Методические разработки для студентов 2 курса агрономического факультета Казгау по направлению 110100 «Агрохимия и агропочвоведение\ - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Примерная программа наименование дисциплины система удобрения рекомендуется... 1 290.99kb.
Практикум Направление подготовки бакалавра 110900. 62 «Технология... 11 2786.54kb.
Лекции по агрометеорологии лекция №1 тема: введение предмет и задачи... 3 723.43kb.
Направление подготовки (профили) 1 76.05kb.
Методические рекомендации по изучению дисциплины и задания для контрольной... 1 204.32kb.
Пособие по английскому языку для студентов заочной формы обучения... 1 271.2kb.
Закон Краснодарского края от 1 ноября 2013 г. N 2826-кз "О производстве... 1 202kb.
Вопросы к экзаменационным билетам по почвоведению с основами геологии... 1 40.35kb.
Учебно-методический комплекс по дисциплине «производство продукции... 4 1051.07kb.
Фгбоу впо «Ярославская государственная сельскохозяйственная академия» 1 53.8kb.
Комплексная технология переработки гречихи с утилизацией лузги 1 320.76kb.
Задача по реконструкции отделения обезвоживания в производстве жженой... 1 311.62kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Методические разработки для студентов 2 курса агрономического факультета Казгау по - страница №2/3


Метод градуировочного графика. Готовят серию стандартных растворов и проводят их вольтамперометрирование. Результаты исследования можно обработать графическим или расчётным способом.


  1. Графический способ обработки данных вольтамперометрических измерений

Строят график по данным вольтамперометрического исследования нескольких стандартных растворов. На оси ординат откладывается пропорциональная силе диффузионного тока высота волны (пика), а на оси абсцисс – концентрация анализируемого вещества. График должен представлять прямую линию, проходящую через начало координат.



Метод даёт точные результаты при условии высокой идентичности вольтамперометрического исследования стандартных растворов и неизвестной пробы. К этим требованиям относят условия работы индикаторного электрода (свойства поверхности электрода), температуру и среду (фоновый электролит).




  1. Расчётный способ обработки данных вольтамперометрического исследования растворов.

Используя метод наименьших квадратов для прямой y = a + bx (h = a +bc) параметры a и b можно вычислить по формулам:





Для градуировочной прямой y = bx, проходящей через начало координат используется формула:

В рассматриваемом случае:



Зная параметры a и b, можно легко вычислить концентрацию cx в исследуемом образце:

Метод добавок. Оптимальным, особенно в случае объектов сложного состава, является метод добавок, который основан на измерении высоты волны в анализируемом растворе до (h1) и после введения известного объёма стандартного раствора (h2).
или
или

или



Наиболее точные расчеты получаются при использовании метода многократных добавок, который позволяет использовать и графический, и расчётный способ обработки результатов вольтамперометрии стандартных растворов.


  1. Графический способ обработки результатов исследования растворов методом добавок.

Полученные данные о вольтамперометрировании исследуемого раствора и растворов, содержащие известное количество стандартного раствора, наносят на график зависимости hx+ст от cст.




При экстраполяции прямая на этом графике отсекает на оси абсцисс величину, равную концентрации анализируемого вещества.


  1. Расчётный способ обработки результатов исследования растворов методом добавок.

Используя метод наименьших квадратов для прямой y = a + bx (h = a +bc) параметры a и b можно вычислить по формулам:




В рассматриваемом случае:




Зная параметры a и b, можно легко вычислить концентрацию cx в исследуемом образце.


при h = 0, следовательно,
В методе добавок автоматически учитывается влияние и так называемых «третьих» компонентов, что является важным достоинством при анализе сложных смесей.
Метод стандартных растворов.
При анализе некоторых хорошо изученных систем применяется менее трудоёмкий метод стандартных растворов. В этом методе в строго одинаковых условиях снимают вольтамперограммы стандартного и анализируемого раствора и на основании пропорции рассчитывают неизвестную концентрацию.


