Реферати українською » Экология » Кондуктометричний метод аналізу та його використання в аналізі об'єктів навколишнього природного середовища


Реферат Кондуктометричний метод аналізу та його використання в аналізі об'єктів навколишнього природного середовища

Страница 1 из 3 | Следующая страница

>Кондуктометрический метод аналізу та його використання у аналізі об'єктів довкілля



Запровадження

На початку ХХІ сторіччя зрозуміли, що електрохімічний аналіз, як і самі аналітична хімія, вийшов межі свого класичного змісту. Коли раніше методологія електрохімічного аналізу по більшу частину розвивалася з урахуванням вивчення об'єктів неорганічної природи, той зараз електрохімічний аналіз стійко «дрейфує» убік вирішення питань екології, аналізу біологічних і медичних об'єктів, у яких органічна речовина трапляється дедалі частіше й частіше. У рішенні завдань власне електрохімічного аналізу актуальним стає конструювання модифікованих електродів, що дають специфічний відгук завдяки іммобілізації на електроді органічних молекул чи його фрагментів, наприклад ДНК чи йогоолигомеров. Підвищення інтересу до аналізу об'єктів органічної природи визначено тим, що кількість останніх кілька порядків перевищує іонів металів та їхніх з'єднань. У цьому дедалі ширше використовується розмаїтістьелектродних процесів, складніших форм електричного наизучаемий об'єкт і перетворення аналітичного сигналу, зокрема з урахуванням досягнень математики, інформатики, і електронної техніки. Вочевидь, що необхідний рівень знань у Україні є неодмінною умовою успішну діяльність спеціалістів у галузі електрохімічного аналізу, здатних творчо застосувати і розвивати зазначені методи. Однією з поширених методів єкондуктометрия.Кондуктометрия використовують у роботі аналізаторів детергентів в стічних водах, щодо концентрацій синтетичних добрив в зрошувальних системах, в оцінці якості питної води. На додачу до прямийкондуктометрии визначення деяких видів забруднювачів можна використовувати непрямі методи, у яких зумовлені речовини взаємодіють перед виміром зі спеціально підібраними реагентами ірегистрируемое зміна електропровідності викликається лише присутністю відповідних продуктів реакції. Крім класичних варіантівкондуктометрии застосовують і його високочастотний варіант (>осциллометрию), у якому індикаторна електродна система реалізується у кондуктометричниханализаторах безперервного дії.


1. Теоретичні основикондуктометрического методу аналізу

>Кондуктометрические методи аналізу засновані на вимірі електропровідності досліджуваних розчинів. Є кілька методівкондуктометрического аналізу:

· прямакондуктометрия – метод, дозволяє безпосередньо визначати концентрацію електроліту шляхом виміру електропровідності розчину з певним якісним складом;

·кондуктометрическое титрування – метод аналізу, заснований на визначенні змісту речовини по зламу кривою титрування.Кривую будують з вимірювань удільної електропровідності аналізованого розчину, мінливою внаслідок хімічних реакцій у процесі титрування;

·хронокондуктометрическое титрування – грунтується на визначенні змісту речовини по витраченому на титрування часу, автоматично фіксованої надиаграммной стрічці реєстратора кривою титрування.

>Кондуктометрия

>Кондуктометрия належить до найпоширенішим методів дослідження розчинів і рідких систем взагалі.

·           які проводять прийнято умовно з ~10-7 >Ом-1·див-1 і від;

·           помірковано які проводять з: 10-7 – 10-11Ом-1 ·м-1;

·           >непроводящими – нижче 10-11 >Ом-1 ·м-1.

Ця класифікація умовна.

УФХА прийнято користуватися діаграмами «питома електропровідність – склад». Оскільки електропровідність належить до явно неаддитивним властивостями, спосіб висловлювання концентрації у своїй то, можливо довільним, проте до наочності найчастіше вибираютьмольние частки. Діаграми «молекулярна електропровідність – склад» використовується рідше.

Електричне опір

Основний константою, що характеризує електричні властивості речовини, є удільне електричне опір, залежить від природи речовини і південь від температури.

Відповідно до Закону Ома удільне електричне опір (>) [>Ом·м]:

,

де R – електричне опір, ом; P.S – площа поперечного перерізу, м2; l – довжина, м.

>Температурная залежність електричного опору металів підпорядковується закону:

>>t =0 (>1+t),

де – температурний коефіцієнт.

Електрична провідність обумовлена рухом заряджених частинок і кількості носіїв заряду та їх рухливість.

