氯離子選擇性電極的測(cè)試和應(yīng)用

氯離子選擇性電極的測(cè)試和應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)十一 電化學(xué) 目的要求 1 了解氯離子選擇性電極的基本性能及其測(cè)試方法 同時(shí)掌握氯離子選擇性電極 玻璃電極 參比電極等的正確使用方法 2 掌握用氯離子選擇性電極測(cè)定氯離子濃度的基本原理 3 掌握PHS 2C或是3B型酸度計(jì)的使用方法 基本原理 氯離子選擇性電極是一種測(cè)定水溶液中氯離子濃度的分析工具 目前廣泛應(yīng)用于水質(zhì) 土壤 地質(zhì) 生物 醫(yī)藥 食品等部門(mén) 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 使用方便 本實(shí)驗(yàn)所用的電極是把AgCl和Ag2S的沉淀混合物壓成膜片 用塑料管作為電極管 并以全固態(tài)工藝制成的 電極結(jié)構(gòu)如圖所示 一 電極電位與離子濃度的關(guān)系 氯離子選擇性電極 是以AgCl作為電化學(xué)活性物質(zhì) 它與Ag AgCl電極十分相似 當(dāng)它與被測(cè)溶液接觸時(shí) 就發(fā)生離子交換反應(yīng) 結(jié)果在電極膜片表面建立具有一定電位梯度的雙電層 這樣 電極與溶液之間就存在著電位差 在一定條件下 其電極電位 與被測(cè)溶液中的銀離子活度aAg 之間有以下關(guān)系 基本原理 令A(yù)gCl的活度積為Kap 即Kap aAg aCl 式 1 可表示為 在測(cè)量時(shí) 選取飽和甘汞電極作參比電極 兩者在被測(cè)溶液中組成可逆電池 若 SCE為飽和甘汞電極的電位 則上述可逆電池的電動(dòng)勢(shì)為 基本原理 一 電極電位與離子濃度的關(guān)系 由于aCl cCl Cl 式中cCl 和 Cl 分別為氯離子的濃度和活度系數(shù) 基本原理 一 電極電位與離子濃度的關(guān)系 E0 除與活度系數(shù)有關(guān)外 它還與膜片制備工藝有關(guān) 只是在活度系數(shù)恒定 并在一定條件下才可把它看作為常數(shù) 這樣一來(lái) E與lncCl 或PcCl 之間應(yīng)呈線性關(guān)系 只要測(cè)定不同濃度的E值 并將E對(duì)lncCl 或PcCl 作圖 就可了解電極的性能 并可確定其測(cè)量范圍 氯離子選擇性電極的測(cè)量范圍約為10 1 5 10 5摩爾濃度 基本原理 一 電極電位與離子濃度的關(guān)系 于是有 但是 選擇性系數(shù)與測(cè)定方法 測(cè)定條件以及電極的制作工藝有關(guān) 同時(shí)也與計(jì)算時(shí)所用公式有關(guān) 一般離子選擇性電極的選擇性系數(shù)Kij 可定義為 離子選擇性電極常會(huì)受到溶液中其他離子的影響 即 在同一電極膜上 往往可以有多種離子進(jìn)行不同程度的交換 離子選擇性電極的特點(diǎn)就在于對(duì)其特定離子具有較好的選擇性 受其他離子的干擾較小 電極選擇性的好壞 常用選擇性系數(shù)來(lái)表示 二 電極的選擇性和選擇性系數(shù) 基本原理 由式 6 可知 Kij越小 表示j離子對(duì)被測(cè)離子i的干擾越小 也就表示電極的選擇性越好 式中符號(hào) 對(duì)陽(yáng)離子取 陰離子取 ai為被測(cè)離子的活度 zi為該離子所帶的電荷數(shù) aj為干擾離子的活度 zj為干擾離子所帶的電荷數(shù) 如用于表示Br 對(duì)氯離子選擇性電極的干擾 式 6 可具體表示為 基本原理 二 電極的選擇性和選擇性系數(shù) 測(cè)定Kij最簡(jiǎn)單的方法是分別溶液法 就是分別測(cè)定在具有相同活度的離子i和j這兩個(gè)溶液中該離子選擇電極的電極電位E1和E2 顯然 E1 E0 RT nFln ai 0 E2 E0 RT nFln 0 Kij aj 因?yàn)閍i aj 所以 兩電位之差 基本原理 二 電極的選擇性和選擇性系數(shù) 因此 對(duì)于陰離子選擇電極 正因?yàn)檫x擇性系數(shù)與諸多因素有關(guān) 