- концентрация неизвестного вещества;

- концентрация стандартного раствора;

– высота волны (или пика) на вольтамперограмме для вещества с неизвестной концентрацией;

– высота волны (или пика) на вольтамперограмме для стандартного раствора.
Метод применим только в условиях высокой стандартизации условий.

Инверсионная вольтамперометрия (ИВА)
Сущность метода состоит в предварительном накоплении (выделении) анализируемого вещества на индикаторном электроде электролизом с его последующим анодным электрохимическим растворением при линейно изменяющемся потенциале.

Электролитическое накопление вещества из раствора проводится в

течение определенного времени при постоянном потенциале, который

выбирается таким образом, чтобы требуемая электродная реакция протекала на предельном токе, а количество компонента, накопившегося за определенное время, было прямо пропорционально его исходной концентрации в растворе. Раствор во время электролиза перемешивается, как правило, с использованием установки с вращающимся дисковым электродом, чтобы улучшить эффективность стадии накопления. Никаких измерений в течение стадии накопления не проводится. По окончании стадии предварительного накопления перед стадией электрохимического растворения выделенного вещества перемешивание раствора прекращают для успокоения раствора. Стадию растворения накопленного вещества осуществляют в неперемешиваемом электролите одним из вольтамперометрических способов, например, вольтамперометрией с линейной разверткой напряжения. Получаемые при этом вольтамперные кривые имеют пик, положение которого характеризует природу вещества, а его высота пропорциональна концентрации вещества в растворе.



Развёртка потенциала (а) и изменение тока при регистрации вольтамперограммы на стационарном ртутном электроде.
Метод инверсионной вольтамперометрии чрезвычайно удобен для

анализа смеси веществ. Если в результате электролиза многокомпонентного раствора образуется сложная гомогенная амальгама, то ионизация металлов происходит при потенциалах, соответствующих потенциалам ионизации однокомпонентных амальгам.



Анодная инверсионная вольтамперограмма образца речной воды, содержащей 0.5 мкг/л кадмия, 5 мкг/меди и по 15 мкг/л цинка и свинца (предварительный электролиз проводили при -1.2 В на плёночном ртутно-графитовом электроде в течение 5 минут)
Например, на ртутном электроде удобно проводить определение концентрации смеси катионов некоторых металлов, которые обратимо восстанавливаются в определенной области потенциалов (от потенциала окисления ртути до потенциалов восстановления фоновых катионов) и образуют с ртутью амальгамы.

Накопление определяемых компонентов на электроде необходимо проводить при значении потенциала электрода в более отрицательной области, чем потенциал восстановления самого электроотрицательного металла анализируемой смеси. При этих условиях все анализируемые компоненты восстанавливаются на предельном токе. На анодной вольтамперной кривой растворения накопленных при катодной поляризации компонентов будут представлены пики, отвечающие всем анализируемым компонентам. Причем, в случае протекания обратимых электродных процессов потенциалы пиков растворения каждого металла будут близки к их соответствующим равновесным потенциалам.



Для концентрирования вещества на поверхности электрода могут быть использованы различные способы. К числу основных способов концентрирования можно отнести следующие способы:
1. Электроосаждение металлов в виде амальгамы (на поверхности ртутного электрода или на инертной подложке при одновременном соосаждении атомов ртути) с последующей регистрацией токов анодного растворения металлов.
2. Электроосаждение атомов металла на поверхности подходящего инертного электрода.
3. Адсорбционное концентрирование определяемого вещества.
4.Образование малорастворимого соединения на поверхности электрода.
5. Концентрирование в слое ионообменной мембраны или электроактивного полимера на поверхности электрода.
Стадия предварительного концентрирования элемента и последующая стадия регистрации аналитического сигнала проводятся в одном и том же растворе, что является одним из главных преимуществ инверсионной вольтамперометрии. Кроме этого к несомненным достоинствам метода следует отнести:


  • возможность определения значительного числа (более 40) химических элементов и многих органических соединений;

  • низкие пределы обнаружения, достигающие для некоторых элементов (например, Cd, Bi, Tl, Pb, Sb, Ni) и органических соединений уровня 10-9 – 10-10 моль/л;

