Elektrochemické metody – potenciometrie, polarografie

Question 1

elektrochemické metody definice

Answer 1

metody založeny na měření el. proudu (náboje, napětí nebo potenciálu) spojeného s oxidací či redukcí stanovované složky

Question 2

kde probíhá elektrodový děj

Answer 2

na elektrodách

Question 3

jaké všechny metody spadají do elektrochemických metod

Answer 3

potenciometrie, voltametrie, polarografie, coulometrie, elektrogravimetrie

Question 4

v elektrochemických metodách probíhají jaké reakce a kde

Answer 4

redoxní reakce v elektrochemickém článku

Question 5

dělení podle způsobu zapojení článku do měřícího obvodu

Answer 5

1. metody při nichž článkem prouchází el. proud = voltametrie
2. metody při nichž článkem neprochází el. proud = potenciometrie

Question 6

elektrochemický článek definice

Answer 6

• soustava v níž je analyzovaný vzorek v kontaktu s elektrodami
• měří se: proud, potenciál, vodivost, el. náboj, kapacita

Question 7

galvanický článek

Answer 7

elektrochemický článek je zdrojem napětí

Question 8

elektrolytický článek

Answer 8

dojde k elektrolýze účinkem vnějšího zdroje napětí

Question 9

elektroda definice

Answer 9

• poločlánek
• je to heterogenní elektrochemický systém tvořený 2 fázemi

Question 10

složení elektrody

Answer 10

• je tvořena dvěma fázemi
  
  1. jedna fáze je vodičem 1. třídy (vede el. proud pomocí elektronů)
  2. druhá fáze je vodičem 2. třídy (vede el. proud pomocí iontů)

Question 11

oxidačně - redukční reakce v elektrodách

Answer 11

• oxidačně - redukční reakce umožňují přenos náboje mezi fázemi elektrody
• elektrodový děj se zapisuje ve směru redukce
  
  • katoda = redukce
  • anoda = oxidace

Question 12

Elektrody se dělí na:

Answer 12

• elektrody I. druhu
  
  • kationtové, plynové
  • stříbrná, zinková, měděná, vodíková
• elektrody II. druhu
  
  • často se používají jako srovnávací - kov na něm vrstva málo rozpustné soli v aniontu této soli
  • kalomelová, merkurosulfátová

Question 13

druhy elektrod

Answer 13

Kalomelová elektroda
Merkurosulfátová elektroda
Animonová elektroda
Bizmutová elektroda
Redoxní elektrody (ise, Skleněná elektroda, s kapalnými membránami, s tuhými membránami, plynové senzory, enzymové elektrody)

Question 14

Kalomelová elektroda

Answer 14

• Hg (l), Hg2Cl2 (l), KCl (aq)
  
  • používá se jako etalon (měřič) při měření pH
  • tvoří ji rtuť a je pokrytá vrstvou hg2cl2 (kalomelem) v roztoku kcl
  • elektroda je ve skle či plastu
  • vždy musí být uzavřená gumovou čepičkou aby nevysychal elektrolyt

Question 15

Merkurosulfátová elektroda

Answer 15

Hg (l), Hg2SO4 (s), K2SO4 (aq = nasycený roztok)

Question 16

Animonová elektroda

Answer 16

• tyčinka z antimonu pokrytá vrstvičku oxidu antimonitého
• její potenciál závisí na jeho pH
• využívána v silně kyselém prostředí

Question 17

Bizmutová elektroda

Answer 17

• měření pH v zásadité oblasti

Question 18

Redoxní elektrody

Answer 18

• Pt (s) / ox (aq), red (aq)
• tvořeny ušlechtilým kovem (platinou, zlatým plíškem, rtuti) ponořeným do roztoku obsahující oxidovanou a redukovanou formu redoxního systému
• kov pouze jako zprostředkovatel výměny elektronů mezi oběma formami redoxního systému
  
  • sám se redoxní chtějí nezúčastní
• obecně platí že: oxidovaná forma redoxního systému s vyšším redoxním potencionálem působí jako oxidační činidlo na redoxní formou s nižším standardním potenciálem
• využití: oxidační redukční titace

Question 19

Iontově - selektivní elektrody (ise)

Answer 19

• využívají vzniku potencionálů na membráně selektivně propustné pro určité ionty
• ionty které mohou vstupovat do membrány způsobují vznik potencionálového rozdílu mezi povrchem membrány a okolním roztokem
  
  • tzv. Donnanův potenciál - jeho velikost závisí na aktivitě iontu v roztoku
• běžné iontově selektivní elektroda je tvořena membránu která odděluje vnější a vnitřní roztok
• roztok obsahují ionty pro které je membrána selektivní
• ve vnitřním roztoku je umístěna vnitřní srovnávací elektroda (například argentochloridová) která zajišťuje spojení s přístrojem

