Современные портативные приборы для электрохимического анализа окружающей среды

В работе представлены основные электрохимические методы анализа, дано их краткое описание:
1. Потенциометрия;
2. Вольтамперометрия;
3. Кондуктометрия;
4. Кулонометрия.
Приведены примеры оборудования для электрохимического анализа, представлены их технические характеристики.
+ выполнены две небольшие лабораторные работы с помощью кондуктометра и анализатора растворенного кислорода (практическая часть реферата). Таблицы, графики и выводы представлены в работе. ...

Введение 5
1. Электрохимические методы анализа 6
1.1. Потенциометрия 6
1.2. Вольтамперометрия 7
1.3. Кондуктометрия 8
1.4. Кулонометрия 9
2. Портативные приборы для электрохимического анализа окружающей среды 10
2.1. Карманный влагонепроницаемый кондуктометр HI 98311 10
2.2. Анализатор растворенного кислорода МАРК-303Э 13
Заключение 17
Список использованных источников 18

Роль и значение аналитической химии весьма велики. Химический анализ служит средством решения многих важных проблем: контроля качества продуктов и сырья, мониторинга состояния окружающей среды, выяснения состава почв, удобрений, кормов и сельскохозяйственной продукции. Химический анализ незаменим в медицинской диагностике, биотехнологиии, фармацевтике. От уровня химического анализа, оснащенности лабораторий методами и приборами зависит развитие многих наук и отраслей промышленности. Эта область динамично развивается, и во многом успех развития зависит от квалификации обслуживающего персонала.
Основная часть химических анализов выполняется в стационарных лабораториях. Приборный парк стационарных лабораторий можно считать обеспеченным разнообразным оборудованием, реализующим большое количес тво методов. Но многие аналитические задачи целесообразно решать на месте отбора пробы

