Типи іоноселективних електродів

Варіант 2

1. Типи іоноселективних електродів.

ІОНОСЕЛЕКТИВНІ ЕЛЕКТРОДИ (мембранні електроди) — електрохімічні напівелементи електрохімічного ланцюга, потенціали яких залежать від активності у розчині іона, до якого селективний цей електрод. Потенціал ідеального І.е. описується рівнянням Нернста:

де Е0 — стандартний електродний потенціал електрода; R — газова постійна; T — температура розчину, К; n — заряд іона з відповідним знаком; ai — активність іона, до якого селективний електрод.

Розрізняють чотири основних типи І.е.

1. І.е. з твердофазною мембраною. Мембрани таких електродів можуть бути гомогенними, виготовленими з моно- або полікристалів важкорозчинних солей, та гетерогенними, виготовленими з тих же солей, але у суміші з інертною матрицею: різними полімерами, каучуками, порошкуватим Ag2S. Твердофазні мембрани виготовляють також зі спечених або пресованих сумішей халькогенідів двовалентних металів (Pb2+, Cd2+, Cu2+ та ін.). На основі твердофазних мембран розроблені І.е. на галогенід-іони (Cl–, Br–, I–, F–), на NCS–, S2–, Ag+, Pb2+, Cd2+, Hg2+, Cu2+ та ін.

2. І.е. з рідинною мембраною. Мембрана таких електродів являє собою рідинну фазу, яка складається з органічного розчинника, що не змішується з водою, в якому розчинені рідинні катіоніти або аніоніти, або нейтральні хелатні сполуки (мембраноактивні комплексони чи іонофори). Така мембрана може безпосередньо або через пористу діафрагму стикатися з розчином, який аналізують. На основі рідинних мембран розроблено десятки І.е. на іони як неорганічної, так і органічної природи. Основні недоліки І.е. з рідинними мембранами — це їх малий робочий ресурс та низька швидкість встановлення потенціалу.

3. І.е. з плівковими мембранами. Мембрани таких електродів — тонкі пластифіковані полімерні плівки, які містять як матрицю гідрофобний полімер (напр. полівінілхлорид), пластифікатор та електродоактивну речовину, таку ж, як і рідинна мембрана. Електроаналітичні характеристики І.е. з плівковими мембранами значно перевищують характеристики електродів з рідинними мембранами. На основі плівкових мембран розроблені і випускаються промисловістю І.е. на найбільш важливі іони: галогенідів, лужних та лужноземельних металів, нітрат-іонів тощо. Розроблено декілька десятків плівкових І.е. з функціями ЛП: папаверину, новокаїну, лідокаїну, трамадолу, декаметоксину, вітамінів групи В та ін.

4. І.е. зі скляною мембраною (скляні електроди). Мембрани таких електродів — тонкостінна порожниста кулька або тонка пластинка, виготовлені зі скла спеціального складу. До складу такого скла входять SiO2, Al2O3, Li2O, Na2O, BaO, Ce2O та ін. На основі скляних мембран промисловість випускає скляні електроди для вимірювання рН у межах –2:14 одиниць, рNa, рNH4 i pAg — у межах –0,5:4 одиниці.

Розроблені і знайшли застосування спеціальні І.е., напр., газочутливі для потенціометричного визначення деяких газів: NH3, CO2, SO2, H2S; ферментні для визначення неіоногенних органічних сполук: сечовини, глюкози та ін.; бактеріальні, імуноелектроди, електроди на основі біологічної тканини та ін.

1. Методи визначення важких металів у харчових продуктах.

Визначити миш'як в межах 1-50 мг/л можна за допомогою колориметричних методів аналізу на основі діетилдитіокарбамату срібла. Зручним є метод атомно-абсорбційної спектроскопії. Він заснований на визначенні арсину, отриманого при відновленні сполук миш'яку. Наявні в продажі прилади для виділення арсину використовуються в поєднанні зі стандартним обладнанням. При аналізі миш'яку рекомендується використовувати полум'я закис азоту-ацітелен. Через молекулярної абсорбції газів полум'я можуть виникати перешкоди у верхньому діапазоні ультрафіолетової частини спектра, де знаходяться найбільш чутливі лінії миш'яку. Ці перешкоди усуваються при коригуванні фону. Для визначення мікрокількостей миш'яку з успіхом використовувався нейтронно-активаційний аналіз. Це дозволило провести точні визначення. Для розділення органічних сполук миш'яку від неорганічних використовувався метод газорідинної хроматографії. Арбітражний метод - колориметрія з діетилдитіокарбамату срібла після відгону миш'яку з гідролізату (або розчину золи) у вигляді гідриду або трихлорида миш'яку. Атомно-абсорбційне визначення можливе тільки після попереднього концентрування у вигляді гідриду AsH3 та використання графітової кювети. Кадмій - високотоксичний кумулятивний отрута, яка блокує, роботу ряду ферментів; вражає нирки і печінку.