Question 20

Skleněná elektroda

Answer 20

• iontově selektivní pH
• selektivní vůči H3O+ iontům
• tvoří ji banička z elektrodového skla s vnitřním roztokem o stálém pH a koncentrací chloridových iontů, ve kterém je ponořena je ponořena argentochloridová elektroda
• banička funguje jako membrána z elektrodového skla mezi níž a roztoku dochází k výměně oxoniových iontů z roztoku za sodné ionty ze skla
• funguje pro pH 2-12

Question 21

s kapalnými membránami

Answer 21

• vápenatá

Question 22

s tuhými membránami

Answer 22

fluoridová

Question 23

plynové senzory

Answer 23

amoniakové

Question 24

enzymové elektrody

Answer 24

gelové

Question 25

Potenciometrie

Answer 25

měření rovnovážného napětí galvanického článku (= rozdíl napětí mezi dvěma elektrodami)

Question 26

Potenciometrie - článek je sestaven z:

Answer 26

• měrné = indikační elektrody
  
  • její potenciál závisí na koncentraci sledované látky ve zkoumaném roztoku
• srovnávací = referenční elektrody
  
  • má konstantní potenciál = nezávisí na složení měrného roztoku
• rovnovážné napětí které je rozdílem potenciálů nám udává koncentraci

Question 27

Nernstova rovnice

Answer 27

• pomocí Nernstovy rovnice lze spočítat elektrodový potenciál v závislosti na koncentracích iontů v roztoku
• tímto způsobem můžeme určit koncentraci sledované látky ve zkoumaném roztoku na základě změřeného elektrodového potenciálu

Question 28

Analytické využití potenciometrie

Answer 28

přímá potenciometrie
potenciometrická titrace

Question 29

přímá potenciometrie

Answer 29

• vybereme měrnou elektrodu je již potenciál závisí na koncentraci iontů které stanovujeme
• použití: převážně iontově selektivní metody

Question 30

potenciometrická titrace

Answer 30

• sledujeme: závislost napětí sestaveného článku na objemu přidávaného titračního činidla
• s filtrační křivky určíme bod ekvivalence (vyhodnocujeme dvě potenciometrické titrační křivky)
• měrná elektroda reaguje na stanovené ionty nebo na ionty titračního činidla

Question 31

volba měrné elektrody

Answer 31

1. neutralizační titrace = skleněná
2. srážecí titrace = stříbrná, ise
3. komplexometrická titrace = ise
4. redoxní titrace = platinová redoxní

Question 32

Polarografie - princip

Answer 32

• Polarografie je založena na elektrolýze roztoku stanovované látky
• Proud prochází roztokem mezi dvěma elektrodami: jedna je dokonale polarizovatelná (realizována jako rtuťová kapková elektroda), druhá je nepolarizovatelná elektroda.
• Stanovovaná látka musí být schopná redukce nebo oxidace na polarizovatelné elektrodě.

Question 33

Polarografie - Uspořádání

Answer 33

• Při klasickém uspořádání zvyšujeme zvolna napětí vkládané na obě elektrody a sledujeme, jak se mění proud protékající obvodem v závislosti na vkládaném napětí.
• Velikost proudu je omezena rychlostí, jíž jsou částice stanovované látky přiváděny difúzí k povrchu elektrody
  
  • Po překročení určitých hodnot napětí proud již dále neroste, protože difúze částic dosáhla maximální rychlosti, která je přímo úměrná koncentraci reagující látky v roztoku.
    
    • Tento maximální proud se nazývá limitní difúzní proud a je přímo úměrný koncentraci stanovované látky v roztoku.
• principem metody je měření proudu, který prochází pracovní elektrodou ponořenou do roztoku analytu při postupném zvyšování napětí
  
  • tímto způsobem se získává polarografická křivka, která umožňuje identifikaci a kvantifikaci analytu

Question 34

Polarografie - Typy měření

Answer 34

Diferenciální pulsní polarografie (DPP)
Normální pulsní polarografie (NPP)
Square wave polarografie (SWP)

Question 35

Diferenciální pulsní polarografie (DPP)

Answer 35

Tato metoda využívá pulsní napětí namísto kontinuálního zvyšování napětí. To může vést k vyšší citlivosti a lepšímu rozlišení mezi různými analyty.

Question 36

Normální pulsní polarografie (NPP)

Answer 36

u tohoto typu měření se napětí na elektrodě mění v pravidelných intervalech. Tato metoda může být užitečná pro detekci analytů s nízkým redoxním potenciálem.

Question 37

Square wave polarografie (SWP)

Answer 37

Tato technika využívá střídavé napětí pro generování polarografické křivky. SWP může poskytnout rychlé a přesné výsledky pro širokou škálu analytů.

Question 38

Pracovní elektroda

Answer 38

• pracovní elektroda je klíčovou součástí polarografického měření
• nejčastěji se používá kapková rtuťová elektroda (DME), která má řadu výhod, včetně kontinuální obnovy povrchu a definovaného tvaru kapky
  
  • to umožňuje dosáhnout velmi přesných výsledků
• kromě toho mohou být v závislosti na konkrétních potřebách analýzy použity i jiné typy elektrod