Woltamperometria stripingowa

Podobne dokumenty
Metody badań składu chemicznego

Polarografia jest metodą elektroanalityczną, w której bada się zależność natężenia prądu płynącego przez badany roztwór w funkcji przyłożonego do

ĆWICZENIE NR 3 POMIARY WOLTAMPEROMETRYCZNE

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

Zawartość wybranych metali ciężkich ołowiu i kadmu w glebach, i ich toksyczny wpływ na rozwój roślin

Ćwiczenie 2: Elektrochemiczny pomiar szybkości korozji metali. Wpływ inhibitorów korozji

Politechnika Łódzka Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności. Ćwiczenie 1

Katedra Inżynierii Materiałowej

Podstawy elektrochemii i korozji

LABORATORIUM KOROZJI MATERIAŁÓW PROTETYCZNYCH

Ćwiczenie 8 Analityczne wykorzystywanie zmiennoprądowych i pulsowych technik woltamperometrycznych.

ĆWICZENIE 2 Analityczne wykorzystanie zmiennoprądowych i pulsowych technik woltamperometrycznych

Wpływ ph, metali ciężkich oraz siarczanów występujących w wodach Ojcowskiego Parku Narodowego na życie w oczku wodnym.

WOLTAMPEROMETRIA INWERSYJNA (SV)

Woltamperometryczne oznaczenie paracetamolu w lekach i ściekach

CHEMICZNA ANALIZA INSTRUMENTALNA

Czujniki amperometryczne, woltamperometryczne

OZNACZANIE Se(IV) W OBECNOŚCI Se(VI) METODĄ ANODOWEJ WOLTAMPEROMETRII STRIPINGOWEJ Z ZASTOSOWANIEM ZESPOLONEJ MIKROELEKTRODY ZŁOTEJ

Wyznaczanie parametrów równania Tafela w katodowym wydzielaniu metali na elektrodzie platynowej

Optymalizacja warunków pomiarowych dla oznaczeń woltamperometrycznych na przykładzie analizy ilościowej kwasu askorbinowego (witamina C)

Politechnika Warszawska Wydział Chemiczny WOLTAMPEROMETRIA. Opracował: mgr inż. Iwona Ufnalska. WARSZAWA, 2015 r.

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

WOLTAMPEROMETRIA PULSOWA RÓŻNICOWA (DPV)

Ćwiczenie 2. Charakteryzacja niskotemperaturowego czujnika tlenu. (na prawach rękopisu)

Woltamperometryczna metoda oznaczania platynowców na stałej elektrodzie bizmutowej

cyklicznej woltamperometrii

Ć W I C Z E N I E 6. Nadnapięcie wydzielania wodoru na metalach

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

ELEKTROGRAWIMETRIA. Zalety: - nie trzeba strącać, płukać, sączyć i ważyć; - osad czystszy. Wady: mnożnik analityczny F = 1.

Ć W I C Z E N I E 7 WPŁYW GĘSTOŚCI PRĄDU NA POSTAĆ OSADÓW KATODOWYCH MIEDZI

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

PL B1. Uniwersytet Śląski w Katowicach,Katowice,PL BUP 20/05. Andrzej Posmyk,Katowice,PL WUP 11/09 RZECZPOSPOLITA POLSKA

Andrzej Sobkowiak Rzeszów, dnia 11 maja 2013 r. Wydział Chemiczny Politechniki Rzeszowskiej

Wpływ procesu uzdatniania wody i filtracji na złożu antracytowym na stężenie jonów kadmu i ołowiu w wodzie

Grafitowa elektroda pastowa modyfikowana nanocząsteczkami tlenku itru i jej użycie w analizie woltamperometrycznej

RECENZJA. rozprawy doktorskiej mgr Dariusza Guziejewskiego pt:

ANALIZA ŚLADOWYCH ZANIECZYSZCZEŃ ŚRODOWISKA I ROK OŚ II

Podstawy elektrochemii

Oznaczanie zawartości chromu w wodach potoku Kluczwody metodą woltamperometryczną

Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali. Zadania

METODY BADAŃ SKŁADU CHEMICZNEGO

Katedra Chemii Analitycznej Metody elektroanalityczne. Ćwiczenie nr 5 WOLTAMPEROMETRIA CYKLICZNA

WYBRANE TECHNIKI ELEKTROANALITYCZNE

Cz. 5. Podstawy instrumentalizacji chromatografii. aparatura chromatograficzna w skali analitycznej i modelowej - -- w części przypomnienie -

RÓWNOWAGI REAKCJI KOMPLEKSOWANIA

Badanie zawartości wybranych metali ciężkich ołowiu i kadmu w przekroju gleby

Woltamperometria Cykliczna instrukcja do ćwiczenia mgr inż. Marta Kasprzyk

Spis treści CZĘŚĆ I. PROCES ANALITYCZNY 15. Wykaz skrótów i symboli używanych w książce... 11

Badania elektrochemiczne. Analiza krzywych potencjodynamicznych.

Potencjometryczna metoda oznaczania chlorków w wodach i ściekach z zastosowaniem elektrody jonoselektywnej

OZNACZANIE KWASU FOLIOWEGO NA BŁONKOWEJ ELEKTRODZIE OŁOWIOWEJ METODĄ ADSORPCYJNEJ WOLTAMPEROMETRII STRIPINGOWEJ (AdSV)

Wyższa Szkoła Inżynierii Dentystycznej w Ustroniu

1. za pomocą pomiaru SEM (siła elektromotoryczna róŝnica potencjałów dwóch elektrod) i na podstawie wzoru wyznaczenie stęŝenia,

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

Woltamperometryczne oznaczanie octanu cyproteronu w próbkach wody poddanych procesowi filtracji na węglu aktywnym

Elektrochemiczna detekcja wybranych flawonoidów w warunkach przepływowych z zastosowaniem zimnych i gorących mikroelektrod platynowych i złotych

Metody Badań Składu Chemicznego

Woltamperometryczne oznaczanie kadmu na elektrodzie błonkowej (MFE rtęciowa elektroda błonkowa) Uruchom program PSLite 1.8

PODSTAWY OBLICZEŃ CHEMICZNYCH.. - należy podać schemat obliczeń (skąd się biorą konkretne podstawienia do wzorów?)

Chemia - laboratorium

PROGRAM mealab 2.1 DLA WINDOWS XP, WINDOWS VISTA, WINDOWS 7 oraz WINDOWS 8. Pomiary z wykorzystaniem mikroelektrod

NOWOCZESNE TECHNIKI BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Beata Grabowska, pok. 84A, Ip

CHEMIA KLASA II I PÓŁROCZE

WOLTAMPEROMETRIA PULSOWA RÓŻNICOWA (DPV) i WOLTAMPEROMETRIA INWERSYJNA (SV)

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 2 Temat: Wyznaczenie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faradaya.

3.Polarografia. Literatura

ANALITYKA PROCESOWA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI WYKŁAD SYSTEMY ANALITYKI PROCESOWEJ

Schemat ogniwa:... Równanie reakcji:...

WOLTAMPEROMETRIA - OZNACZANIE STĘŻENIA METALI CIĘŻKICH W ROZTWORZE VOLTAMMETRY - DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF HEAVY METALS IN SOLUTIONS

2 INSTRUKCJA OBSŁUGI ANALIZATORA M161E

Wzmacniacze operacyjne

Parametry krytyczne podczas walidacji procedur analitycznych w absorpcyjnej spektrometrii atomowej. R. Dobrowolski

Miareczkowanie kulometryczne

Oznaczenie zawartości metali ciężkich w próbkach środowiskowych z terenu Doliny Kluczwody

