Metody ilościowej analizy chemicznej

Metody badań
fizykochemicznych
w inżynierii środowiska
Wykład na kierunku IŚ
studia III stopnia
8.10.2010
Ewa Regulska
1
ANALIZA ILOŚCIOWA
KLASYCZNA
INSTRUMENTALNA
• Analiza objętościowa
• Metody spektroskopowe
(miareczkowa)
- alkacymetria
- redoksymetria
- kompleksometria
- analiza strąceniowa
(argentometria)
• Wagowa
- spektroskopia molekularna
(UV-Vis, IR, NMR)
- spektroskopia atomowa
(ASA, ESA)
• Elektrochemiczne
(elektroanalityczne)
- potencjometria
- elektrograwimetria, kulometria
- polarografia, woltamperometria
- konduktometria
• Metody chromatograficzne
2
ANALIZA OBJĘTOŚCIOWA
(analiza miareczkowa)
3
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
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
Analiza elektrochemiczna
Zjawiska związane:
• z przepływem prądu przez roztwory elektrolitów,
• z reakcjami zachodzącymi na elektrodach w zetknięciu
z roztworami elektrolitów
6
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
Podział metod elektroanalitycznych c.d.
3. Nie przebiega reakcja elektrodowa
- konduktometria
- oscylometria
4. Metody oparte na badaniu zmian w elektrochemicznej
warstwie podwójnej
-
tensammetria
8
Przewodnictwo jako funkcja stężenia analitu
KONDUKTOMETRIA
9
Podstawy teoretyczne
• I prawo Ohma
• II prawo Ohma
• Przewodnictwo (przewodność elektryczna),
jednostka
• Przewodnictwo właściwe , jednostka
• Przewodnictwo molowe
• Prawo Kohlrauscha
10
graniczne
jon
H+
OHLi+
Na+
K+
Zn2+
ClBrISO42-
ruchliwość jonu j
[cm2 . s-1 . V-1 . 103]
363,0
205,0
40,1
51,9
76,1
52,8
79,1
81,2
79,5
80,0
przewodnictwo
[S cm2 mol-1]
349,8
198,6
38,7
50,1
73,5
105,6
76,4
78,1
76,8
160,0
11
Mostek Wheatstone’a do pomiaru oporności
R3
R1
A
G
~
R2
Rx
Jeśli R1=R3
to A wskazuje 0, gdy R2 = Rx
S
l
l
k  [cm 1 ]
S
12
Metody pomiary przewodnictwa
• Pomiar bezpośredni
• Miareczkowanie konduktometryczne
13
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
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, CO2, H2S, NH3, CH4 w powietrzu
15
Fuel 86 (2007) 299–302,
Conductometric determination of total acidity and chloride content in
automotive fuel ethanol, H.M. Avelar, P.J. S. Barbeira
ITBM-RBM 29 (2008) 136–140
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) 959–964
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 6 1 5 ( 2 0 0 8 ) 73–79
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) 1574–1579, Zhiqiang Zhang et al. „A
novel nitrite biosensor based on conductometric electrode modified with
cytochrome c nitrite reductase composite membrane”
16