych w inżynierii środowiska Wykład na kierunku IŚ studia III stopnia Ewa Regulska 1

2 ANALIZA ILOŚCIOWA KLASYCZNA Analiza objętościowa (miareczkowa) - alkacymetria - redoksymetria - kompleksometria - analiza strąceniowa (argentometria) Wagowa INSTRUMENTALNA Metody spektroskopowe - spektroskopia molekularna (UV-Vis, IR, NMR) - spektroskopia atomowa (ASA, ESA) Elektrochemiczne (elektroanalityczne) - potencjometria - elektrograwimetria, kulometria - polarografia, woltamperometria - konduktometria Metody chromatograficzne 2

3 ANALIZA OBJĘTOŚCIOWA (analiza miareczkowa) 3

4 Klasyfikacja metod miareczkowania 1. Ze względu na metodę instrumentalną zastosowaną do obserwacji przebiegu miareczkowania (metody potencjometryczne, amperometryczne, konduktometryczne, spektrofotometryczne) 2. Ze względu na sposób miareczkowania bezpośrednie substancja miareczkowana reaguje bezpośrednio z dodawanym tirtrantem pośrednie substancja miareczkowana nie reaguje bezpośrednio z titrantem 4

5 Klasyfikacja metod miareczkowania 3. Ze względu na rodzaj reakcji miareczkowania Miareczkowanie alkacymetryczne (kwas zasada) metoda oparta na reakcji zobojętniania Miareczkowanie kompleksometryczne metoda miareczkowania oparta na tworzeniu się rozpuszczalnych i słabo zdysocjowanych kompleksów. Miareczkowanie redoksymetryczne metoda miareczkowania oparta na reakcjach utleniania i redukcji. Miareczkowanie strąceniowe metoda miareczkowania polegająca na wydzieleniu z miareczkowanego roztworu trudno rozpuszczalnego osadu pod działaniem odczynnika miareczkującego. 5

6 Analiza elektrochemiczna Zjawiska związane: z przepływem prądu przez roztwory elektrolitów, z reakcjami zachodzącymi na elektrodach w zetknięciu z roztworami elektrolitów 6

7 Podział metod elektroanalitycznych 1. Reakcja elektrodowa przebiega bez przyłożonego napięcia zewnętrznego - potencjometria - oparta na pomiarze SEM ogniwa otwartego 2. Reakcja elektrodowa przebiega z przyłożonym napięciem z zewnętrznego źródła prądu Przepływający prąd jest wykorzystywany do monitorowania reakcji elektrolizy. - polarografia - amperometria - metody elektrograwimetryczne - kulometria 7

8 Podział metod elektroanalitycznych c.d. 3. Nie przebiega reakcja elektrodowa - konduktometria - oscylometria 4. Metody oparte na badaniu zmian w elektrochemicznej warstwie podwójnej - tensammetria 8

9 Przewodnictwo jako funkcja stężenia analitu KONDUKTOMETRIA 9

10 Podstawy teoretyczne I prawo Ohma II prawo Ohma Przewodnictwo (przewodność elektryczna), jednostka Przewodnictwo właściwe, jednostka Przewodnictwo molowe Prawo Kohlrauscha 10

11 graniczne jon ruchliwość jonu j przewodnictwo [cm 2. s -1. V ] [S cm 2 mol -1 ] H + 363,0 349,8 OH - 205,0 198,6 Li + 40,1 38,7 Na + 51,9 50,1 K + 76,1 73,5 Zn 2+ 52,8 105,6 Cl - 79,1 76,4 Br - 81,2 78,1 I - 79,5 76,8 SO ,0 160,0 11

12 Mostek Wheatstone a do pomiaru oporności R 1 R 3 G ~ A R 2 R x Jeśli R 1 =R 3 to A wskazuje 0, gdy R 2 = R x S k l l S [ cm 1 ] 12

13 Metody pomiary przewodnictwa Pomiar bezpośredni Miareczkowanie konduktometryczne 13

14 Konduktometria bezpośrednia metoda nieselektywna stosowana gdy: przewodnictwo jest wystarczającym źródłem informacji (np. w kontroli procesów zmiękczania wody); selektywność jest zbędna (np. do reaktora doprowadzany jest jeden składnik); selektywność można uzyskać w inny sposób (np. stosując odpowiednie odczynniki pomocnicze konduktometryczne analizatory gazów) W konduktometrii bezpośredniej przy wymaganej dużej dokładności niezbędna jest kontrola temperatury. 14

15 Zastosowanie konduktometrii Detektory konduktometryczne (w chromatografii, elektroforezie kapilarnej) Przemysłowa analiza roztworów kontrola procesów technologicznych, np. oczyszczania wody, charakterystyka wody destylowanej, wody kotłowej, ścieków, oznaczanie zawartości tlenu w wodach Pomiar wilgoci w ciałach stałych Pośredni pomiar zawartości CO, CO 2, H 2 S, NH 3, CH 4 w powietrzu 15

16 Fuel 86 (2007) , Conductometric determination of total acidity and chloride content in automotive fuel ethanol, H.M. Avelar, P.J. S. Barbeira ITBM-RBM 29 (2008) Alkaline phosphatase conductometric biosensor for heavy-metal ions determination, A.L. Berezhetskyy, O.F. Sosovska, C. Durrieu, J.-M. Chovelon, S.V. Dzyadevych, C. Tran-Minh Materials Science and Engineering C 28 (2008) Novel sucrose three-enzyme conductometric biosensor O.O. Soldatkin, V.M. Peshkova, S.V. Dzyadevych, A.P. Soldatkin, N. Jaffrezic-Renault, A.V. El'skaya AnalyticaChimica Acta ( ) Development of a conductometric phosphate biosensor based on tri-layer maltose phosphorylase composite films Zhiqiang Zhanga,b, Nicole Jaffrezic-Renaulta,, Franc ois Bessueille a, Didier Leonarda, Siqing Xiab, Xuejiang Wangb, Ling Chenb, Jianfu Zhao Biosensors and Bioelectronics 24 (2009) , Zhiqiang Zhang et al. A novel nitrite biosensor based on conductometric electrode modified with cytochrome c nitrite reductase composite membrane 16