Ііі. Електрохімічні методи аналізу

ДОСЛІД 1. Визначення кальцію у природній воді за допомогою йонселективного електроду.

Визначення Са²⁺ засновано на вимірі ЕРС елементу, складеного з кальцій-селективного електрода й електрода порівняння з наступним розрахунком концентрації кальцію. При зануренні кальцій-селективного електрода в розчин, що містить іони кальцію, виникає різниця потенціалів, величина якої пропорційна рСа²⁺:

р(Са²⁺) = -lg [Ca²⁺].

Градуювальник графік, побудований у координатах Е – р(Са²⁺), має лінійний характер і служить для розрахунку концентрації Са²⁺ у досліджуваному розчині:

Перед початком роботи електрод варто витримати протягом години в дистильованій воді, а потім у стандартному розчині солі кальцію. По закінченні роботи кальцій-селективний електрод кілька разів ретельно обполіскують дистильованою водою й занурюють у розчин з іони Са²⁺.

Із 0,1М розчину Са²⁺ методом послідовного розведення в колбах місткістю 50мл готовлять 5 стандартних розчинів в інтервалі концентрацій від 10^-2 до 10^-5 моль/л. Кожний наступний розчин готовлять розведенням попереднього. При розведенні в колби додають по 5 мл 1М розчину КС1 і доводять до мітки дистильованою водою.

Вимір ЕРС стандартних розчинів і побудова градуювального графіка. Вимір ЕРС елемента починають із найбільш розведеного розчину. Стандартний розчин поміщають в електрохімічний осередок, занурюють електроди й вимірюють ЕРС за допомогою іономеру. Встановлення постійного значення потенціалу звичайно займає не більше 3-5 хвилин. Результати виміру ЕРС у розчинах Са²⁺ записують за формою:

Стандартні розчини					Досліджуваний розчин
С(Са2+), моль/л	10-2	10-3	10-4	10-5
р(Са2+)	2	3	4	5
Е, мВ

За експериментальним даними будують графік у координатах E – (-lgСCa²⁺) або Е – рСа²⁺.

Аналіз досліджуваного розчину. Аналізований розчин поміщають у мірну колбу місткістю 100 мл, підкислюють1-3 краплями НС1 до рН 5-7 і доводять до мітки дистильованою водою. Піпеткою відбирають 3 мл приготовленого розчину в мірну колбу місткістю 50 мл, додають 5 мл 1М розчину КС1 і доводять до мітки водою. Досліджуваний розчин поміщають в електрохімічний осередок, занурюють електроди й вимірюють значення ЕРС (Е_х). За градуювальним графіком знаходять (рСа²⁺) в аналізованому розчині. Розраховують С(Са²⁺), а потім - масу Са в досліджуваному розчині.

ДОСЛІД 2. Визначення нітрат-іонів методом прямої потенціометрії.

Визначення нітрат-іонів засноване на вимірі ЕРС (Е) елемента, складеного з нітрат-селективного електрода й електрода порівняння з наступним розрахунком концентрації NO₃^- у розчині. Аналізовані розчини не повинні містити органічних сполук, здатних як забруднювати, так і розчиняти активну фазу електрода. Деякі аніони при високих концентраціях знижують чутливість іон-селективного електрода, що викликає дрейф потенціалу. Концентрацію нітрат-іонів визначають методом градуювального графіка.

Із 0,1М розчину нітрату методом послідовного розведення в колбах місткістю 50мл готовлять серію стандартних розчинів в інтервалі концентрацій від 10^-2 до 10^-5 моль/л, додаючи в розчини по 5 мл K₂SO₄. Кожний наступний розчин готовлять розведенням попередньго.

Аналіз стандартних розчинів і побудова градуювального графіка. Виміри починають із найбільш розведеного розчину. Стандартні розчини послідовно занурюють в електрохімічний осередок і вимірюють ЕРС ланцюгу. Відлік показань на йономірі проводять після досягнення стійких значення потенціалу нітрат-селективного електрода. Звичайно це займає від 3 до 7 хвилин. Після кожного виміру електричний осередок і електроди ретельно промивають дистильованою водою й протирають фільтрувальним папером. Результати виміру ЕРС у розчинах NO₃^- записують за формою:

Стандартні розчини					Досліджуваний розчин
С(NO3-), моль/л	10-2	10-3	10-4	10-5
р(NO3-)	2	3	4	5
Е, мВ

За отриманим даними будують градуювальний графік в координатах Е – pNO₃^-.

Аналіз досліджуваного розчину. Аналізований розчин поміщають у мірну колбу місткістю 100 мл, додають 10 мл розчину K₂SO₄, доводять об’єм до мітки дистильованою водою й вимірюють потенціал системи (Е_х). За градуювальним графіком знаходять pNO₃^- у досліджуваному розчині й розраховують С(NO₃^-), а потім масу нітратів-іонів у пробі.