Электродный потенциал этого электрода сравнения должен быть устойчив, воспроизводим и независим от состава раствора. Он не должен меняться при протекании небольших электрических токов.При малой концентрации раствора в него могут переходить положительно заряженные ионы металла. Раствор заряжается положительно, а на электроде остаются избыточные электроны. Он имеет отрицательный потенциал относительно раствора. Происходит восстановление электрода.Если концентрация раствора большая, то положительные ионы могут, наоборот, выделяться на электроде и заряжать его положительно относительно раствора. Происходит окисление электрода. 1.2. ВольтамперометрияВольтамперометрическими называют методы качественной и количественной оценки концентрации электроактивных веществ в объекте измерений, основанныена регистрации и изучении кривой, называемой вольтамперограммой, которая характеризует связь между напряжением на электролитической ячейке и электрическим током, протекающим через нее.Для регистрации вольтамперограмм (полярограмм) используется электролитическая ячейка, состоящая из индикаторного (рабочего) электрода и электрода сравнения.В качестве электрода сравнения обычно применяют насыщенный каломельный электрод или слой ртути на дне электролитической ячейки. Индикаторный электрод выполняется из платины, или з ртути, или из графита. Они устанавливаются стационарно или вращаются и обычно имеют дисковую форму. Используется также ртутный капающий электрод. В зависимости от типа использованного индикаторного электрода вольтамперометрические методы делят на полярографию и непосредственно вольтамперометрию. Если в качестве индикаторного используется ртутный капающий электрод, то кривые зависимости между электрическим током и напряжением называются полярограммами, а метод анализа полярографией. При работе с любыми другими индикаторными электродами, в том числе и со стационарным ртутным, метод анализа называют вольтамперометрией.1.3. КондуктометрияС помощью метода кондуктометрии измеряются электропроводности различных жидкостей. Так как электропроводность зависит от концентрации вещества в растворителе, то это простые в технической реализации и эффективные методы, позволяющие определять концентрации жидкостей. Они также используются для оценки других физических параметров, которые связаны с изменением электрической проводимости. Различают контактную и бесконтактную кондуктометрию в зависимости от наличия или отсутствия контакта между электролитом и входными цепями измерительного прибора.С помощью кондуктометрических анализаторов измеряют суммарную электропроводимость раствора. Она создается ионами всех растворенных веществ, в том числе и газов. Вопросы дифференциации вклада в электропроводимость отдельного вещества пока удовлетворительно не решены. Поэтому концентрация его в многокомпонентном растворе может быть определена лишь при условии постоянства концентраций остальных компонентов. Для исключения влияния на результат измерения растворенных в жидкости газов анализируемый раствор подвергается дегазации.Известен также кондуктометрический метод анализа газов. При его использовании оцениваются изменения электропроводности раствора под влиянием реакции с определенным компонентом анализируемого газа.1.4. КулонометрияКулонометрический метод анализа основан на том, что количество электричества, прошедшего через границу электрод-раствор, однозначно связано с количеством вступившего в электрохимическую реакцию вещества. В основе кулонометрических методов анализа лежат законы электролиза Фарадея:Количество (масса) вещества, выделившегося при электролизе, пропорциональна количеству электричества, прошедшего через раствор.При прохождении через раствор одного и того же количества электричества, на электродах выделяется одно и то же количество эквивалента вещества.m=Q∙MэF=I∙t∙MэFГде: m – масса вещества, выделившегося при электролизе, г; Q количество электричества, Кл; Мэ молярная масса эквивалента, г/моль-экв; F число Фарадея: F = 96500 Кл/моль-экв; I сила тока, А; t время электролиза, с.2. ПОРТАТИВНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ2.1. Карманный влагонепроницаемый кондуктометр HI 98311Рисунок 1 – Внешний вид кондуктометра HI 98311С помощью HI 98311 можно измерять проводимость, общее солесодержание (TDS) и температуру растворов. Корпус прибора не пропускает влагу, прибор может работать при 100% влажности и не боится брызг. Температура может измеряться в °С или °F. С помощью прибора можно контролировать качество водопроводной, природной воды и водных растворов, а также пригодность воды для использования в промышленности или в быту. Принцип действия прибора основывается на зависимости электропроводности воды от содержания в ней солей. В основу работы устройства положен контактный кондуктометрический принцип измерения на переменном токе. На рисунке 2 представлена конструкция кондуктометра.Рисунок 2 – Конструкция кондуктометра HI 98311: 1 – батарейный отсек, 2 – ЖК дисплей, 3 – индикатор стабильности показаний, 4 – индикатор разрядки батареи, 5 – клавиша ON/OFF/MODE, 6 – датчик HI 73311, 7 – термодатчик, 8 – клавиша SET/HOLD, 9 – нижний дисплей, 10 – верхний дисплей.Поставляемый вместе с прибором датчик HI 73311 представляет собой сменную графитовую ячейку. Внешний вид датчика представлен на рисунке 3.Рисунок 3 – Внешний вид кондуктометрического датчика HI 73311Более подробного описания устройства датчика не было найдено. Технические характеристики кондуктометра представлены в таблице 2.Таблица 2Технические характеристики HI 98311Технические характеристикиЗначенияДиапазон температур0.0 – 60.0°С (32.0-140.0°F)Диапазон значений проводимости, мкСм/см0 – 3999Диапазон значений TDS, ppm0 – 2000РазрешениеТемпература: 0.1°С или 0.1°FПроводимость: 1 мкСм/смTDS: 1 ppmТочность (при 20°С)Температура: ±0.5°C или ±1°FПроводимость: ±2% полной шкалыTDS: ±2% полной шкалыГабариты, мм163 х 40 х 26Вес, г85Данным кондуктометром производились замеры общего солесодержания (TDS). Первым шагом было измерение TDS дистиллированной воды (120 мл). Затем в нее добавляли по 20 мг поваренной соли, за исключением последнего раза (добавили 100 мг), и производили измерения. Результаты измерений представлены в таблице 3.Таблица 3Результаты измерений TDSСодержание соли в растворе, мгTDS, мкСм/смКонцентрация С, мг/млДистиллированная вода (соли нет) 1020 мг соли1830,1740 мг соли3540,3360 мг соли5290,580 мг соли7050,67100 мг соли8810,83200 мг соли16721,67По полученным данным построили калибровочную прямую (см.рис.4).Рисунок 4 – Калибровочная прямаяПо калибровочному графику видно, что он близок к прямой линии, значит его можно использовать для определения концентрации солей в неизвестных растворах.2.2. Анализатор растворенного кислорода МАРК-303ЭПортативный анализатор растворенного кислорода предназначен для измерения массовой концентрации растворенного в воде кислорода (далее КРК) и температуры в поверхностных и сточных водах, в питьевой воде, в рыбоводческих хозяйствах, в технологических процессах химической, биотехнологической, пищевой промышленности и в отраслях экологии. Внешний вид прибора и датчика, используемого в приборе, представлен на рисунке 5.