Реферат на тему:
Прилади для амперометричного титрування
Метод амперометричного титрування
Амперометричне титрування являє собою об'ємний метод аналізу, в якому для індикації кінцевої точки використовується явище дифузійного струму, що спостерігається на ртутному крапельному або обертовому платиновому електроді. Амперометричне титрування поєднує об'ємні і полярографічні методи аналізу. Полярографический метод заснований на пропорційності між величиною дифузійного граничного струму електрода і концентрацією речовини, що бере участь в електрохімічному процесі.
На рис. А показані приклади Полярограмма: залежностей величини струму, що проходить через досліджуваний розчин, від прикладеної до катода потенціалу.
При полярографировании реєструють зміни струму, що проходить через індикаторний ртутний електрод, при зміні потенціалу. Зі збільшенням негативного потенціалу спочатку відбувається збільшення сили струму, характеризує початок відновлення на катоді іонів металу, потім відбувається ефект насичення, викликаний місцевим зменшенням концентрації іонів даного металу поблизу ртутного електрода. Іони металу, що потрапляють на електрод завдяки дифузії їх через розчин, негайно відновлюються. Швидкість дифузії визначається різницею між концентрацією іонів металу в загальному об'ємі розчину і концентрацією іонів металу на поверхні катода, де вона дорівнює нулю. Виникає ділянку кривої, де не відбувається збільшення струму при зміні потенціалу. Струм на цій ділянці кривої називається дифузійним струмом, останній лінійно пов'язаний з концентрацією С іонів металу в розчині.
Крива на рис, а відповідає концентрації С, крива 2-концентрації З 2, крива S-концентрації С 3.
Для кожного металу існує певний потенціал £ / м, при якому спостерігається явище дифузійного струму.
На рис. 6 показано залежність / = /, отримана мул Полярограмма, 2 і 3. На осі абсцис при цьому відкладаються концентрації іолов металу в розчині.
Ряд точок цієї залежності перебуває па прямої лінії, представленої рівнянням, що лежить в основ-полярографії:
U = КС,
де Id - Дифузний струм; С - концентрація іонів металу; К - коефіцієнт пропорційності.
При амперометричного титрування можна додаванням тітрапта знизити концентрацію іонів, що дають електродну реакцію, при цьому знижується і величина дифузійного струму. Залежність між кількістю доданого тітраіта і величиною дифузійного струму представляє собою криву амперометричного титрування. Ряд характерних кривих амперометричного титрування зображений на рис.
Таким чином, при проведенні амперометричного титрування на індикаторному електроді встановлюють потенціал, відповідний області дифузійного струму тієї речовини, яка бере участь в електродному процесі і концентрація якого змінюється в процесі титрування.
Амперометричне титрування має ряд переваг, що вигідно відрізняють його від полярографічних визначень і деяких інших видів титрування. Якщо для полярографічних визначень необхідно, щоб сам визначається іон давав електродну реакцію, то при амперометричного титрування достатньо, щоб на електроді міг відновлюватися або окислюватися хоча б один з беруть участь в реакції реагентів або продукт цієї реакції. Електродна реакція, яка використовується для індикації кінцевої точки титрування, залежить від того, який потенціал встановлений на індикаторному електроді у цьому розчині. Тому, встановлюючи той чи інший потенціал індикаторного електрода, можна домогтися селективної електродної реакції, при якій зміна сили струму не буде залежати від присутності інших речовин в аналізованому розчині. При амперометричного титрування можна визначати надзвичайно малу концентрацію різних речовин в розчинах. Титрування можна проводити в мутних і забарвлених розчинах. При амперометричного титрування використовують реакції осадження, окислення - відновлення, комплексоутворення, нейтралізації.
При амперометричного титрування, як і при полярографировании, застосовуються в якості індикаторних ртутний крапельний, платиновий обертається електрод і деякі інші.
Щільність дифузійного струму, наприклад, на обертовому твердому дисковому електроді визначається рівнянням
де п - число електронів, що беруть участь в реакції; F - Число Фарадея; D - Коефіцієнт дифузії; w - кутова швидкість обертання електрода; год - кінематична в'язкість розчину; С - концентрація потенціалоопределяющего речовини в об'ємі розчину.
Різновидом методу амперометричного титрування є титрування з двома індикаторними електродами, до яких прикладається невелике постійна напруга, метод, відомий в літературі під назвою dead - stop titration або «біамперометріческое титрування». На відміну від потенціометричного титрування з двома поляризуючими електродами, де в кінцевій точці різко змінюється потенціал між електродами, при амперометричного титрування з двома індикаторними електродами різко змінюється величина струму. Потенціал самих електродів при цьому дещо змінюється. Якщо при потенциометрическом титруванні в ланцюг електродів включають великий опір, то щоб вийшло більша зміна струму, при амперометричного титрування опір в ланцюзі електродів повинно бути якомога меншою.
Амперометричне титрування з двома індикаторними платиновими електродами спочатку було застосовано при титруванні йоду, потім знайшло застосування і для визначення інших елементів. Фізична сутність методу полягає в наступному. Якщо в розчин занурити одночасно два однакових платинових електрода і прикласти до них постійна напруга, то в процесі титрування буде змінюватися концентрація іонів, що беруть участь в реакції, а разом з нею і сила струму.
