電位式分析儀器第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電位式分析方法的基本知識

概述一、電極電位、原電池二、電極的種類第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月概述

1.概念：

電位式分析法：通過測量電極系統(tǒng)與被測溶液構(gòu)成的測量電池的電動勢，獲知被測溶液離子活度的分析方法。測量電極系統(tǒng):指示電極、參比電極和被測溶液構(gòu)成的原電池。參比電極：其電極電位不隨溶液濃度的變化而變化指示電極：對被測溶液的某種成分有敏感效應(yīng)，并對被測離子具有一一對應(yīng)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系。第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.儀器組成傳感器變送器顯示器參比電極指示電極E＝f(a,T)阻抗變換、信號轉(zhuǎn)換及處理、微處理器等LCD、LED、指針式3.應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于環(huán)境水、工業(yè)用水、生活用水等領(lǐng)域，如測氫離子、鈉離子、氨離子等成分。

返回第一節(jié)第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電極電位水化作用Zn++++++++-----------+++Zn片插入高純水中雙電層溶解與沉積動態(tài)平衡恒定電位Zn片插入ZnSO4中改變?nèi)芤簼舛瘸跏既芙?gt;初始沉積初始溶解=初始沉積初始溶解<初始沉積Zn片帶負電動態(tài)平衡Zn片帶正電半電池：由金屬和該金屬溶液構(gòu)成的體系電極電位：由金屬及其溶液間的電位差一、原電池、電極電位

第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月鋅電極(陽極)：Zn-2eZn2+銅電極(陰極)：Cu2++2eCuZn|Zn2+,SO42-||SO42-,Cu2+|CuφCu-φZn=EφCu電解質(zhì)Zn原電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置eeIZnSO4CuSO4鹽橋Cu電極Zn電極2.原電池第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.標(biāo)準(zhǔn)電極電位標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位:Pt黑電極、H+=1mol/L、H2恒定1atm的飽和溶液的電極電位。規(guī)定：任何溫度下，標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位都為零標(biāo)準(zhǔn)電極電位:某金屬及其鹽溶液為1mol/L，在25℃時，與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成的原電池的電動勢4.非標(biāo)準(zhǔn)電極電位

某金屬及其鹽溶液不為1mol/L，在非25℃時，與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成的原電池的電動勢，可用能斯特方程表示：若電極反應(yīng)：氧化態(tài)+ne還原態(tài)電極電位:

返回第一節(jié)第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電極的種類

五類：第一類電極：金屬與該金屬溶液構(gòu)成的電極。如鋅電極等，其陽離子濃度越大，電極電位越高。第二類電極：由金屬及該金屬的一種固體難溶鹽構(gòu)成的電極。如Ag-AgCl電極、甘汞電極等，電極電位隨陰離子濃度的增大而降低。第三類電極：氧化還原電極第四類電極：金屬與其難溶氧化物構(gòu)成的電極，如：銻－氧化銻電極第五類電極：膜電極，包括絕大多數(shù)離子選擇性電極。如pH、pNa等第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

返回主頁甘汞電極(第二類電極)玻璃膜電極（第五類電極）復(fù)合玻璃膜電極（第五類電極）第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離子選擇性電極一、基本概念二、膜電位三、膜電位與被測離子活度間的關(guān)系四、被測溶液存在干擾離子的膜電位五、離子選擇性電極的分類第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離子選擇性電極一、基本概念指示電極(工作電極):將溶液的某種成分轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。離子選擇性電極：具有將溶液中某種特定離子的活度轉(zhuǎn)變成一定電位功能的電極。敏感膜：具有滲透性能，只允許被測離子能夠進入膜內(nèi)，在膜內(nèi)移動，傳遞電荷，非特異性離子不能進入，即膜對離子具有選擇性二、膜電位Ea1a2參比電極參比電極敏感膜E2E1在一定測量范圍內(nèi)，相界面電位與溶液的離子活度符合nernst方程。E=E2-E1獲得膜電位與被測離子活度間的關(guān)系第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月三、膜電位與被測離子活度間的關(guān)系更詳細研究E還包含了ED和膜不對稱電位E不對稱ED：膜內(nèi)離子擴散引起的電位E不對稱：與膜結(jié)構(gòu)有關(guān)當(dāng)a1為固定值時，則有上式成立條件：被測溶液不存在干擾離子,或小到可以忽略(>103)

被測溶液存在干擾離子,采取措施屏蔽。第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月四、被測溶液存在干擾離子,且不能忽略時的膜電位aA：主要離子活度ZA：主要離子的價數(shù)aB：干擾離子活度ZB：干擾離子的價數(shù)kAB：離子A對離子B的電位選擇性系數(shù)，表示干擾離子B對主要離子A的膜電位的影響程度。在aA