  • высокая селективность и хорошие метрологические характеристики;

  • легкость компьютеризации и автоматизации аналитических определений;


Электроды для инверсионного вольтамперометрического анализа
Аналитический сигнал при проведении ИВА анализа формируется за счет процессов, протекающих на поверхности электрода, поэтому очень важен выбор материала электрода и способ обработки его поверхности.
Стационарный ртутный капельный электрод - один из самых популярных электродов в инверсионной вольтамперометрии. Такой электрод состоит из капилляра, соединенного с резервуаром, ртутная капля выдавливается из капилляра и стабилизируется у его устья. Недостаток: с ртутными капельными электродами можно применять только невысокие скорости перемешивания раствора, чтобы избежать сброса капли. Наряду с использованием стационарной ртутной капли нашел применение и вариант ртутного пленочного электрода. Тонкий слой ртути наносят на поверхность подходящей подложки (золото, серебро, графит). Сокращение объема ртути на электроде без уменьшения его поверхности, позволяет получить за короткий промежуток времени предэлектролиза амальгаму с более высокой концентрацией металла, а, значит, и понизить на 1-2 порядка предел обнаружения.

Твердые электроды. Использование твердых электродов также получило широкое применение в аналитической практике в тех случаях, когда требуется работа в области положительных потенциалов (где ртутные и ртутно-пленочные электроды не могут использоваться из-за растворения ртути), если металл не образует амальгаму или его растворимость в ртути невелика. Однако при работе с твердыми электродами получение воспроизводимой поверхности часто является основной проблемой для получения воспроизводимых результатов. Среди наиболее часто

используемых в практике электроанализа твердых электродов следует назвать платину, золото, электроды из углеродных материалов (графит, углеситалл, стеклоуглерод). Диапазон рабочих потенциалов для таких электродов обычно зависит от применяемого растворителя, рН раствора и других компонентов.


Амперометрическое титрование
Метод амперометрического титрования основан на регистрации изменения тока восстановления (окисления) какого-либо из участников химической реакции в ходе титрования:
А (определяемое вещество) + Т (титрант) → Р (продукт)
На электроде устанавливают потенциал предельного тока восстановления (окисления) электроактивного участника реакции: А, Т или Р.

Кривая титрования состоит из двух линейных участков участков и по положению точки их пересечения на ходят объём титранта, израсходованный на реакцию с определяемым веществом. Вид кривой титрования зависит от того, какой из участников реакции (А,Т или Р) электроактивен при потенциале титрования.






Возможные формы кривых амперометрического титрования:

электроактивно определяемое вещество Х (1), титрант Т (2),
продукт реакции Р (3).
В амперометрическом титровании могут быть использованы реакции:


  1. окисления-восстановления

  2. комплексообразования

  3. осаждения

Для выполнения амперометрического титрования в настоящее время в качестве индикаторного электрода используют:



  1. платиновый электрод

  2. графитовый электрод

Электрод сравнения – каломельный или хлоридсеребряный электрод.

Преимущества амперометрического титрования:




  1. Амперометрическое титрование характеризуется более высокой точностью и более высокой чувствительностью, чем методы прямой вольтамперометрии.

  2. Метод более универсален, так как определяемое вещество не обязательно должно быть электроактивным соединением.

  3. Несложное аппаратурное оформление. Достаточно иметь миллиамперметр, делитель и источник постоянного напряжения на 1,5-2 В.


Практическое применение
Вольтамперометрический метод используют для определения целого ряда металлов. Кадмий, кобальт, медь, свинец, марганец, олово, цинк, железо, висмут, уран, ванадий, таллий и другие металлы можно определить в природных и технических объектах при помощи метода вольтамперометрии. При различиях в потенциалах полуволны возможно количественное определение элементов без их предварительного разделения.

Существенное практическое применение имеет вольтамперометрическое определение анионов (хромат-ионы, иодат-ионы, молибдат-ионы …).

