Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологический мониторинг. Часть 2. Практикум
.pdf
BpA
QkQ
, (8.2)
p
k
A
C
BBB
VCQ
B
C
B
V
A
Q
B
Q
A
C
BTA
VkC
ПР
Bp
Q
Ck
где
– стехиометрический (от греч. – первоначало,
элемент и …метрия) коэффициент реакции титрования.
Количество титруемого вещества равно
QA = CAQПР, (8.3)
где
– концентрация вещества А в анализируемой смеси; QПР
= const – количество исходной пробы.
Эквивалентное количество титрующего вещества
, (8.4)
где
– концентрация титрующего вещества;
– эквивалент-
ный объём титрующего вещества.
Подставив значения
и
в уравнение (8.2), получим
зависимость искомой концентрации
от эквивалентного объ-
ёма титрующего вещества
, (8.5)
где kТ =
= const.
Таким образом, мерой концентрации определяемого компо-
нента пробы при титровании является эквивалентный объём
титрующего вещества.
По мере поступления титрующего вещества в пробе изменяется (уменьшается) концентрация определяемого вещества А. До
момента эквивалентности проба имеет избыток вещества А. В
момент эквивалентности, когда всё содержавшееся в пробе титруемое вещество А связано титрующим веществом, в прореагировавшей смеси присутствуют только продукты реакции титрования (вещества M и N). Этот момент называют конечной точ-
61
кой титрования. Если поступление титрующего вещества про-
T
q
T
q
nF
A
m
TT
qk
T
k
должается после достижения конечной точки, то в растворе появляется избыток титрующего вещества В, концентрация которого возрастает. Следовательно, ход процесса титрования можно контролировать по изменению концентрации титруемого вещества А до конечной точки и по изменению концентрации титрующего вещества В после конечной точки. Для этого используют различные приборы для измерения концентрации.
Кулонометрическое титрование
Кулонометрическим называют титрование, когда титрующее
вещество получают электролизом специального раствора. В
этом случае мерой концентрации определяемого вещества является количество электричества, израсходованное на электролиз
титрующего вещества до момента эквивалентности.
Получение электролизом титрующего вещества для кулонометрического титрования называют генерированием. Если титрующее вещество получают при электролизе титруемой смеси,
то генерирование относят к внутреннему. Если же электролизу
подвергают раствор, изолируемый от титруемой смеси, то генерирование называют внешним.
При кулонометрическом титровании число молей образовавшегося титрующего вещества согласно закону Фарадея про-
порционально количеству
электричества, затраченного на
электролиз, т.е.
, (8.6)
где A – атомная или молекулярная масса титрующего вещества;
n – число электронов, принимающих участие в электрохимиче-
ской реакции; F – число Фарадея, равное количеству электричества, при прохождении которого через электролит на электроде
выделяется один моль вещества;
– постоянная.
62
При внешнем генерировании титрующее вещество подают в
TP
q
T
Q
T
Q
TP
q
T
T
q
t
T
dIq
0
)(
T
q
TI0
)(0II
титруемую смесь в виде раствора, расход
которого обычно
поддерживают постоянным. Тогда общее количество
этого
раствора, поступившего в титруемую смесь за время T с начала процесса титрования,
=
. Количество электричества
при этом равно
, t = T. (8.7)
При автоматическом титровании в большинстве случаев силу тока генерирования поддерживают постоянной, тогда
, где
= const.
=
Таким образом, при кулонометрическом титровании систему
объёмного дозирования жидкого титранта заменяют электрической схемой постоянного тока. Для выполнения кулонометрического титрования необходима определённая электродная реакция, в результате которой генерируются нужные титрующие
ионы. Эта реакция может быть либо непосредственным процессом приобретения (или отдачи) электронов титруемых веществом, либо, в более общем случае, образованием соответствующего промежуточного вещества из какого-либо компонента
раствора, реагирующего затем с титруемым веществом.
