Méréstechnika 15. ML osztály részére 2017. Potenciometriás vizsgálatok A szóbeli vizsga 1. tételéhez http://tp1957.atw.hu/mt_01.ppt

A tétel tartalma Kulcsszavak, fogalmak: Elektroanalitika fogalma Elektród-potenciál, elektromotoros erő. Potenciometria fogalma, mérőcella felépítése. Mérő- és összehasonlító elektródok pH-méréshez, illetve redoxi rendszerekre. Közvetlen és közvetett potenciometria Ismertesse a potenciometriás vizsgálati módszereket! Mutassa be az alapfogalmakat (elektród-potenciál, direkt és indirekt módszerek)! Mutassa be a pH és ORP mérését! Mutassa be a sav – bázis titráláso-kat, a használható elektródokat az elektródok funkcióit, az egyenérték-pont megállapításának lehetőségeit! Mutassa be a redoxi titrálásokat, a használható elektródokat az elektró-dok funkcióit, az egyenértékpont megállapításának lehetőségeit! Mutassa be a minőségi és mennyi-ségi meghatározási lehetőségeket egy konkrét, környezeti analitikai példán keresztül!

Az elektro-analitika fogalma, területei Elektro-analitika: elektrokémiai elven alapuló analitikai módszerek gyűjtőneve. Főbb területei: potenciometria direkt pl. pH-mérés, indirekt: potenciometriás titrálás; konduktometria direkt pl. sótartalom mérése, indirekt: konduktometriás titrálás; voltammetria, coulometria, elektro-gravimetria, stb.

Elektromos kettősréteg Az elektromos kettős-réteg feszültsége az elektród-potenciál.

Elektród-potenciál Nernst-egyenlet: A standard potenciál (E0) az adott anyagra (ionra) jellemző. Az értékek tág határok közt változnak, a negatív érték redukáló, a pozitív oxidáló tulajdonságot jelent. Elektród-potenciált magában nem mérhetünk, csak elektromotoros erőt (EME), ami ezek különbsége: EME = E2 – E1 EME > 0 E2 > E1 Hogyan vannak mégis táblázatok? A standard hidrogén elektródhoz viszonyítunk.

Potenciometria Kell hozzá: mérő (indikátor) elektród potenciálja a mérendő mennyiségtől egyértelműen függ, vonatkoztatási (referencia) elektród potenciálja a mérendő mennyiségtől független, elektrolit – a mérendő anyag, oldat. mérőműszer: feszültség (mV) mérő kis áramerősség (nA, pA) – nagy bemeneti ellenállás (100-szorosa az áramkör összes többi ellenállásának)

Potenciometrikus áramkör műszer (digitális voltmérő) mérő elektród referencia elektród elektrolit

pH-érzékeny üvegelektródok 1. Belső hidratált réteg 2. Külső hidratált réteg 3. Külső elektrolit vagy minta 4. Száraz üveg 5. Elektromos csatlakozó 6. Ezüst szál 7. Üvegtest 8. Ezüst/ezüst-klorid referencia elektróda 9. Belső elektrolit 10 pH érzékeny üveggömb

Kalomel referencia elektród Kalomel: Hg2Cl2 Hg2Cl2 ⇌ Hg22+ + 2 Cl– Ebből levezethető:

Redoxi (ORP) elektródák A redoxi folyamatok mérésére olyan anyagból készült elekt- ród megfelelő, aminek „saját” elektródpotenciálja nincs, de a felületén végbemenő redoxi folyamatok érzékelésére alkalmas. Ilyen a sima Pt (lemez vagy huzal) elektród. Ha több redoxi rendszer is jelen van, azok egymással köl- csönhatásba lépnek. A folyamat addig tart, amíg egy közös elektródpotenciál alakul ki. A potenciál: ahol z a töltésszám változás, pl. Fe3+/Fe2+ esetében 1, Sn4+/ Sn2+ esetében 2. A redoxpotenciál mérése ideális megoldás az oxidáció/ redukció vizsgálatához a vízminőség (haltenyésztés, uszoda fertőtlenítés) higiénia (oxidánsok ózon, klór adagolás) stb. területén.

Direkt potenciometria: pH-mérés Kell hozzá: mérő (indikátor) elektród: üvegelektród potenciálja a pH-tól egyértelműen függ, vonatkoztatási (referencia) elektród: kalomel elektród potenciálja a pH-tól független, elektrolit – a mérendő anyag, oldat, mérőműszer: pH/mV mérő kis áramerősség (nA, pA) – nagy bemeneti ellenállás (100-szorosa az áramkör összes többi ellenállásának), kalibráló pufferoldatok.

pH mérő kalibrálása Kalibrálás két pH értékre a mérési tartománynak megfele-lően savas közegben pH = 4 és 7, lúgos közegben pH = 7 és 10 értékekre. U, mV eredeti x 1 pontra illesztve (párhuzamos eltolás) x 2 pontra illesztve (meredekség is) pH

Direkt potenciometria – sótartalom klorid-ion konc., mol/dm3 pCl U, mV 0,100 1,00 55 0,030 1,52 28 0,010 2,00 3 0,003 2,52 -19 0,001 3,00 -48 ? (minta) ? 29 Kell hozzá: klorid ionszelektív elektród, referencia elektród, pH/mV mérő műszer, mérendő oldat(ok), kalibráló oldatok. A leolvasott (számolt) pCl érték: 1,51. Ebből számolva c(Cl–) = 0,031 mol/dm3. U, mV leolvasás leolvasás pCl

Potenciometrikus sav – bázis titrálás A direkt potenciometriás méréshez képest kell még hozzá: büretta mérőoldattal, mágneses keverő.

Indirekt potenciometria Direkt: közvetlen feszültség leolvasás, pH, pCl, pI mérés (kalibrálás kell!) Indirekt: potenciometriás titrálás – a mérést a folyamat egyenértékpontjának jelzésére használjuk (kal. nem kell!). Savat titrálunk lúggal Lúgot titrálunk savval pH pH 7 7 egyenértékpont fogyás egyenértékpont fogyás