Многие легко окисляющиеся или восстанавливающиеся органические соединения (альдегиды, кетоны, азо- и нитросоединения) также являются объектами анализа вольтамперометрии.

Лабораторная работа №1


Определение ионов никеля методом постояннотоковой вольтамперометрии по стандартному раствору
Реактивы и оборудование:


  1. Вольтамперометрическая установка;

  2. Индикаторный электрод – платиновый или стеклоуглеродный электрод;

  3. Электрод сравнения – хлорид серебряный электрод;

  4. Мерные колбы емкостью 25 мл;

  5. Пипетки вместимостью 1 и 5 мл;

  6. Фоновый электролит - раствор 1 М;

  7. Стандартный раствор исследуемого вещества – раствор хлорида никеля 0,01 М

  8. Дистиллированная вода

  9. Фильтровальная бумага


Цель работы:
Определение концентрации ионов никеля по стандартному раствору методом постяннотоковой вольтамперометрии.
Выполнение работы:


  1. Проведение вольтамперометрического измерения стандартного раствора. В стаканчик со стандартным раствором вносят индикаторный электрод и электрод сравнения и регистрируют вольтамперограмму.

  2. Проведение вольтамперометрического измерения исследуемого раствора. В стаканчик с исследуемым раствором вносят индикаторный электрод и электрод сравнения и регистрируют вольтамперограмму.

  3. Измерение величины предельного диффузионного тока id (высоту волны hd) в мм, на участке вольтамперограмм, соответствующей повышению тока.

  4. Измерение потенциала (Е, мВ) высоты волны, опуская перпендикуляр на ось потенциалов.

  5. Определение концентрации ионов никеля по формуле:



i, iст – величина диффузионного тока для исследуемого образца и стандартного раствора, соответственно, мкА

с, сст – концентрации исследуемого образца и стандартного раствора, соответственно, моль/л.



  1. Провести расчеты, сделать вывод.

Лабораторная работа №2


Определение ионов меди(II) методом постояннотоковой вольтамперометрии способом градуировочного графика
Реактивы и оборудование:


  1. Вольтамперометрическая установка;

  2. Индикаторный электрод – платиновый или стеклоуглеродный электрод;

  3. Электрод сравнения – хлорид серебряный электрод;

  4. Мерные колбы емкостью 25 мл;

  5. Пипетки вместимостью 1 и 5 мл;

  6. Фоновый электролит - раствор нитрата калия 1 М;

  7. Стандартный раствор – раствор нитрата меди 1 М

  8. Дистиллированная вода

  9. Фильтровальная бумага


Цель работы:
Определение концентрации ионов меди по градуировочному графику методом постоянотоковой вольтамперометрии с линейной разверткой потенциала.
Выполнение работы:


  1. Приготовление серии стандартных растворов. Готовят серию растворов из исходного стандартного раствора. В мерную колбу на 25 мл отмеряют пипеткой 5 мл стандартного раствора и доводят дистиллированной водой до метки. Раствор выливают в стаканчик (отмечаем раствор №1). Берут 5 мл раствора №1 , 5 мл фона, переносят в мерную колбу и доводят до метки. Готовят еще три таких раствора с разной концентрацией ионов меди (Табл. №1).

Таблица №1

№ раствора

С, моль\л

Способ приготовления, V = 25 мл

1

1∙10-1

5 мл 1М стандартного раствора, 5 мл фона, 15 мл дист. воды

2

1∙10-2

5 мл раствора №1, 5 мл фона, 15 мл дистиллированной воды

3

1∙10-3

5 мл раствора №2, 5 мл фона, 15 мл дистиллированной воды

4

1∙10-4

5 мл раствора №3, 5 мл фона, 15 мл дистиллированной воды

5

1∙10-5

5 мл раствора №4, 5 мл фона, 15 мл дистиллированной воды




  1. Проведение вольтамперометрического измерения. В стаканчик с исследуемым раствором вносят индикаторный электрод и электрод сравнения и регистрируют вольтамперограмму. Измерения проводят с самого разбавленного раствора, переходя к более концентрированным растворам, поэтому отпадает необходимость промывать электроды и ячейку после определения. Записывают результаты в табл. №2.