Визначення NO₃^- у рослинах. При визначенні вмісту нітратів у тканинах рослин точну наважку овочів масою 1 г поміщають у колбу місткістю 200 мл. Додають100 мл води, закривають колбу пробкою й інтенсивно перемішують вміст колби не менш 5 хвилин. Дають відстоятися протягом 15-20 хвилин, відбирають 20 мл розчину в мірну колбу місткістю 100 мл, додають 10 мл K₂SO₄ і доводять до мітки дистильованою водою. Отриманим розчином заповнюють електрохімічний осередок, занурюють електроди й проводять вимір ЕРС (Е_х). Вміст (мг/кг) нітрат-іонів розраховують за допомогою градуювального графіка з урахуванням зроблених розведень і маси аналізованого зразка.

ДОСЛІД 3. Потенціометричне визначення іонів амонію.

Визначення концентрації іонів амонію засновано на вимірі ЕРС (Е_х) елемента, складеного з амоній-селективного електрода й електрода порівняння. При зануренні електрода в розчин відбувається обмін іонами між поверхнею мембрани й розчином, внаслідок чого виникає різниця потенціалів, величина якої пропорційна pNH₄⁺ розчину. Градуювальний графік у координатах Е–pNH₄⁺, отриманий за результатами вимірів ЕРС серії стандартних розчинів дозволяє розраховувати концентрацію іонів у досліджуваному розчині.

Із 0,1М розчину NH₄Cl методом послідовного розведення в мірних колбах місткістю 100 мл готують чотири стандартних розчини концентрацією іона NH₄⁺ від 10^-2 до 10^-4 моль/л.

Вимір ЕРС стандартних розчинів і побудова градуювального графіка. Вимір ЕРС починають з більш розведеного розчину. Перед кожним виміром тричі обполіскують індикаторний електрод дистильованою водою, а потім двічі - стандартним розчином NH₄Cl, призначеним для виміру. Стандартні розчини послідовно поміщають в електролітичний осередок. Об’єм розчину в осередку повинен бути не менш 50 мл. Опускають у розчин електроди й записують показання приладу після досягнення стійкого значення потенціалу (час встановлення потенціалу не перевищує 2-3 хвилин). Отримані значення потенціалів і відповідних величин pNH₄⁺ записують у таблицю й будують графік у координатах Е–pNH₄⁺.

Стандартні розчини					Досліджуваний розчин
С(NH4+), моль/л	10-2	10-3	10-4	10-5
р(NH4+)	2	3	4	5
Е, мВ

Аналіз досліджуваного розчину. Аналізований розчин поміщають у мірну колбу на 100 мл і доводять до мітки дистильованою водою. Вимірюють ЭДС отриманого розчину (Е_х) і по градуювальному графіку знаходять відповідне значення pNH₄⁺. Розраховують С(NH₄⁺), а потім - масу й NH₄⁺ в узятій пробі аналізованого розчину.

ДОСЛІД 4. Визначення феруму (ІІІ) методом потенціометричного титрування.

Визначення засноване на попередньому відновленні Fe³⁺ до Fe²⁺ хлоридом олова SnCl₂ і наступному титруванні суміші двох відновників (Sn²⁺ і Fe²⁺) розчином K₂Сr₂О₇. При цьому спочатку титрується іон Sn²⁺, а потім Fe²⁺:

3SnCl₄^2- + Cr₂O₇^2- + 14Н⁺ + 6С1^- → 3SnCl₆^2- + 2Cr³⁺ + 7H₂O

6Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14H⁺ → 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

Крива титрування характеризується двома стрибками: перший відповідає окисненню Sn²⁺, а другий окисненню Fe²⁺. Об’єм (V₂-V₁) відповідає об’єму дихромату калію, витраченому на титрування заліза.

Аналіз досліджуваного розчину. У мірну колбу на 100 мл відбирають аналізований розчин, доводять до мітки водою, ретельно перемішують. 10 мл розчину переносять в електрохімічний осередок, мірним циліндром додають 50 мл розведеного розчину (1:1) НС1, нагрівають розчин майже до кипіння. До гарячого розчину додають по краплях розчин SnCl₂ до повного знебарвлення, а потім ще 1-2 краплі розчину SnCl₂. Підготовляють до роботи установку для потенціометричного титрування. У гарячий розчин поміщають електрод і замикають ланцюг за допомогою сольового містка, заповненого насиченим розчином КС1. Бюретку заповнюють розчином K₂Сr₂О₇, включають магнітну мішалку й титрують аналізовану суміш, доливаючи титрант повільно по краплях (по 0,1 мл). Після кожного приливання записують об’єм титранта й показання приладу до таблиці результатів. Коли олово(ІІ) буде відтитровано (перший стрибок титрування), розчин доливають більшими порціями (по 0,3 мл), а поблизу другого стрибка титрування додають титрант знову по краплях (по 0,1 мл). На міліметровому папері будують інтегральну й диференціальну криві титрування, знаходять об’єми титранта, що відповідають першій (V₁) і другій (V₂) точкам еквівалентності. Титрування повторюють 2-3 рази. За отриманим даними розраховують масу іонів заліза в розчині.

Таблиця 4.1. Результати титрування

V (K2Сr2О7), мл

∆V, мл

рН

∆рН

∆рН / ∆V