氯離子選擇性電極的測試和應用

氯離子選擇性電極的測試和應用 實驗十一 電化學 目的要求 1 了解氯離子選擇性電極的基本性能及其測試方法 同時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定氯離子濃度的基本原理 3 掌握PHS 2C或是3B型酸度計的使用方法 基本原理 氯離子選擇性電極是一種測定水溶液中氯離子濃度的分析工具 目前廣泛應用于水質 土壤 地質 生物 醫(yī)藥 食品等部門 其結構簡單 使用方便 本實驗所用的電極是把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 電極結構如圖所示 一 電極電位與離子濃度的關系 氯離子選擇性電極 是以AgCl作為電化學活性物質 它與Ag AgCl電極十分相似 當它與被測溶液接觸時 就發(fā)生離子交換反應 結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 與被測溶液中的銀離子活度aAg 之間有以下關系 基本原理 令AgCl的活度積為Kap 即Kap aAg aCl 式 1 可表示為 在測量時 選取飽和甘汞電極作參比電極 兩者在被測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勢為 基本原理 一 電極電位與離子濃度的關系 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系 E0 除與活度系數(shù)有關外 它還與膜片制備工藝有關 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 E與lncCl 或PcCl 之間應呈線性關系 只要測定不同濃度的E值 并將E對lncCl 或PcCl 作圖 就可了解電極的性能 并可確定其測量范圍 氯離子選擇性電極的測量范圍約為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系 于是有 但是 選擇性系數(shù)與測定方法 測定條件以及電極的制作工藝有關 同時也與計算時所用公式有關 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行不同程度的交換 離子選擇性電極的特點就在于對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離子對被測離子i的干擾越小 也就表示電極的選擇性越好 式中符號 對陽離子取 陰離子取 ai為被測離子的活度 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) 測定Kij最簡單的方法是分別溶液法 就是分別測定在具有相同活度的離子i和j這兩個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 因為ai 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 對于陰離子選擇電極 正因為選擇性系數(shù)與諸多因素有關 所以在表示一個離子選擇性電極時通常應注明測定方法及測定條件 這里以一支電極實測值為例 列出其選擇性系數(shù)為參考 通常把Kij值小于10 3者認為無明顯干擾 這個方法又稱為分別溶液法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 等離子對氯離子選擇性電極的干擾是相當嚴重的 表1一些干擾離子對某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 PHS 2型酸度計一臺 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)境應無濃鹽酸等酸霧 也無強烈電磁場干擾 一 儀器裝置 實驗步驟 二 溶液配制 事先已配制 直接實驗即可 1 準確配制一套NaCl標準溶液 濃度為10 001 000 1000 0100克 升 必要時可增配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 實驗步驟 三 土壤樣品的處理 1 在干燥潔凈的燒杯中用臺秤稱取風干土壤樣品W克 約10克 加入0 1 Ca Ac 2溶液Vml 約100ml 攪動幾分鐘 靜置澄清或過濾 實驗步驟 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 四 從稀到濃測量各種濃度標準溶液的E值 五 測量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 長期不用可洗凈干放 但再使用前需用蒸餾水充分浸泡 實驗步驟 一 以E對lgc作圖 標準曲線 二 計算KCl NO3 三 按下式計算風干土壤樣品中NaCl含量 NaCl cx V 1000 W 100 式中 cx為從標準曲線上查得的樣品溶液中NaCl含量 數(shù)據(jù)處理 附PHS 2型酸度計的使用 一 儀器標定 1 接通電源 預熱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 開關調至 pH 檔 4 將 斜率 旋扭按順時針旋到底 即100 的位置 5 量取少量pH 6 86或pH 9 18的標準緩沖溶液 插入玻璃電極與甘汞電極 6 調節(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的標準緩沖溶液中 調節(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)標定后 定位 和 斜率 旋扭不應再有變動 附PHS 2型酸度計的使用 二 電池電動勢的測定