Таблица №2

№ раствора

1

2

3

4

5

Концентрация ионов, моль\л

1∙10-1

1∙10-2

1∙10-3

1∙10-4

1∙10-5

Сила тока, мкА
















ЕХСЭ = 0,2 В

  1. Строим график зависимости силы тока от концентрации ионов меди, т.е. I от С.

  2. Методом наименьших квадратов (МНК) рассчитываем уравнение прямой: y = a + b∙x. Записываем значения a и b.

  3. Определение концентрации ионов меди в образце. Определенную массу исследуемого образца вносим в мерную колбу на 25 мл. Растворяем образец, добавляем 5 мл фонового электролита. Доводим дистиллированной водой до метки. Полученный раствор переносят в стаканчик, проводим измерения.

  4. По градуировочному графику с учетом разбавления определяют искомую концентрацию ионов меди Cu2+.

  5. Провести расчеты, сделать вывод.

Лабораторная работа №3


Совместное определение ионов кадмия(II), меди(II), свинца(II) и цинка(II) способом добавок.
При наличии в растворе нескольких компонентов с разницей в значениях потенциалов пиков вольтамперограмма представляет собой совокупность анодных пиков, что можно использовать для проведения качественного и количественного анализа.

Например, при одновременном присутствии в растворе двухвалентных ионов Cu2+, Cd2+, Pb2+, Zn2+ на вольтамперограмме наблюдаются 4 пика.


Реактивы и оборудование:


  1. Вольтамперометрическая установка;

  2. Индикаторный электрод – платиновый или стеклоуглеродный электрод;

  3. Электрод сравнения – хлорид серебряный электрод;

  4. Мерные колбы емкостью 25 мл;

  5. Пипетки вместимостью 1 и 5 мл;

  6. Фоновый электролит - раствор 1 М;

  7. Стандартный раствор исследуемого вещества – раствор солей кадмия, меди, свинца и цинка, 1 г/л

  8. Дистиллированная вода

  9. Фильтровальная бумага


Цель работы:
Идентификация инов металла в растворе по значениям Одновременное определение концентрации ионов кадмия и цинка способом добавок методом постяннотоковой вольтамперометрии.
Выполнение работы:


  1. Для вольтамперометрического исследования 10 мл анализируемого раствора, вводят в стаканчик для проведения измерений.

  2. Вносят индикаторный электрод, электрод сравнения и регистрируют вольтамперограмму.

  3. Вольтамперометрическое измерение исследуемого раствора с добавкой проводят в сопоставимых условиях. 10 мл исследуемого раствора переносят в стаканчик, вводят 1 мл стандартного раствора добавки. В стаканчик с исследуемым раствором помещают индикаторный электрод и электрод сравнения, регистрируют вольтамперограмму.

  4. Проведение вольтамперометрического измерения исследуемого вещества. В стаканчик с исследуемым раствором вносят индикаторный электрод и электрод сравнения и регистрируют вольтамперограмму.

  5. Измерение величину предельного диффузионного тока id (высоту волны hd) в мм, на участке вольтамперограмм, соответствующие повышению тока.

  6. Измерение потенциала (Е, мВ) высоты волны, опуская перпендикуляр на ось потенциалов.

  7. Неизвестную концентрации ионов рассчитывают отдельно для кадмия и для цинка по формуле:

где Ix – высота волны (пика) на вольтамперограмме анализируемой пробы, мкА,

Ix+доб – высота волны (пика) на вольтамперограмме с добавкой, мкА,

Vдоб - объем добавленного раствора определяемого компонента, мл,

Сдоб – концентрация добавленного раствора определяемого компонента, моль/ л,

V – объем анализирумой пробы, мл,

Vдоб – объем добавки, мл.


  1. Провести расчеты, сделать вывод.

Лабораторная работа №4



<< предыдущая страница   следующая страница >>



О заведении в городе шла дурная слава, и поэтому там не было отбоя от посетителей. Григорий Горин
ещё >>