所以在表示一個(gè)離子選擇性電極時(shí)通常應(yīng)注明測(cè)定方法及測(cè)定條件 這里以一支電極實(shí)測(cè)值為例 列出其選擇性系數(shù)為參考 通常把Kij值小于10 3者認(rèn)為無(wú)明顯干擾 這個(gè)方法又稱(chēng)為分別溶液法IA 基本原理 二 電極的選擇性和選擇性系數(shù) 從下表可以定性地看出 Br CN SO32 等離子對(duì)氯離子選擇性電極的干擾是相當(dāng)嚴(yán)重的 表1一些干擾離子對(duì)某AgCl Ag2S膜片電極的選擇系數(shù) 分別溶液法IA M 基本原理 二 電極的選擇性和選擇性系數(shù) 儀器和試劑 磁力攪拌器一臺(tái) PHS 2型酸度計(jì)一臺(tái) EDCL型氯離子電極一支 217型飽和甘汞電極一支 容量瓶 1000ml500ml 2 250ml 5 移液管 50ml NaCl 分析純 KNO3 分析純 風(fēng)干土壤樣品 0 1 Ca Ac 2溶液 PH 4 000鄰苯二鉀酸氫鉀 二 試劑 一 儀器 按圖2裝好儀器 附近環(huán)境應(yīng)無(wú)濃鹽酸等酸霧 也無(wú)強(qiáng)烈電磁場(chǎng)干擾 一 儀器裝置 實(shí)驗(yàn)步驟 二 溶液配制 事先已配制 直接實(shí)驗(yàn)即可 1 準(zhǔn)確配制一套NaCl標(biāo)準(zhǔn)溶液 濃度為10 001 000 1000 0100克 升 必要時(shí)可增配3 000 300和0 0300克 升 2 配制0 100M的KNO3溶液和0 100M的NaCl溶液各500ml 實(shí)驗(yàn)步驟 三 土壤樣品的處理 1 在干燥潔凈的燒杯中用臺(tái)秤稱(chēng)取風(fēng)干土壤樣品W克 約10克 加入0 1 Ca Ac 2溶液Vml 約100ml 攪動(dòng)幾分鐘 靜置澄清或過(guò)濾 實(shí)驗(yàn)步驟 2 用干燥潔凈的吸管吸取澄清液30 40ml 放入干燥潔凈的50ml燒杯中 待測(cè) 四 從稀到濃測(cè)量各種濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的E值 五 測(cè)量0 100MNaCl溶液和0 100MKNO3溶液 以及土壤樣品溶液的E值 六 洗凈電極 氯離子選擇電極 217型甘汞電極 玻璃電極宜浸在蒸餾水中 長(zhǎng)期不用可洗凈干放 但再使用前需用蒸餾水充分浸泡 實(shí)驗(yàn)步驟 一 以E對(duì)lgc作圖 標(biāo)準(zhǔn)曲線 二 計(jì)算KCl NO3 三 按下式計(jì)算風(fēng)干土壤樣品中NaCl含量 NaCl cx V 1000 W 100 式中 cx為從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得的樣品溶液中NaCl含量 數(shù)據(jù)處理 附PHS 2型酸度計(jì)的使用 一 儀器標(biāo)定 1 接通電源 預(yù)熱30分鐘 2 清洗玻璃電極與甘汞電極 用濾紙輕輕吸干電極表面的水 注意 不能用力摩擦玻璃電極 并接好所有的連線 3 將 選擇 開(kāi)關(guān)調(diào)至 pH 檔 4 將 斜率 旋扭按順時(shí)針旋到底 即100 的位置 5 量取少量pH 6 86或pH 9 18的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液 插入玻璃電極與甘汞電極 6 調(diào)節(jié) 定位 旋扭 使顯示的讀數(shù)與該緩沖溶液的pH相一致 附PHS 2型酸度計(jì)的使用 7 取出電極 用蒸餾水清洗干凈 用濾紙吸干水分 再插入pH 4 00的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中 調(diào)節(jié) 斜率 旋扭 使顯示的讀數(shù)與該緩沖溶液的pH相一致 8 儀器經(jīng)標(biāo)定后 定位 和 斜率 旋扭不應(yīng)再有變動(dòng) 附PHS 2型酸度計(jì)的使用 二 電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定