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 % (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 t o 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 1. Электрообменные – на межфазных границах протекают реакции с участием электронов. 2. 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: 1. непосредственного определения концентрации (активности) ионов в растворах – прямая потенциометрия, ионометрия; 2. 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 +, NH 4 +, Ag +, X +, NO 3 –, ClO 4 –, F –,Cl –, Br –, I –, CN –, SCN –, Ca ++, Ba ++, Mg ++, (Ca+Mg) ++, Pb ++, Cd ++, Cu ++, Hg ++, X ++, CO 3 – –, 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, t o 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.

Фотохимические методы анализа природных вод Фотохимические методы анализа природных вод основаны на способности ультрафиолетового излучения полностью разлагать органические соединения, содержащиеся в воде. Позволяют определять содержание тяжелых металлов независимо от форм существования, органических форм галогенов, серы и некоторых других элементов. Используются в качестве пробоподготовки для определения валового содержания биогенных элементов в объектах окружающей среды и всех форм тяжелых металлов.