OZNACZENIE JAKOŚCIOWE I ILOŚCIOWE w HPLC

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

Wymagania programowe na poszczególne oceny. IV. Kwasy. Ocena bardzo dobra. Ocena dostateczna. Ocena dopuszczająca. Ocena dobra [1] [ ]

Analit 3 (2017) 64 75

Pytania przykładowe na kolokwium zaliczeniowe z Podstaw Elektrochemii i Korozji

PL B1. 3-elektrodowy układ do pomiaru pojemności elektrycznej membrany osadzonej na elektrodzie

Walidacja metod analitycznych Raport z walidacji

ANALIZA SPECJACYJNA. Oznaczanie Se(IV) w obecności Se(VI) metodą katodowej woltamperometrii inwersyjnej.

LABORATORIUM ELEKTRONIKI ĆWICZENIE 4 POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

Wymagania edukacyjne niezbędne do uzyskania poszczególnych śródrocznych i rocznych ocen klasyfikacyjnych. CHEMIA klasa II.

Wymagania z chemii na poszczególne oceny Klasa 2 gimnazjum. Kwasy.

Podstawy elektrochemii i korozji Ćwiczenie 5. Korozja. Diagramy Pourbaix. Krzywe polaryzacyjne. Wyznaczanie parametrów procesów korozji.

Fig. 1 Wzór strukturalny karnozyny z ponumerowanymi miejscami oddziaływania z bisbitiofenowymi monomerami funkcyjnymi.

Pytania z Wysokosprawnej chromatografii cieczowej

PODSTAWY CHEMII ANALITYCZNEJ. Miareczkowanie strąceniowe

Różne dziwne przewodniki

Budowa. Metoda wytwarzania

Badanie zawartości cynku i ołowiu w grzybie jadalnym i glebie

Wymagania programowe na poszczególne oceny. Chemia Kl.2. I. Kwasy

ODPORNOŚĆ KOROZYJNA STALI 316L W PŁYNACH USTROJOWYCH CZŁOWIEKA

Zasady oceniania z chemii w klasie II w roku szkolnym 2015/2016. Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra

DOKUMENTACJA SYSTEMU ZARZĄDZANIA LABORATORIUM. Procedura szacowania niepewności

WYMAGANIA EDUKACYJNE na poszczególne oceny śródroczne i roczne Z CHEMII W KLASIE II gimnazjum

Spis treści. Wstęp... 9

Transkrypt:

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA WYDZIAŁ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I CERAMIKI KATEDRA CHEMII ANALITYCZNEJ Woltamperometria stripingowa Opracowanie: Dr inż. Robert Piech Prof. dr hab. Władysław W. Kubiak 1

Woltamperometria i polarografia impulsowa, metody stripingowe Kolejny sposób eliminacji prądu pojemnościowego zastosowany jest w technikach impulsowych. Wykorzystany jest tu fakt, że po szybkiej zmianie potencjału polaryzującego (związanej np. z impulsem napięciowym) prąd szybko wzrasta a następnie zmniejsza się. Jednak poszczególne składowe zmniejszają się z różną szybkością. I tak: składowa faradajowska maleje proporcjonalnie do 1/ t składowa pojemnościowa maleje proporcjonalnie do exp(-t/rc) W typowych warunkach pomiaru spadek wykładniczy jest znacznie szybszy i już po ok. ms składowa pojemnościowa jest bliska zeru, podczas gdy składowa faradajowska ma wciąż znaczną wartość. Taki sposób prowadzenia pomiaru, oprócz zysku wynikającego ze wzrostu prądu w wyniku polaryzacji impulsowej daje poprawę stosunku użytecznej składowej faradajowskiej do zakłócającej składowej pojemnościowej. Technika występuje w dwóch odmianach: normalnej (np) i różnicowej (dp). W technice normalnej impulsowej elektroda polaryzowana jest impulsami o systematycznie zmieniającej się wysokości względem potencjału odniesienia. Prąd próbkowany jest na impulsie po upływie czasu t w koniecznego na zmniejszenie składowej pojemnościowej. W technice normalnej można stosować próbkowanie podwójne - wówczas odejmowany jest prąd płynący przy potencjale odniesienia. Co przedstawiono na rysunku 1. A 3,5 3, B,5 - E tw tp Prąd piku [μa], 1,5 1,,5, Czas - -3-4 -5-6 -7-8 -9 Potencjał [m V ] Rys.1. (A) Zmiany potencjału elektrody pracującej w czasie dla techniki NP, (B) krzywa woltamperometryczna (NPV) dla 5 1-5 M Cd + zarejestrowana w,1m KCl w zakresie potencjałów od -, do -,9V. W technice impulsowej różnicowej (nazywanej dawniej impulsową różniczkową) impulsy o stałej wysokości nałożone są na liniowo (lub schodkowo w nowoczesnych