Анализатор «Эксперт–006» предназначен для проведения
кулонометрического анализа количества определяемого вещества при постоянной силе тока. При йодометрическом определении тиосульфата в электролит (ацетатный буфер и йодистый
калий) добавляют вещество (тиосульфат натрия), способное
сравнительно быстро и стехиометрически реагировать с определяемым веществом. При электролизе в ячейке происходит анодное окисление йодид-ионов с образованием элементарного йода
2I– + 2e J2. (8.8)
63
Метод определения основан на окислении сернистой кисло-
zF
Mq
zF
IdtМ
zF
MIt
n
Э
Э
t
ты йодом в серную кислоту в кислой среде
–
I
+ 2S2O
3
2–
3J– + S4O
3
2–
. (8.9)
6
Точку эквивалентности обнаруживают по появлению в ячей-
ке элементарного йода с помощью специального бипотециометрического датчика.
Анализатор осуществляет подготовку к электролизу, пропускает ток постоянной силы через электролит в электрохимической ячейке и автоматически прекращает электролиз по достижении заданных условий. Измерив израсходованное на реакцию время, можно рассчитать количество вещества n, которое
восстанавливается или окисляюется на электроде. Величина n
прямо пропорциональна количеству электричества q, проходящего через электролит
n =
=
при I = const,
, (8.10)
где М – масса моля определяемого вещества, г/моль; I – сила
тока, А;
– время электролиза, с; z – количество электронов,
переходящих в ходе электродной реакции; F – константа Фарадея, 96485,3415 ± 0,0039 Кл/моль.
Кулонометрический анализатор «Эксперт-006»
Анализатор предназначен для количественного определения
массы вещества, содержащегося в растворе в форме ионов, комплексных соединений, нейтральных молекул и других электроактивных соединений, кулонометрическим титрованием в гальваностатическом режиме.
Область применения анализатора: кулонометрическое титрование по методу нейтрализации (кислотно-основное титрование); титрование электрогенерированными окислителями и восстановителями; методы титрования, основанные на реакциях
осаждения и комплексообразования.
64
Анализатор может быть использован в химико-технологических, агрохимических, экологических и аналитических
лабораториях промышленных предприятий, научно-исследовательских учреждений, органах контроля, инспекции и надзора. Анализаторы применяют в промышленных, лабораторных и
полевых условиях.
Предел допускаемой основной относительной погрешности
измерений массы анализируемого вещества анализатором в
комплекте с электрохимической ячейкой для кислотноосновного титрования (с использованием комбинированного
электрода для pH-метрии в качестве индикаторного электрода) составляет 2,0 %.
Предел допускаемой основной относительной погрешности
измерений массы анализируемого вещества измерительным
преобразователем – ±0,2 %.
Входное сопротивление ИП не менее 1∙1011 Ом.
Устройство и работа анализатора
Анализатор состоит из измерительного преобразователя
(ИП), включающего в себя гальваностат (по имени итальянского
анатома и физиолога L. Galvani, 1737 – 1798) и кулономер, электрохимической ячейки, с разделёнными пористым стеклянным
фильтром катодной и анодной камер, и магнитной мешалки.
Титрование анализируемого вещества проводят в электрохимической ячейке, где находится пара генераторных электродов и индикаторный электрод, используемый для потенциометрического определения конечной точки титрования, электролит
для генерирования титрующего реагента и проба анализируемого вещества.
ИП выполнен на микропроцессоре. Результаты измерений
представляют на ЖК-дисплее цифробуквенной индикацией или
в графическом виде.
Внешний вид измерительного преобразователя (вид спереди)
показан на рис. 8.1.
На задней панели ИП (рис. 8.2) находятся разъёмы для подключения: генераторных электродов – анода 1 и катода 2, биамперометрической индикаторной (от позднелат. indicator – указа-
65
тель) системы 3, 3', стеклянного pH-электрода 4, электрода
1 3 8 7 4 6 5
2
3'
сравнения 5 (отдельного или встроенного в комбинированный
электрод для pH-метрии), фотометрического датчика 6, линии
связи с компьютером 7, питания 8.
Рис. 8.1. Лицевая панель ИП анализатора
Рис. 8.2. Задняя панель ИП анализатора
Структурная схема измерительного преобразователя изображена на рис. 8.3.