Для розбавлених твердих розчинів, їх удільне електричне опір за правиломМаттиссена представлено з цих двох доданків:

> =(t) +(x),

де(t) – електричне опір чистого металу, залежить від температури метала;(x) – залишкове електричне опір, яке залежить від температури й типом домішки і його концентрацією.

Ця формула застосовна при змісті домішки до 1ат.% Відповідно до правила Лінді, додаткове електричне опір, викликаного змістом домішки 1ат.%, пропорційно квадрату різниці валентностей чистого металу і домішки (>z):

>(x) = a +b(z)2,

де a, b – величини, що визначають властивості металу – розчинника.

ПравилоМаттиссена досить добре виконується більшість розбавлених металевих розплавів, правилу Лінді багато розплави не підпорядковуються.

Механізм електричної провідності в металевих розплавах i твердих металах принципово не різниться.

Перехід металу з твердого на рідке стан супроводжується деяким зміною електричних властивостей: при плавленні удільнеелектросопротивление більшості металів збільшується в1,52 разу. Для деяких металів (>Bi,Sb,As) характерно аномальне поведінка: при плавленні їх удільнеелектросопротивление зменшується.

Електрична провідність оксидних розплавів близька доелектропроводимости типових електролітів (>галлогениди лужних металів) і від складу шлаку і температури. Це одна із доказів іонної теорії будівлі шлакових розплавів.

Їх іонна структура визначає переважно іонну провідність в розплавленому стані.Электропроводимость визначається, насамперед, розмірами катионів і аніонів і силами взаємодії з-поміж них.

Підвищення температури збільшуєелектропроводимость оксидних розплавів. При перехід з твердого стану на рідкеелектропроводимость різко зростає.

>УравнениеЯ.И. Френкеля характеризує температурну залежністьелектропроводимости іонних кристалів:


>Уравнение застосовно й у оксидних розплавів, у яких перенесення струму відбувається лише катионами (багато менше за величиною, ніж аніони), тобто. якщо радіуси аніонів великі проти катионами, і аніони залишаються майже нерухомими в електричному полі.

За дотримання рівнянняЯ.И. Френкеля експертні дані укладаються упрямолинейную залежність . Відхилення свідчить про структурні зміни, які можна пов'язані з розкладанням комплексних аніонів на прості.

.

 

Контактні методи виміру електричної провідності розплавів

У основі лежить закон Ома: на фіксованому ділянці провідника з рідкого металу, має довжину l і його площа поперечного перерізу P.S, визначаєтьсяелектросопротивление R>.

З співвідношення встановлюють значення удільноїелектропроводимости металу.

Для визначення електроопору провідника застосовують такі електричні вимірювальні схеми:

· схемавольтметра-амперметра, у якій з допомогою вольтметра вимірюють падіння напруги на кінцях провідника Vx, а амперметром – силу струму I. І тут значення Rx визначають згідно із законом Ома: . Точність методу невисока ( 1%) й класом точності приладів.

·Компенсационний метод: в ланцюг включають еталонне опір Rе і з допомогоюпотенциометра вимірюють падіння напруги на провіднику Vx і еталоні Vе. Розрахунок за такою формулою: більш точний метод.

· З використанням мостуУитстона чи подвійного мосту Томсона. Точність 0,2–0,3%, але потрібно враховувати контактні опору й відвертий спротив дротів.

Визначенняелектропроводимости розплавів пов'язані з технічними труднощами: контакт розплаву з електродами, добір матеріалів.

Конструкції вимірювальних осередків з різними розташуванням каліброваного каналу, у якому провідник з рідкого металу, електродитоковие й потенційні.

Для розрахунку питомої електричного опору (чи електричної провідності) поизмеренному (методом мосту чи методомвольтметра-амперметра) значенням електричного опору розплаву треба зазначити константу осередки.Градуировку осередки зазвичай виробляють водним розчином (при кімнатної температурі) чирасплавомNaCl чиKCl (при 700–900 °З).

Значення константи осередки визначають за такою формулою:

,

деr – опір які проводять дротів і електродів при відповідних температурах досвіду; Rx – вимірюваний опір.

Однією з способів визначенняr є попереднє визначення.

Частіше використовують інший метод, що полягає у вимірі електроопору при двох послідовнихпогружениях електродів на різну глибину. Такий спосіб дозволяє виключити поправку на опір дротів (>r), т. до. розрахунок питомої електричного опору ведуть по різниці вимірюваних опорів:

,

де До1 і Ко2 – константи осередки при двох послідовнихпогружениях електродів.

Конструкція установки розробленоїБ.М.Лепинских іО.А.Есиним (>УПИ) з бруківці схемою вимірювання, і осередком типуелектрод-електрод.

