Лекция 6. Электрохимические и фотохимические методы оценки качества окружающей природной среды

Электрохимические методы анализа природных вод
Методы анализа химического состава воды, основанные на измерении электрохимических свойств компонентов – окислительно-восстановительного потенциала, электрической проводимости, силы полярографического тока. Простота определений, легкость автоматизации, высокая чувствительность делают эти методы весьма перспективными.
Чувствительность методов 10-15- 10-7 % (массовая доля), погрешность 0,5-5%.
Электрохимические методы делятся на 3 группы:
- потенциометрические
- кондуктометрические
- полярографические

Потенциометрические методы
Потенциометрические методы основаны на измерении потенциала электрода, погруженного в анализируемый раствор, изменяющегося в результате химических реакций и зависящий от to и концентрации раствора.
В потенциометрии обычно применяют гальванический элемент, состоящий из двух электродов, погруженных в один и тот же раствор.
Электрод, потенциал которого зависит от концентрации определяемого компонента, называют индикаторным электродом, второй – электродом сравнения с постоянным потенциалом.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИХ
МЕТОДОВ АНАЛИЗА

Виды электродов
Электрообменные – на межфазных границах протекают реакции с участием электронов.
Ионообменные, мембранные или ионселективные – протекают ионообменные реакции.
Ионоселективные делят на:
- стеклянные
- твердые с гомогенной и гетерогенной мембраной
- жидкие
- газовые

Электроды сравнения

Потенциометрический анализ применяют для:
непосредственного определения концентрации (активности) ионов в растворах – прямая потенциометрия, ионометрия;
индикации точки эквивалентности при титровании - потенциометрическое титрование.
Прямая потенциометрия – измерение рН и концентрации некоторых ионов.
Потенциометрическое титрование – установление точки эквивалентности по скачку потенциала. Эти методы более чувствительны и точны, чем прямая потенциометрия.
Для установления точки эквивалента строят кривые титрования – график зависимости потенциала электрода EмB от объема титрующего раствора, мл.

Преимущества потенциометрических методов
быстрота и простота;
используя электроды, можно определять компоненты в очень маленьких по объему пробах, до десятых долей миллиметра;
дает возможность проводить анализы в мутных и окрашенных растворах, вязких пастах, исключая процедуры фильтрования и перегонки;
проба остается неиспорченной и пригодна для других анализов;
- возможность полной и частичной автоматизации.

Иономер лабораторный И-160.1МП
Микропроцессорный иономер И-160.1МП с функцией потенциометрического титрования предназначен для определения в водных растворах активности ионов водорода (рН), окислительно-восстановительного потенциала (Eh), активности и концентрации ионов: H+, Li+, Na+, K+, NH4+, Ag+, X+, NO3–, ClO4–, F – ,Cl –, Br –, I –, CN –, SCN –, Ca++, Ba++, Mg++, (Ca+Mg)++, Pb++, Cd++, Cu++, Hg++, X++, CO3– –, S – – и др. А также для потенциометрического титрования при комплектации прибора дополнительными устройствами.

Кондуктометрический метод
Кондуктометрический метод основан на измерении электрической проводимости растворов, изменяющейся в результате химических реакций и зависящей от природы электролита, to и концентрации раствора.
Электрическая проводимость природной воды - показатель, характеризующий способность воды проводить электрический ток. Значение электрической проводимости растворов зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. По значениям электрической проводимости воды можно приближенно судить о минерализации воды с помощью предварительно установленных зависимостей между электрической проводимостью и минерализацией.
При этом изучается зависимость между электрической проводимостью раствора и концентрацией ионов. Электрическая проводимость является результатом диссоциации вещества на ионы и миграции ионов под действием внешнего источника электрического напряжения.

Различают удельную, эквивалентную и относительную электрическую проводимость.
Удельная электрическая проводимость χ – проводимость 1м3 раствора, помещенного между электродами площадью 1м2 на расстоянии 1 м (См/м).
Эквивалентная электрическая проводимость ν -это электрическая проводимость раствора, содержащего 1 моль эквивалента вещества, измеренная на расстоянии 1 см.
Относительная электрическая проводимость R – это отношение удельной электрической проводимости раствора к удельной электрической проводимости стандартного раствора.

Кондуктометрический метод может быть реализован в варианте прямой кондуктометрии или кондуктометрического титрования.
Прямая кондуктометрия – определение удельной электрической проводимости как оценки минерализации вод, которую определяют главные ионы – кальция, магния, калия, натрия, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов.
Кондуктометрическое титрование основано на применении химических реакций, в результате которых изменяется электрическая проводимость раствора.
Достоинства:
- быстрота, удобство
- возможность определения в мутных и окрашенных растворах
Недостатки:
Электрическую проводимость раствора можно измерить с высокой точностью только в разбавленных растворах.

Полярографический анализ
Полярографический метод основан на измерении силы тока, изменяющегося в процессе электролиза, в условиях, когда один из электродов (катод) имеет очень малую поверхность (поляризующийся электрод), а другой (анод) - большую (неполяризующийся электрод).
Полярографические методы отличаются достаточно высокой точностью и чувствительностью. Применяются в основном в аналитических лабораториях НИИ для определения концентраций тяжелых металлов.

Полярограф универсальный ПУ-1

Применение полярографического анализа
Полярограф может быть использован:
для определения примесей в металлах, сплавах, полупроводниках, химических реактивах;
для контроля чистоты воздуха, воды, пищевых продуктов и медицинских препаратов;
для проведения биохимических исследований;
для изучения электродных, абсорбционных, окислительно-восстановительных процессов в химии комплексных соединений
Достоинства:
Исследование широкого ряда электродных процессов.
Возможность снятия полярограмм в виде удобном для последующей обработки.
Возможность сопряжения с ПЭВМ для обработки результатов анализа.

Системы капиллярного электрофореза «КАПЕЛЬ®-105/105M»
Использование приборов «КАПЕЛЬ®-105/105M»
Назначение:
- анализ объектов окружающей среды;
- контроль качества пищевой продукции и продовольственного сырья;
- контроль качества кормов, комбикормов, сырья для их производства, премиксов;
- фармацевтика;
- клиническая биохимия;
- криминалистическая экспертиза;
- химическая промышленность.