В даний час широко використовується атомно-абсорбційна спектрофотометрія. Використання повітряно-ацетиленового полум'я дозволяє отримати хороші результати, проте полум'я повинне ретельно контролюватися. Безполуменевий атомно-абсорбційна спектрофотометрія дозволяє визначати кадмій на рівні 5 мкг/кг. Однак через хімічного впливу деяких з'єднань, наприклад солей калію, результати можуть бути перекручені. Є дані з визначення кадмію методом вольтамперометрії з анодним розчиненням. Результати добре узгоджуються з даними атомно-абсорбційної спектрометрії. Досить надійні і точні дані вдається отримати за допомогою нейтронно-активаційного аналізу. З використанням нового обладнання і підвищенням точності стало ясно, що дані, отримані раніше за допомогою атомно-абсорбційної спектрофотометрії і менш точною полум'яної фотометрії, не є достовірними. Це пояснюється недосконалістю сучасних аналітичних методів. Визначення кадмію в порошковому знежиреному молоці.

 У теперішній час ртуть визначають трьома основними аналітичними методами: колориметричний, методом полум'яної атомно-абсорбційної спектрометрії та методом нейтронно-активаційного аналізу.

Залізо в біологічних матеріалах легко визначають колориметричною, спектрофотометричними та іншими інструментальними методами.

1. Метод тонкошарової хроматографії (ТШХ).

Загальна характеристика та практичне застосування.

Основою тонкошарової хроматографії є адсорбційний метод, хоча також зустрічається метод розподільної хроматографії.Адсорбційний метод заснований на відмінності ступеня сорбції-десорбції поділюваних компонентів на нерухомій фазі. Адсорбція здійснюється за рахунок ван-дер-ваальсовскіх сил, що є основою фізичної адсорбції, полімолекулярних (утворення декількох шарів адсорбата на поверхні адсорбенту) і хемосорбції (хімічної взаємодії адсорбенту та адсорбату).

Для ефективних процесів сорбції-десорбції необхідна велика площа, що висуває певні вимоги до адсорбенту. При великій поверхні поділу фаз відбувається швидке встановлення рівноваги між фазами компонентів суміші і ефективне розділення. Так фізичне вираження адсорбції-десорбції в спрощеному вигляді можна виразити рівнянням.

Г = (Г ~ / К) с.

де Г ~ - гранично можлива величина адсорбції, К - константа рівноваги;

с-концентрація абсорбата.

У більш строгих підходах до теорії адсорбції необхідно враховувати взаємодію між адсорбованими частинками, неоднорідність поверхні, тиск, температуру і т.д.

Але як видно з вищенаведеного рівняння адсорбція є лінійною функцією концентрації.

Ще одним видом використовуваному в методі тонкошарової хроматографії є розподільна рідинна хроматографія.

У розподільній хроматографії обидві фази - рухома і нерухома - рідини, не змішуються один з одним. Поділ речовин грунтується на відмінності в їх коефіцієнтах розподілу між цими фазами.

Порівнюючи відомі ТШХ методи визначення НА, можна зробити висновок, що для практичного застосування найбільш придатний метод денітрозування НА сумішшю бромисто-водневої та оцтової кислот з подальшим перетворенням одержаних вторинних амінів на флуоресцентні НБД-хлориди. Названий метод був використаний в нашій лабораторії для аналізу пшениці, жита, а також м'яса та риби. Слід відмітити, що серед проаналізованих зразків не було зареєстровано випадків перевищення гранично допустимого рівня.

1. Атомно-емісійна спектроскопія: сутність методу, практичне застосування

Атомно-емісійний спектральний аналіз - це метод визначення хімічного складу речовини за спектром випромінювання його атомів під впливом джерела порушення (дуга, іскра, полум'я, плазма).Збудження атомів відбувається при переході одного або декількох електронів на більш віддалений енергетичний рівень. У нормальному стані (незбудженому) атом має найменшу енергію E 0. У збудженому (нестійкому) стані атом може перебувати дуже короткий час ( 10 -7 - 10 -8 сек) і завжди прагне зайняти нормальне збудженому стані. При цьому атом віддає надлишкову енергію у вигляді випромінювання фотона.

Серед методів атомної спектрометрії найбільш простий в апаратурному відношенні атомно-емісійний метод (рис. 1а). Атоми збуджуються термічним способом (полум'я, дуга, іскра). За 10-7 с збуджений електрон повертається в основний стан, випромінює світло з частотою hv (відповідно до виразу Е*—E=hv).  Підвищення температури приводить до експонентного збільшення інтенсивності випромінювання. Використання методу для аналітичних цілей вимагає підтримки порівняно постійної температури джерела, що на практиці реалізувати важко. Тому методи атомно-емісійної спектроскопії (полум'яна фотометрія, емісійний спектральний аналіз) рідко дають результати з відносним стандартним відхиленням менше 5%.
Аналітичний сигнал залежить від концентрації збуджених атомів, що дуже мало в порівнянні із загальною концентрацією атомів. Крім того, деяка частина енергії збуджених атомів зникає через непружні зіткнення з навколишніми частинами з виділенням теплоти (безвипромінювальні переходи), що приводить до порушення лінійної залежності інтенсивності випущення від концентрації.