、aB一定時，kAB越大，干擾越大，總的影響還要看二者的乘積第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月五、離子選擇性電極的分類根據(jù)膜電位機理、組分和結(jié)構(gòu)分類離子選擇性電極基本電極敏化電極氣敏電極酶電極晶體電極非晶體電極均相膜電極非均相膜電極剛性基質(zhì)電極流動載體電極帶正電荷載體電極帶負電荷載體電極中性載體電極第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)玻璃膜電極(剛性基質(zhì)電極)1.機理純SiO2為四面體結(jié)構(gòu),不存在可供離子交換的點電荷引入Na2O、Li2O:硅氧鍵斷裂，形成帶負電荷的硅氧基，可供離子交換的點電荷。電極活化:干態(tài)下不能進行離子交換?；罨笮纬煽晒╇x子交換的水化凝膠層。H+水與Na＋膜交換SiOOOSiOOOOSiOOOSiOOOOONaNaSiOH+水+Na＋膜H+膜+Na＋水0.05～1um50～200umum0.05～1a2a1E1EDE2Ea1a2參比電極參比電極E2E1第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.敏感玻璃膜的選擇性pH玻璃膜電極Na+的干擾問題:當(dāng)敏感膜加入Na2O后成為鈉硅玻璃，對H+離子具有較好的選擇性，但對Na+也具有一定的響應(yīng)，產(chǎn)生干擾當(dāng)pH<9時，Na+干擾比較??；當(dāng)pH>9時，Na+干擾比較明顯；解決方案：用Li2O替代Na2O形成鋰硅玻璃。因為rLi+<rNa+，以及Li＋與硅氧基的締合力比Na+大，Na+不易代替，使Na＋的干擾明顯降低，當(dāng)前的pH電極都采用鋰硅玻璃。pNa玻璃膜電極引入Na2O、Al2O3制成鈉鋁硅電極，增大負電結(jié)合力。H＋干擾，提高pH值，一般要求pH>3個pNa第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.玻璃膜電極結(jié)構(gòu)內(nèi)充液Ag-AgCl電極玻璃電極桿固定座屏蔽引線敏感膜金屬箔聚四氟乙烯插頭0.1mol/LHCl(pH零電位為2)；含有KCl的中性磷酸鹽的混合溶液（pH零電位為7）；pNa1molNaCl/2.3mol/LKCl電極桿上鍍有AgCl銀絲飽和Ag-AgCl溶液第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.復(fù)合電極陶瓷塞玻璃敏感膜內(nèi)參比電極外參比電極內(nèi)充液KCl內(nèi)充液或KCl瓊脂第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)其他離子選擇性電極敏感膜具有內(nèi)參比電極和內(nèi)充液的電極內(nèi)充液內(nèi)參比電極敏感膜全固態(tài)電極銀絲敏感膜復(fù)合電極內(nèi)參比電極陶瓷片目前此類電極可測量的離子F-、Cl-、Br-、I-、CN-、Ag+等F電極：膜:由參雜了EuF2的的難溶鹽LaF3晶體且片組成，在晶格中，F(xiàn)-做某種程度的流動完成導(dǎo)電任務(wù)，加入Eu2+可降低內(nèi)阻。1.固體膜電極:第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.敏化電極1）氨電極：透氣膜NH4Cl內(nèi)充液電極外殼參比電極原理：被測水樣中的氨氣通過擴散膜擴散到內(nèi)充液中，與內(nèi)充液作用產(chǎn)生變化離子選擇性電極酶膜2）酶電極：第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.離子場效應(yīng)晶體管電極（ISFET）技術(shù)特征：基于微電子半導(dǎo)體技術(shù)，既具有電極響應(yīng)敏感離子的特性，由具有場效應(yīng)管的特性。S（N型Si）D（N型Si）引線離子選擇電極膜柵絕緣體（Si3N4）引線柵絕緣體（SiO2）IaUa參比電極

返回主頁第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)參比電極

要求：溫度一定，壓力一定；

電極電位不隨被測溶液活度變化而變化；良好的重現(xiàn)性，穩(wěn)定性，可逆性。一、氫電極（略）二、甘汞電極表示為：Hg｜Hg2Cl2（固）｜KCl電極反應(yīng)：Hg2Cl2＋2e2Hg+2Cl-電極電位存在問題:熱滯后現(xiàn)象第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月三、Ag-AgCl電極性能和重現(xiàn)性都比較好，高溫下電位仍較穩(wěn)定，熱滯后現(xiàn)象比甘汞小。表示為：KCl,AgCl(飽)｜AgCl（固）,Ag電極反應(yīng)：AgCl＋eAg+2Cl-電極電位第25頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題一什么是電位式分析方法及電位式分析儀器？電位式分析儀器有哪些主要部分組成？測量電池的組成和作用