Регулювання глибини занурення електродів виробляється обертанням стрижня (#), у своїй відбувається піднесення чи опускання тигля при нерухомих електродах.

Середнє значення константи осередки встановлюють градуюванням по 0,1 зв розчинуKCl. Цей метод використовується визначення електричної провідності подвійних шлакових систем. Схема мосту дозволяє вимірювати опір розплавів з точністю до 0,01 ом. Відносна помилка визначення удільної електричної провідності подвійних шлакових систем. Схема мосту дозволяє вимірювати опір розплавів з точністю до 0,01 ом. Відносна помилка визначення удільної електричної провідності сягає 11,8%.

>Кондуктометрия має кількома законами:

1. У дуже розбавлених розчинах (гранично розбавлених) еквівалентна електропровідність (>0) є постійною характеристикою розчину, яка через зміну концентрації електроліту. Простіше кажучи, це, що у розбавлених розчинах електропровідністьпрямопропорциональна кількості заряджених частинок – іонів.

Для розчинів сильних електролітів область граничного розведення простирається до концентрації0,0001н, і з невеличкий похибкою вважатимуться кордоном граничного розведення концентрацію0,001н.

Для розрахунків у області великих концентрацій існує формулаКольрауша, але не можна використовуватиме прогнозу, оскільки він носить явно емпіричний характер:

> =0 + K З 1/2,

2. Гранична еквівалентна електропровідність розчину електроліту дорівнює сумі еквівалентнихелектропроводностейкатиона іаниона.

3.Эквивалентние електропровідності переважної більшості іонів близькі друг до друга за величиною. Аналіз експериментальних даних показує, що з 18 0З для катионів0=0,0053 ± 0,0019Ом-1 м2 >г-екв-1 й у аніонів0=0,0055 ± 0,0027Ом-1 м2 >г-екв-1. При 25 0З 0=0,0062 ± 0,0023Ом-1 м2 >г-екв-1 для катионів і0=0,0064 ± 0,0031 для аніонів. Виняток становлять іони H+,OH-,Fe(CN)63-,Fe(CN)64-, електропровідності яких аномально високі:

Іон

>Эквивалентная електропровідність,
> 0,Ом-1 м2г-екв-1

18 0З

25 0З

H+

0,0315 0,03497

1/3Fe(CN)63-

- 0,01009

1/4Fe(CN)64-

- 0,01105

>OH-

0,0174 0,01976

4. Температура аналізованого розчину істотно впливає на обчислювані величини удільної електропровідності. Нині немає способу задовільного описи впливу температури на електропровідність. Причина такий стан справ у занадто великому вплив індивідуальної природи розчинених речовин на температурний коефіцієнт. З упевненістю можна сказати лише одна: у разі підвищення температури однією градус питома електропровідність розчину загалом поповнюється 1–2,5%.

Прямікондуктометрические виміру

>Аналитическое використаннякондуктометрии має характерними рисами, пов'язані з низькоюселективностьюкондуктометрического детектування. У насправді, близькі значення еквівалентнихелектропроводностей іонів неможливо говорити, що якийсь іон може повністю визначати електропровідність всього розчину. Отже, виміру електропровідності може приносити реальну аналітичну користь в тому разі, якщо співвідношення іонів в аналізованої суміші незмінно від проби до пробі. Це правда звана, завдання визначення розведення вихідного розчину. Прикладами можуть бути аналіз промивних вод в ваннах відмивання гальванічного виробництва, контролю над приготуванням технологічних розчинів в виробничих умовах тощо.

>Кондуктометрическое титрування

Безсумнівно, великими аналітичними можливості маєкондуктометрическое титрування.Титрование дозволяє заповнити брак селективності визначення застосуванням селективного доанализируемому іонутитранта. Відомі прикладикислотно-основного,осадительного,комплексонометрическоготитрований. Точністькондуктометрического титрування становить 1%, якщо вжити заходів ізтермостатированию аналізованого розчину, то точність визначення за кілька разів збільшити.

Крапка еквівалентності на графіці перебуває перетином двох прямих. Одна пряма (до точки еквівалентності) відбиває зміна концентрації аналізованого іона і іонівтитранта, іншу (після точки еквівалентності) є наслідком збільшення концентрації іонівтитранта.

Проте чи завжди крива титрування має тої вид. На рис. 2 наведені у як приклад криві титрування, отримані внаслідок різних аналітичних визначень.

