Вольтамперометрическое определение сурьмы и висмута

Введение 4
1 Литературный обзор 5
1.1 Инверсионная вольтамперометрия 5
1.1.1 Сущность метода инверсионной вольтамперометрии 5
1.1.2 Аналитический сигнал в инверсионной вольтамперометрии 8
1.1.3 Факторы, влияющие на величину и форму аналитического сигнала 9
1.1.4 Локальный электрохимический анализ 14
1.2 Пассивные и активные пастовые электроды 17
1.2.1 Угольный пастовый электрод как датчик в вольтамперометрическом анализе 17
1.2.2 Способы приготовления и свойства угольных пастовых электродов 18
1.2.3 Типы угольных пастовых электродов 19
1.3 Стеклоуглерод 20
1.4. Электрохимия сурьмы 22
1.4.1. Окислительно-восстановительные потенциалы сурьмы 22
1.4.2. Электрохимическое растворение сурьмы 23
1.4.3. Электрохимическое осаждение сурьмы из водных растворов 24
1.4.4. Вольтамперометрические методы определения сурьмы 24
1.5 Электрохимия висмута 27
1.5.1. Окислительно-восстановительные потенциалы висмута 27
1.5.2. Электрохимическое растворение висмута 27
1.5.3. Электрохимическое осаждение висмута из водных растворов 28
1.5.4. Вольтамперометрические методы определения висмута 29
1.6. Вольтамперометрические анализаторы 29
1.6.1. Обзор вольтамперометрических анализаторов 29
1.6.2 Вольтамперометрический анализатор АВА-3 30
1.6.3. Методика снятия вольтамперометрических кривых 32
2 Заключение 35
3 Библиографический список 38

Вольтамперометрическими называются методы анализа, основанные на расшифровке поляризационных кривых (вольтамперограмм), полученных при исследовании в электрохимической ячейке различных растворов с помощью поляризующиегося индикаторныого электрода и неполяризующегося электрода сравнения. Сегодня в вольтамперометрии помимо классического капающего ртутного электрода (РКЭ) используется множество различных типов индикаторных электродов (вращающийся или стационарный платиновый и графитовый, статический или стационарный ртутный). В вольтамперометрии различаются прямые, косвенные (амперометрическое титрование) и инверсионные вольтамперометрические методы исследования.
Отличительными качествами вольтамперометрии являются относительная простота и экспрессность проведения анализа, а также очень высокая чувствительность метода, позволяющая определять следовые концентрации анализируемых веществ в растворах. Вплоть до недавнего времени основным недостатком данного метода анализа являлись сложность конструкции установки, а также вредные воздействия паров ртути на персонал при использовании РКЭ. Тем не менее, в последние десятилетия с помощью новых материалов электродов данные проблемы были решены.
Целью данного аналитического обзора является подробная характеристика метода инверсионной амперометрии, используемого оборудования и анализируемых материалов.
В данной работе решены следующие задачи:
характеристика метода иверсионной вольтамперометрии;
описание угольных пастовых электродов и стеклоэлектродов;
характеристика электрохимии сурьмы и висмута;
рассмотрение применяемых вольтамперометрических анализаторов.

Методы инверсионной вольтамперометрии находят широкое применение при контроле загрязнений воды и воздуха. Так, классическая инверсионная вольтамперометрия часто используется для определения различных металлов в пресной и морской воде, а инверсионная вольтамперометрия с ртутным пленочным электродом на импрегнированной графитовой подложке — для контроля загрязнений воздуха.
Метод инверсионной вольтамперометрии основывается на электрохимическом концентрировании металлов (электроактивных компонентов) в растворе при действии постоянного потенциала на поверхности индикаторного электрода и их последующем растворении при заданной линейной скорости изменения потенциала.
Главными отличиями инверсионной вольтамперометрии от прямой вольтамперометрии (классической полярографии) являются наличие стадии электроконцентрирования (накопления) определяемого вещества и применение вместо ртутных капающих стационарных (твердых) электродов.
В методе инверсионной вольтамперометрии процесс измерений всегда включает несколько стадий, среди которых выделяется электрохимическая регенерация активной поверхности индикаторного электрода, электролитическое накопление определяемых веществ, успокоение раствора и измерительная стадия.
Аналитическим сигналом в инверсионной вольтамперометрии является ток растворения с электрода продукта электролиза, имеющий на полярограмме форму пика и потенциалом пика, характеризуется высотой и шириной полупика.
Факторами, влияющими на величину и форму аналитического сигнала, являются тип индикаторного электрода, состав фонового раствора, потенциал электролиза и его длительность, «обратимый» и «необратимый» электродный процессы, растворенные окислители, наложение пиков элементов и поверхностно-активные вещества.
Композитными электродами, к которым относят и угольный пастовый электрод, называют электроды, состоящие из дисперсной фазы (в большинстве случаев - частиц углеродных материалов) и связующего.
Угольный настовый электрод (УПЭ) - особый тип твердого электрода. При соответствующей конструкции электрода угольная паста может выдавливаться подобно падению ртутной капли у стационарных ртутных электродов. Тем самым относительно легко обновляется активная поверхность и достигается достаточная воспроизводимость.
Угольно-пастовый электрод обычно готовят из гомогенизированной смеси графита (угля) и связующего вещества. Последним обычно является вазелиновое или силиконовое масло, парафин, жидкие алканы и пр. Угольные пасты являются не двумерными, а трехмерными структурами, способными избирательно концентрировать определяемые вещества на поверхности электрода в зависимости от размера пор и сорбционных свойств модификатора. В работе было рассмотрено несколько конструкций УПЭ.
Также используемый в качестве материала электрода стеклоуглерод получают при термическом разложении некоторых углеродных материалов, которые при пиролизе, минуя жидкую фазу, превращаются в карбонизированные продукты.
Сурьма – элемент VA группы 5 периода с порядковым номером 51.
Электронное строение: внешнего уровня сурьмы имеет вид: 5s2 5p3. Таким образом, в соединениях сурьма может проявлять степени окисления 0, 3 и 5. Электрохимическое растворение сурьмы протекает в интервале потенциалов от -0 2 до 0 В. В работе рассмотрены электродные потенциалы и методики вольтамперометрического определения сурьмы. Часто основным электролитом при ИВ сурьмы является соляная кислота, концентрация которой влияет на высоту пика сурьмы.
Висмут – элемент VA группы 6 периода с порядковым номером 83.
Электронное строение внешнего уровня висмута имеет вид: 6s2 6p3. Таким образом, в соединениях висмут может проявлять степени окисления 0, 3 и 5. Электрохимическое растворение висмута протекает в интервале потенциалов от -0,4 до 0 В. В работе рассмотрены электродные потенциалы и методики вольтамперометрического определения висмута.
Приборы проведения вольтамперометрического анализа называют вольтамперометрическими анализаторами или полярографами. На отечественном рынке аналитического оборудования доступно более десяти различных вольтамперометрических анализаторов с собственными уникальными электродами, методическим и программным обеспечением.
Анализатор АВА-3 представляет собой электрохимический прибор, реализующий метод инверсионной вольтамперометрии (ИВ) на твердом вращающемся углеродном электроде.
В работе была рассмотрена методика работы за вольтамперометрическим аналозатором и алгоритм снятия полярограмм.