cyfrowych lub skomputeryzowanych instrumentach) zmieniające się napięcie. Prąd próbkowany jest dwukrotnie - przed impulsem i na impulsie a rejestrowana jest ich różnica. Technika impulsowa różnicowa jest najczulszą z omawianych technik woltamerometrycznych i pozwala na osiągnięcie najniższej granicy oznaczalności. Jednak we współczesnej analizie śladowej może to być niewystarczające. A,6,5 B,4 - E Prąd [μa],3,,1, Czas -3-4 -5-6 -7-8 Potencjał [m V ] Rys. 11. (A) Zmiany potencjału elektrody pracującej w czasie dla techniki DP, (B) krzywa woltamperometryczna (DPV) dla 5 1-5 M Cd + zarejestrowana w,1m KCl w zakresie potencjałów od -,3 do -,8V, amplituda impulsu ΔE = mv, potencjał schodka Es = mv. Dalsze obniżenie granicy oznaczalności możliwe jest w technikach stripingowych. W technikach tych pomiar realizowany jest w dwóch etapach. W pierwszym etapie, nazywanym zatężaniem, na elektrodzie gromadzony jest oznaczany składnik w wyniku: elektrolizy - ta technika nazywa się anodową woltamperometrią stripingową (ASV) lub woltamperometrią inwersyjną adsorpcji - adsorpcyjna woltamperometria stripingowa (AdSV) reakcji elektrodowej prowadzącej do utworzenia trudnorozpuszczalnego związku na powierzchni elektrody - katodowa woltamperometria stripingowa (CSV) W drugim etapie, nazywanym stripingiem, w wyniku zmiany potencjału elektrody nagromadzony depolaryzator ulega reakcji elektrodowej. W etapie stripingu rejestrowana jest krzywa woltamperometryczna w postaci piku a najczęściej wykorzystywana jest tu technika impulsowa różnicowa lub liniowa. 3