Вигляд кривих очевидно різний. У зв'язку з цим виникає закономірне запитання про причини розбіжностей можливості прогнозування виду кривою підставі даних про властивості аналізованого іона і ті речовинититранта. Найчастіше прогноз може бути, оскільки вид кривою титрування визначається різницею еквівалентнихелектропроводностей аналізованого іона і іонів, складових речовинатитранта.

Розглянемо нескладний розрахунок, дозволяє прогнозувати вид кривою титрування. Насамперед, потрібно чітко уявити собі перелік іонів, що у процесі титрування. Нехай ми маємо визначити хлорид з допомогоюосадительной реакції з нітратом срібла (рис. 2а):

>Cl- +Ag+ + NO3- = AgCl + NO3-.

Поза сумнівом, у процесі титрування до точки еквівалентності відбувається зменшення іонівCl- і NO3- Збільшення концентрації іонівAg+ мало відбувається, оскільки срібло осаджується іономCl- У зв'язку з цим можна стверджувати, що динаміку електропровідності відбувається з швидкістю, пропорційної сумі

->0>Cl +0>NO3 =-0,00655 + 0,00617 = -0,00038Ом-1 м2г-екв-1.

Знак '-' перед електропровідністю0>Cl свідчить, що концентраціяCl внаслідок титрування зменшується. Знак '+' перед0>NO3 свідчить про збільшенняконцентраци NO3.

Отримане у результаті негативне число -0,00038Ом-1 м2г-екв-1 зазначає, що зтитрованиии до точки еквівалентності електропровідність розчину зменшується.

Після точки еквівалентності електропровідність будеповишатьcя, оскільки цю гілка титрування повністю визначаєтитрант, тобто. іониAg і NO3:

>0>Ag +0>NO3 = 0,005436 + 0,00617 = 0,011606Ом-1 м2г-екв-1.

 

1.1 Особливості кондуктометричних методів аналізу

1. Можливість проводити визначення у прозорих, а й у забарвлених і каламутних розчинах, соціальній та присутності окислювачів, відновлювачів органічних речовин.

2. Можливість визначення різних неорганічних і органічних індивідуальних сполук.

3. Висока чутливість методу, що дозволяє працювати з розведеними розчинами.

4. Аналіз водних і органічних розчинів.

5. Можливість автоматизації процесу (>хронокондуктометрия).

6. Використання різноманітних типів реакцій.

7. В багатьох випадках відсутність необхідності проводити попереднюпробоподготовку.

8. Простота визначення кінцевої точки титрування з перетинання двох прямих.

9. Можливість проведення диференційованого титрування сумішей електролітів, що організувати неможливо прититровании з візуальної індикацією кінцевої точкититрования.[1–3]

 

2. Приклади використаннякондуктометрии в аналізі об'єктів довкілля

 

Експрес методи контролю за якістю сировини, параметрів технологічних процесів та готовою продукціїсироделии [4–8]

Усиродельной промисловості, переробноїскоропортящееся сировину, дуже важливо задля організації оперативного контролю його якісних показників, параметрів технологічних процесів, і навіть готової продукції використання досить точних експрес-методів аналізу.

Для оперативного контролю змісту сухих речовин, у молочної сироватці – сировину пропонуєтьсяареометрический метод, заснований на вимірі її щільності з допомогоюареометра. Необхідність контролю цей показник продиктована тим, законодавчі норми витрати сироватки виробництва більшості продуктів її основі диференційовані за змістом сухих речовин.

Простежується лінійна залежність щільності молочної сироватки від змісту сухих речовин. Більше високий вміст сухих речовин, уподсирной сироватці за однакової значенні показника щільності зумовлено підвищеним в 1,5 разу змістом мінеральних речовин, у сирною сироватці.

Абсолютна похибку вимірювання масової частки сухих речовин запропонованим методом вбирається у 0,1%.

Для організації контролю цього показника у молочній сироватці пропонується використовувати стандартний набірареометров, що випускаєКлинским (Московській області) заводом «>Химлаборприбор», який би можливість виміру показника щільності у зазначеному діапазоні значень з точністю до п'ятого знака.

Для оперативного контролю масової частки сухих речовин, у молочноїсиворотке-сирье, соціальній та процесі її концентрування як методомвакуум_випаривания, і методомбаромембранногофракционирования найдоцільніше використаннярефрактометрии.

>Рефрактометрия – класичний приклад оптичногоекспрессногомикрометода, оскільки вимір показника заломлення провадиться протягом декількох хвилин, а виконання виміру досить 1–2 крапель аналізованого розчину.

Фізична сутність методу полягає у переломленні променя світла під час переходу з однієї середовища до іншої (одна середовище – скляна призма, інша – аналізований розчин).

Кожне речовина, що у

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація