第八讲:电化学分析法 本讲主要内容: ■仪器结构和实验技术 原理与分析方法 应用 LK98BI电化学分析仪的结构 和实验技术:
第八讲：电化学分析法 本讲主要内容： ◼ 仪器结构和实验技术 ◼ 原理与分析方法 ◼ 应用 一、LK98BⅡ电化学分析仪的结构 和实验技术：
■1.仪器结构: 扫描电位发生器 恒电位恒 电流功率 十六位单片机系统 函数发生器 扩展电路 三电 极池 恒电流调零 iR降补偿器 mAl/V 高速数据 电压放大 采集AD 及滤波 输入检测控制器 UAV 基线扣除 外设控制接口 图1LK98电化学分析系统主机方块图
◼ 1.仪器结构： 图1 LK98电化学分析系统主机方块图
2.实验技术 ■三电极电化学池 RE WE 电化学仪 图2电化学实验装置图 RE、WE、UE分别为参比电极、工作电极和对电极
◼ 2. 实验技术 ◼ 三电极电化学池 UE WE RE N2 电 化 学 仪 图2 电化学实验装置图 RE﹑WE﹑UE分别为参比电极、工作电极和对电极
三电极是指: 工作电极(W) 辅助电极(U或对电极 参比电极(R) 仪器输出的电信号加到工作电极和对电极上, 被研究的物质在工作电极上发生电化学反应。 辅助电极与工作电极连成通路,且发生的反应 与工作电极相反,反应的电流通过工作电极 和对电极。 参比电极用于稳定工作电极的电位并确定电 流-电势曲线中的峰电位、半波电位等
◼ 三电极是指： 工作电极(W) 辅助电极(U)或对电极 参比电极(R) ◼ 仪器输出的电信号加到工作电极和对电极上, 被研究的物质在工作电极上发生电化学反应。 辅助电极与工作电极连成通路,且发生的反应 与工作电极相反，反应的电流通过工作电极 和对电极。 ◼ 参比电极用于稳定工作电极的电位并确定电 流-电势曲线中的峰电位、半波电位等
■电极材料: 1、工作电极常用的材料有:铂、金、汞、碳 (玻璃碳、石墨、普通碳)、金属氧化物等。 2、对电极多用铂丝、铂网等。 3、参比电极常用的是甘汞电极和Ag-AgCI 电极 溶剂 无机溶剂,水、有机溶剂如乙醇、乙腈等,通常 尽可能用水,或用水和有机溶剂的混和液 电解质 强酸如盐酸、硫酸等强硷如氢氧化钾、氢氧 化钠等;盐类如氯化钾、硝酸钾、磷酸盐等;弱 酸弱硷盐的缓冲溶液如乙酸乙酸钠等.若是有 机溶剂,常要用有机申解质,如四下基高氯酸胺
◼ 电极材料： 1、工作电极 常用的材料有：铂、金、汞、碳 （玻璃碳、石墨、普通碳）、金属氧化物等。 2、对电极 多用铂丝、铂网等。 3、参比电极 常用的是甘汞电极和Ag-AgCI 电极. ◼ 溶剂: 无机溶剂 ,水、有机溶剂如乙醇、乙腈等,通常 尽可能用水,或用水和有机溶剂的混和液. ◼ 电解质: 强酸如盐酸、硫酸等;强硷如氢氧化钾、氢氧 化钠等;盐类如氯化钾、硝酸钾、磷酸盐等;弱 酸弱硷盐的缓冲溶液如乙酸乙酸钠等.若是有 机溶剂,常要用有机电解质, 如四丁基高氯酸胺 四丁基碘化胺等
除氧: 被空气饱和的水溶液含氧8ppm左右约为105M 对于微量分析会严重干扰,通常要通惰性气体 除去,最常用的是高纯氮 原理与分析方法 原理 氧化还原反应 ■M+n+ne 如Ag+l+e=Ag 流过电极的电子数=参与反应的离子数×离子 价态。 即:i∝反应物的数量∝反应物的浓度-定量 分析
◼ 除氧： 被空气饱和的水溶液含氧8ppm左右,约为10-5M 对于微量分析会严重干扰，通常要通惰性气体 除去，最常用的是高纯氮。 二、原理与分析方法 ◼ 原理 氧化还原反应 ◼ M+n + ne M 如 Ag+1 + e Ag 流过电极的电子数=参与反应的离子数×离子 价态。 即：i ∝反应物的数量∝反应物的浓度---定量 分析。 物质的结构不同导致其氧化还原电位不同---定
物质的结构不同导致其氧化还原电位不同 定性分析的基础。 R E 分析方法: (一)、电解与库仑分析 1.电解分析(电重量分析)电势差计 以电子为沉淀剂的重量分 析法,一般用铂网或铂片 作阴极,铂丝或铂片 为阳极,通电使被测物沉甘电向 积在铂阴极上然后称重。 这种方法又分为控制电位 电磁搅拌器 电解分析和控制电流电解 图3恒电位电解装置 分析
物质的结构不同导致其氧化还原电位不同--- 定性分析的基础。 ◼ 分析方法： （一）、电解与库仑分析 1. 电解分析（电重量分析） 以电子为沉淀剂的重量分 析法，一般用铂网或铂片 作阴极，铂丝或铂片 为阳极，通电使被测物沉 积 在铂阴极上然后称重。 这 种方法又分为控制电位 电 解分析和控制电流电解 分 析。 图3 恒电位电解装置
(1)、控制电位电解分析 不同离子有不同的析出电位 (如图4),通过控制合适的工作 电极电位,可使被测离子沉积在 电极上,其他物质留在溶液中 这种方法选择性好,可以实 现被测离子与共存离子的分离, 如Cu+2与Bi、Pb+2、Sn+2的分离 (2)控制电流电解分析 在工作电极上施加一定的电 流进行电解,但被测物和共存物 可能同时析出。与控制电位电解 阴极电位 分析相比,速度快但选择性差, 目前用的不多。 图4不同离子的析出电位
(1)、控制电位电解分析 不同离子有不同的析出电位 （如图4），通过控制合适的工作 电极电位，可使被测离子沉积在 电极上，其他物质留在溶液中。 这种方法选择性好，可以实 现被测离子与共存离子的分离， 如Cu+2与Bi+2 、Pb+2 、Sn+2的分离 等。 (2)控制电流电解分析 在工作电极上施加一定的电 流进行电解，但被测物和共存物 可能同时析出。与控制电位电解 分析相比，速度快但选择性差， 目前用的不多。 c 图4 不同离子的析出电位
■2.库仑分析(库仑滴定) 以电子为滴定剂的滴定 分析,滴定装置如图5。如滴定酸, 阴极反应 2H,0+2e-+H2+20H 生成的OH离子立即与样品中的酸 (H+)反应 指 OH+H+·H2O 如测定环境样品中的苯胺,在双 计时计 样品溶液中加入Br-使其在阳极氧电 化产生Br2,反应如下: 极 铂阴极 库仑计 2 Br Br2 铂阳极 用生成的Br2滴定苯胺。因此,库 搅拌器 仑滴定可用于容量分析中的各类滴 电解池 定如酸硷中和滴定、沉淀滴定、氧 化还原滴定及络合滴定等方面。 图5库仑滴定基本装置
◼ 2. 库仑分析（库仑滴定） 以电子为滴定剂的滴定 分析，滴定装置如图5。如滴定酸, 阴极反应: 2H2O+2e H2 +2OH- 生成的 OH- 离子立即与样品中的酸 （ H+ ）反应 OH-+H+ H2O 如测定环境样品中的苯胺,在 样品溶液中加入Br –使其在阳极氧 化 产生 Br2，反应如下： 2Br - Br2， 用生成的Br2滴定苯胺。因此，库 仑滴定可用于容量分析中的各类滴 定如酸硷中和滴定、沉淀滴定、氧 化还原滴定及络合滴定等方面。 图5 库仑滴定基本装置
库仑滴定主要依据法拉第的两个电解定率:即 第一定率: wacQ 电极上析出的物质重量正比于通过的电量, 第二定率: 在各种不同的电解质溶液中通入相同电量时,在电极上 析出的物质的当量数相同 1法拉第(96487库仑)电量,可以析出一个克当量的任 何物质 在电极上析出的物质重量(w)可用下式表示: W-Q/F X M/n Q电量:F—法拉第常数;M—分子量(或原子量);n反应的电子数 在控制电位库仑分析中Q=idt 在控制电流库仑分析中Q=t
库仑滴定主要依据法拉第的两个电解定率：即 第一定率： w∝Q 电极上析出的物质重量正比于通过的电量， 第二定率： 在各种不同的电解质溶液中通入相同电量时,在电极上 析出的物质的当量数相同。 1法拉第（96487库仑）电量,可以析出一个克当量的任 何物质。 在电极上析出的物质重量（w）可用下式表示： w=Q/F＊M/n Q—电量； F—法拉第常数； M—分子量（或原子量）；n—反应的电子数 在控制电位库仑分析中 Q=∫itdt 在控制电流库仑分析中 Q=it