1. Фотометричне визначення міді.

Фотометричне визначення іонів Cu2+

Визначення купруму у сульфаті купруму аміачним методом проводять за наступною схемою:

• готують серію стандартних розчинів;
• визначають оптичну густину приготовлених розчинів на фотоелектроколориметрі;
• будують градуювальний графік;
• визначають оптичну густину досліджуваного розчину і за графіком визначають його концентрацію

У мірні колби на 50мл доливають по 25, 20,15, 10, 5, 3мл стандартного розчину солі купруму У 1мл стандартного розчину вміщується 1мг Сu2+ іонів. Після того у кожну мірну колбу додають по 10 мл водного розчину аміаку і доводять об'єм рідини у колбах дистильованою водою до мітки. Закривають колби пробкою і перемішують.
Для вимірювання оптичної густини із колби наливають розчин у кювету з робочою довжиною 1см, встановлюють її у кюветотримач фотоколориметра, потім визначають відхилення стрілки гальванометра. Вимірювання оптичної густини розчину необхідно починати з розчину з найменшою концентрацією купру му на червоному світлофільтрі (=670 нм).

За даними таблиці будуємо криву, відкладаємо на осі абсцис значення концентрації стандартних розчинів, на осі ординат – значення їх оптичної густини.
Для визначення концентрації купруму у досліджуваному розчині необхідно у мірну колбу на 50 мл додати 5 мл досліджуваного розчину, 10 мл розчину аміаку, довести дистильованою водою до мітки, перемішати і заміряти оптичну густину. За калібрувальним графіком, знаючи оптичну густину знаходимо концентрацію купруму в мг/мл.

1. Інструментальні методи наукових досліджень в моєї дипломної роботи.

1. Визначення структурно-механічних і технологічних властивостей м’яса.
2. Визначення рН.
3. Визначення вмісту вологи.

1. Класифікація електрохімічних методів.

Електрохімічні методи аналізу (ЕМА) засновані на дослідженні процесів, що протікають на поверхні електрода або в приелектродних просторі. Аналітичним сигналом служить електричний параметр (потенціал, сила струму, опір та ін), функціонально пов'язаний з концентрацією визначається компонента розчину і піддається правильному виміру.

Класифікація ЕМА, пропонована ІЮПАК, за останні десятиліття зазнала певних змін, в неї внесені уточнення (пояснення) і доповнення.

Істотна увага приділяється електрохімічним осередкам та датчикам аналітичного сигналу (електродним системам, різним електрохімічним сенсорам), саме ці первинні електрохімічні перетворювачі визначають аналітичні можливості будь-якого методу. В даний час не представляє проблеми найдосконаліша і швидка обробка сигналу від датчика, розрахунок статистичних характеристик як вихідного сигналу, так і результатів всього аналізу в цілому. Саме тому важливо отримати достовірний вихідний сигнал, щоб прокалибровать його в одиницях концентрації.

Відповідно до загальної класифікації, запропонованої

ІЮПАК, ЕМА поділяються на методи, в яких порушуваний електричний сигнал постійний чи дорівнює нулю і на методи, в яких порушуваний сигнал змінюється в часі. Ці методи класифікуються наступним чином:

вольтамперометрические - voltammetry, I 0; E = f (t);

потенціометричні - potentiometry, (I = 0);

амперометричних - amperometry (I 0; E = const);

хронопотенціометріческіе, E = f (t); I = const;

імпедансний, або кондуктометричні - вимірювання, що використовують накладення змінного напруги малої амплітуди; інші,комбіновані (наприклад, спектроелектрохіміческіе).

Список літератури:

1.     Дубініна А.А., Малюк Л.П., Селютіна Г.А. та ін. Токсичні речовини у харчових продуктах та методи їх визначення: Підручник.-К.: ВД «Професіонал», 2007.-384с.

2.     Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа.-М.: Высш.шк.,1991.-256с.

3. Ю.А.Золотов, Е.Н.Дорохова, В.И.Фадеева и др. Основы аналитической химии.- М.:Высшая школа, 2002.

4. В.П. Васильев. Аналитическая химия.- М.: Высшая школа, 1989.

5. Н.И. Тарасевич, К.А. Семененко, А.Д. Хлыстова. Методы спектрального и химико-спектрального анализа.- М.: Изд-во МГУ, 1973.

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Індивідуальна робота

з курсу: «Інструментальні методи наукових досліджень»

варіант 2.

Студентки 5 курсу,

групи ТМ 57

Гусаренко А.

Викладач: Малинка О. В.

Одеса 2015

Типи іоноселективних електродів