Застосовувані для амперометричного титрування ртутні краплинні індикаторні електроди практично мало відрізняються від електродів, що застосовуються при звичайному полярографировании. Єдиною вимогою до них є забезпечення великій швидкості крапель для зменшення коливань реєстрованої кривої титрування.
Істотний інтерес представляють тверді обертаються платинові електроди. Найпростіший твердий обертається електрод являє собою невеликий відрізок топкою платинового дроту, упаяний в кінець скляної трубки. З боків трубки припаяні невеликі лопаті для перемішування розчину при обертанні трубки. Іноді нижній кінець трубки загинають, тоді ця ділянка трубки разом з електродом виконує функції перемішування. Довжина зовнішнього кінця платинового дроту зазвичай складає 4-5 мм. Іноді застосовують електроди у вигляді диска діаметром 1 - 3 мм, одержуваного шляхом впайкі платинового дроту в торець скляної трубки і подальшої шліфовки торця.
Як було зазначено вище, сила струму на індикаторному електроді залежить від швидкості обертання електрода. Тому привід електрода повинен забезпечувати рівномірне обертання останнього, незалежно від коливань напруги мережі. Зазвичай швидкість обертання вибирають в межах 400-600 об / хв.
Прилади для амперометричного титрування
На рис. представлена схема амперометричного тітрометра. Ртутно-краплинний електрод / і насичений каломельний електрод 2 за допомогою агарового містка 4 утворюють електродну пару. У посудину з досліджуваним розчином подається тітрапт з бюретки 3. Частина напруги, що подається на реостат 6 від батареї 5, знімається движки) м реостата і через невеликий еталонне опір 9 накладається па електродну пару. Необхідна напруга на електродах встановлюється за вольтметру 7. Струм у ланцюзі електродів вимірюється за допомогою гальванометра 8. При титруванні розчин перемішується мішалкою 10, що приводиться в дію від електродвигуна / /. У процесі титрування відзначають кількість витраченого титранту і відповідну величину дифузійного струму. За отриманими точкам будують криву амперометричного титрування. Злам кривої характеризує кінцеву точку титрування струм в ланцюзі електродів не впаде, реле часу розмикає кінцевий вимикач KB - титрування припиняється.
ВКВ АНН розроблений амперометричний напівавтоматичний аналізатор бромних індексів з кулонометрической генерацією титранту. Блокова схема приладу показана на рис. 64. Прилад складається з чотирьох блоків: тітровального стенду, електронного сигналізатора, реєструючого потенціометра і стабілізатора.
На тітровальном стенді розміщені термостатированной тітровальная осередок V з системою генераторних Г і індикаторних І електродів, електродвигун Д з мішалкою М. В електронному сигналізаторі розміщені блоки живлення БП1 та БП 2 генераторних і індикаторних електродів, автоматичний секундомір С, реле часу РВ - л міліамперметр тА. Потенціометр П підключений до невеликого опору R.
При пропущенні струму через генераторні електроди відбувається розкладання броміду калію, що знаходиться в порівняльному розчині, і на аноді виділяється бром. Бром є тнтрантом. Генераторні і індикаторні електроди виготовлені з платини. При титруванні бром йде на приєднання до ненасичених вуглеводнів, що містяться в порівняльному розчині.
Струм, що проходить через розчин, досягає певного значення. Потім в порівняльний розчин додають наважку аналізованої проби. При цьому бром приєднується до ненасичених вуглеводнів, що містяться в пробі, концентрація вільного брому в розчині зменшується, одночасно зменшується сила струму, що проходить через індикаторні електроди.
Після цього включається струм в ланцюзі генераторних електродів, запускається секундомір і починається титрування. При поверненні величини струму індикаторної ланцюга до заданого значення автоматично припиняється перебіг генераторного струму, зупиняється секундомір і починає працювати реле часу.
Якщо протягом встановленої витримки струм не зменшиться, прилад остаточно закінчує титрування і спалахує сигнальна лампа. За свідченнями секундоміра розраховують результати аналізу. Процес титрування записується на діаграм-нон папері реєструючого потенціометра.
Слід відзначити вдале поєднання амперометричного титрування з кулонометрической генерацією титранту. У приладі відсутня бюретка і необхідність в заздалегідь підготовленому тнтрапте.
Французькою фірмою Tacussel electronique випущений па ринок універсальний комплекс для різного виду титрування типу Urectron -5, що складається з окремих блоків.
Основою комплексу є автоматичний тітратор типу U -5, до якого можуть надаватися реєстратор кривої титрування типу EPL -2, вузол подачі титранту з перистальтичним насосом типу MPSLO і зі своїм командним блоком типу UOWPP, змінний блок електродів з магнітною мішалкою, на столику якої встановлюється хімічний склянку з досліджуваним розчином, а також інші блоки.
Прилад може виконувати наступні функції: амперометричний титрування, потенціометричне титрування зі споживанням струму, погенціометріческое титрування без споживання струму.
За допомогою приладу можна робити просте зчитування результатів, реєструвати повну криву титрування, працювати в режимі безперервного титрування з постійною швидкістю подачі одного або двох реактйвов, а також титрувати до заданих умов з отриманням вихідного сигналу в момент закінчення титрування.
Схема приладу передбачає отримання сигналу, пропорційного першої похідної від кривої титрування, використовуваного для уповільнення подачі тітрапта при збільшенні крутизни кривої титрування.
Амперометричне титрування проводиться па приладі з високою точністю завдяки введеному в схему фільтру для згладжування пульсацій вимірюваного струму.