Anodowa woltamperometria stripingowa oznaczana jest skrótem ASV (ang. Anodic Stripping Voltammetry). Proces akumulacji (elektrolizy) realizowany jest poprzez elektrochemiczną redukcję oznaczanej substancji przy stałym potencjale najczęściej o ok.,v bardziej ujemnym niż potencjał półfali w polarografii klasycznej, połączony z jednoczesnym mieszaniem roztworu. Proces gromadzenia przebiega zgodnie z reakcją: M + ne redukcja M W zależności od charakteru wydzielonego metalu oraz materiału elektrody, ulega on rozpuszczeniu w rtęci lub tworzy film na powierzchni elektrody. Po elektrolitycznym zatężaniu elektroda polaryzowana jest w kierunku anodowym i przy odpowiedniej wartości potencjału (charakterystycznego dla danego metalu), wydzielony metal przechodzi do roztworu (proces ten jest połączony z rejestracją prądu płynącego przez komórkę pomiarową): utlenianie Me ne Me Anodowa woltamperometria stripingowa jest najstarszą stosowaną metodą stripingową. Za jej pomocą można oznaczać metale tworzące amalgamaty w szerokim zakresie stężeń, metoda ta dzięki wysokiej czułości, niskiej granicy oznaczalności, znajduje zastosowanie w analizie wielu próbek naturalnych oraz przemysłowych. Katodowa woltamperometria stripingowa oznaczana skrótem CSV (ang. Cathodic Stripping Voltammetry) jest lustrzanym odbiciem metody ASV. Proces akumulacji oznaczanej substancji w tym przypadku polega na tworzeniu trudnorozpuszczalnych soli na powierzchni elektrody. Zazwyczaj pracującą elektrodą jest wisząca elektroda rtęciowa, chociaż w niektórych przypadkach wykorzystuje się np. elektrodę srebrną. Proces gromadzenia przebiega zgodnie z przedstawionym schematem: M M M + A n + ne MA gdzie: M jest materiałem elektrody, A n- jest analitem, a MA jest nierozpuszczalną solą powstałą na powierzchni elektrody. W ten np. sposób mogą być akumulowane takie substancje jak Cl -, Br -, J -, SCN -, S - oraz niektóre związki organiczne. Inny przebieg akumulacji ma miejsce wtedy, gdy substancja tworząca trudno rozpuszczalny osad z materiałem elektrody jest wytwarzana elektrochemicznie, jak to ma miejsce w przypadku oznaczania Se 4+ oraz Te 4+ na elektrodzie rtęciowej: 4

SeO Se + 6H + 4e Se + + 3 3 H O + Hg HgSe Na etapie elektrorozpuszczania nagromadzonego produktu, potencjał elektrody pracującej przesuwa się w kierunku katodowym i przy odpowiedniej jego wartości następuje reakcja: Hg X + e HgSe + H + Hg + e + X Hg + H Se Przedstawione przykłady reakcji elektrodowych dotyczą zagadnienia akumulacji w przypadku, gdy niezbędne do wykonania oznaczenia jony metalu pochodzą z procesu utleniania materiału elektrody, w obecności oznaczanej substancji. Stripingowa woltamperometria adsorpcyjna oznaczana skrótem AdSV (ang. Adsorptive Stripping Voltammetry), w przeciwieństwie do ASV czy CSV charakteryzuje się nieelektrolityczną naturą procesów akumulacji. Zatężanie ma charakter wyłącznie adsorpcyjny i nie jest związane z przebiegiem żadnej faradajowskiej reakcji. W przypadku oznaczania metali metodą AdSV w pierwszym etapie jony metali reagują z odpowiednim kompleksonem, następnie następuje adsorpcja kompleksu danego jonu metalu z ligandem organicznym na powierzchni elektrody. Procesy te można zapisać reakcjami: Me MeL n + nl MeL MeL n n (ads) Po zakończeniu procesu akumulacji kompleksu na powierzchni elektrody, jest ona następnie polaryzowana w kierunku katodowym lub anodowym, w zależności od tego, czy podstawą krzywej woltamperometrycznej jest redukcja metalu czy też redukcja albo utlenianie liganda. W przypadku redukcji jonu metalu reakcję można zapisać równaniem: nm MeLn + me Me + nl ( ads) Metoda wymaga dokładnej optymalizacji warunków pomiarowych, zapewniających odtwarzalność, wysoką czułość i selektywność oznaczenia. Zarówno reakcja tworzenia kompleksu, jak i proces adsorpcji międzyfazowej zależą przede wszystkim od użytego roztworu podstawowego (ph, siła jonowa), potencjału i czasu zatężania oraz właściwości i stężenia liganda. Metoda AdSV może być zastosowana w analizie śladowej szerokiej grupy związków organicznych, które wykazują właściwości powierzchniowo-aktywne. Metody AdSV, 5

wykorzystujące kompleksy metali są stosowane w przypadku analizy metali, które nie mogą być oznaczane za pomocą anodowej bądź katodowej woltamperometrii stripingowej, czego klasycznym przykładem jest oznaczanie śladów takich metali jak nikiel i kobalt w układzie z dwumetyloglioksymem (DMG). Wzrost czułości i obniżenie granicy oznaczalności w technikach stripingowych wynika z faktu, że zatężanie następuje na powierzchni lub w objętości elektrody która jest znikomo mała w stosunku do objętości roztworu. Zatem stężenie depolaryzatora, szczególnie po długotrwałym, zintensyfikowanym przez mieszanie roztworu procesie zatężania jest znacznie większe. Powoduje to, że proporcjonalne do stężenia piki są także znacznie większe. W metodach stripingowych osiągane są bardzo niskie granice oznaczalności sięgające 1-9 M dla pospolitych w środowisku metali aż do 1-1 M dla substancji nie występujących w środowisku. 1. Woltamogram i jego interpretacja W wyniku przeprowadzenia eksperymentu polarograficznego lub woltamperometrycznego uzyskuje się krzywą zależności prądu od napięcia polaryzującego nazywaną polarogramem bądź woltamogramem. W zależności od zastosowanej techniki pomiarowej krzywa ma charakter fali, symetrycznego pik bądź piku niesymetrycznego (rys. 1). Każda z takich krzywych niesie informację jakościową, ilościową oraz o przebiegu reakcji elektrodowej. Interpretacja jakościowa. Informacja o rodzaju substancji ulegającej rekcji elektrodowej związana jest z położeniem piku lub fali na osi potencjałów. Położenie to określone jest przez potencjał półfali (E 1/ ) lub potencjał piku (E p ). Wielkości te są charakterystyczne dla poszczególnych depolaryzatorów a sposób ich wyznaczenia pokazano na rys. 1. Należy jednak podkreślić, że oprócz depolaryzatora na wartość charakterystycznego potencjału ma wpływ użyta elektroda, rodzaj i stężenie elektrolitu podstawowego, obecność substancji kompleksujących, temperatura oraz niektóre parametry pomiarowe takie jak szybkość zmian potencjału elektrody (szybkość polaryzacji) czy amplituda impulsu. Z tego powodu informacja jakościowa uzyskana w jednym elektrolicie podstawowym niekoniecznie musi być wystarczająca do identyfikacji depolaryzatora. Zwykle dla danego elektrolitu kilka depolaryzatorów ma zbliżone potencjały charakterystyczne. 6

Wykonanie pomiarów w innym elektrolicie w którym depolaryzatory mają w różnym stopniu przesunięte potencjały charakterystyczne może dostarczyć informacji wystarczającej do ich identyfikacji. Najczęściej jednak analityk zna spodziewany skład jakościowy próbki i wówczas identyfikacja poszczególnych pików lub fal nie nastręcza trudności, szczególnie jeżeli elektrolit podstawowy został dobrany tak by potencjały charakterystyczne obecnych w próbce depolaryzatorów różniły się dostatecznie. Interpretacja ilościowa woltamogramu związana jest z jego charakterystycznym prądem, którym może być wysokość fali lub wysokość piku. Sposoby wyznaczenia tych wielkości podano na rysunku 1. Czasem prawidłowa interpretacja wymaga usunięcia szumów i odjęcia tła (bądź eksperymentalnego tj. zarejestrowanego w postaci osobnej krzywej, bądź aproksymowane przy pomocy odpowiedniej zależności matematycznej). Odejmowanie tła jest możliwe w nowoczesnych Rys. 1. Sposoby wyznaczania wysokości fali i piku w polarografii i woltamperometrii. skomputeryzowanych instrumentach pomiarowych. Istotne jest aby dla całej interpretowanej serii pomiarowej sposób wyznaczenia był jednolity. Stężenie oznaczanego składnika wyznacza się z wielkości prądu metodą kalibracyjną lub dodatku wzorca. W nielicznych przypadkach stosuje się metodę porównania ze wzorcem. 7