66
1 3 4 5 6
7 8 2
RS-232
Выход
5
4
2 1 3
Рис. 8.3. Структурная схема ИП «Эксперт-006»:
1 – усилитель сигнала комбинированного pH-электрода; 2 – усилитель сигнала биамперометрической индикаторной системы;
3 – усилитель сигнала фотометрического датчика; 4 – аналогоцифровой преобразователь; 5 – микропроцессор; 6 – источник
тока; 7 – модуль интерфейса; 8 – модуль связи с компьютером
Внешний вид анализатора «Эксперт-006» представлен на
рис. 8.4.
Рис. 8.4. Кулонометрический анализатор «Эксперт-006»:
1 – кулонометр; 2 – ячейка; 3 – магнитная мешалка; 4 – индика-
торный электрод; 5 – генераторные электроды
67
Работа анализатора основана на измерении времени, израс-
1
M/V 2
3
ДИАПА
ЗОН
ходованного на кулонометрическое титрование анализируемого
вещества при заданной силе тока.
Математические преобразования и другие функции выполняет микропроцессор, являющийся основным компонентом
электронной схемы анализатора.
Корпус ячейки выполнен из прозрачного стекла и имеет че-
тыре горловины со шлифовыми муфтами 14/23 для хлоркальциевой трубки, порты ввода, генераторные электроды, электрод бипотенциометрической индикаторной системы и одну
горловину со шлифовой муфтой 19/26 или 29/32 для катодной
камеры, имеющей стеклянный фильтр с пористостью № 4.
Порт ввода осуществляет введение пробы в ячейку с помощью шприца. Он снабжён прокладкой из вакуумной резины,
которая фиксируется резьбовой муфтой.
Управление работой анализатора
Управление работой анализатора осуществляют с помощью
клавиатуры, расположенной на лицевой панели.
Функции клавиш клавиатуры:
Ввод цифры «1»; изменение номера программы.
Ввод цифры «2».
Ввод цифры «3»; изменение номера программы.
Ввод символа «–»; выбор максимального тока
диапазона ~ 5 или ~ 50 мA (соответствует
диапазонам 10 или 100 мг).
68
Ввод цифры «4»; запуск измерения массы
ИМЗ 4
ВИД 5
ИМЗ 6
ДРФ
ДРФ
ЧИСЛ7
Ф1 8
ПРМ 9
0
ВВОД
(количества) вещества.
Ввод цифры «5»; выбор идентификации результа-
тов измерений (цифробуквенная или в виде гра-
фика).
Ввод цифры «6»; запуск измерения дрейфа.
Ввод десятичной точки; учёт дрейфа.
Ввод цифры «7»; ввод численных значений.
Ввод цифры «8».
Ввод цифры «9»; вход в режим просмотра
установленных параметров.
Ввод цифры «0»; активация и отключение
подсветки дисплея.
Увеличение номера измерений на единицу;
переход к следующему параметру измерений.
Ввод численного значения параметра; пересчёт
измерения.
Уменьшение номера измерений на единицу;
переход к следующему параметру измерений.
69
Отмена команды; выход из режимов; ступень
ОТМ
ВКЛ
ОТКЛ
вверх.
Включение анализатора.
Выключение анализатора.
Цель лабораторной работы
Цель лабораторной работы состоит в изучении устройства
микропроцессорного анализатора «Эксперт-006», градуировке и
определении его метрологических характеристик, а также количественном определении массы вещества в растворе методом
кулонометрического титрования.
Приборы и оборудование для выполнения работы
1. Анализатор кулонометрический «Эксперт-006».
2. Ячейка кулонометрическая жидкостная с фильтром.
3. Катодная камера.
4. Хлор-кальциевая трубка.
5. Порт ввода.
6. Электроды бипотенциометрической индикаторной сис-
темы.
7. Электроды генераторные.
8. Мешалка магнитная ПЭ-6100.
9. Весы лабораторные аналитические.
10. Стаканы стеклянные лабораторные.
Реактивы и материалы
Калий йодистый.
Ледяная уксусная кислота.
Ацетат аммония (ацетат натрия).
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]