Щоб отримати більш повне уявлення про те, що таке потенційні методи аналізу, навіщо вони існують, і яке їх призначення, необхідно почати розбиратися з самої потенціометрії. Цим ми зараз і займемося.
Потенційне
Почати пояснення варто з того, що ж таке потенціометрія. Це не якась окрема область науки або щось в цьому роді. Даний розділ включає в себе сукупність всіх фізико-хімічних методів проведення досліджень, які існують, але з однією невеликою умовою. Сюди входять лише ті їх, які базуються на вимірюванні електродвижущей сили ланцюгів.
Дані ланцюги складаються з двох основних елементів:
- індикаторного електрода;
- електрода порівняння.
Для того щоб використовувати потенційний метод аналізу, необхідно знайти залежність електрохімічного електрода, а точніше, його потенціалу від концентрації іонів або ж від їх активності. Є ще одне положення, і воно говорить про те, що потенціометрія - це розділ, який включає в себе електрохімічні способи аналізу, що ґрунтуються на збудженні речовини електричним полем і необхідність проводити вимірювання рівноважного електрода.
Основи потенції
Основоположником такого розділу аналізу як потенціометрія є В. Нернст. В основі потенційного методу аналізу лежить рівняння, яке в 1889 році вивела саме ця людина. Отримане Нернстом рівняння служило для рівноважних електродних потенціалів, для їх знаходження. Але незабаром після цього, потенціометрія стала отримувати більш широке поширення і почала використовуватися в такому розділі як аналітична хімія.
У 1893 р. вчений Р.Беренд провів перше в історії людини потенційне титрування. А в даний час такий розділ як потенціометрія досить широко застосовується в аналітичній і фізичній хімії. Крім того, існує ще кілька областей застосування потенційного методу аналізу.
Області використання потенції
Аналітична і фізична хімія - це, як ми говорили, не єдині області, де потенціометрія знайшла своє застосування. Цей метод аналізу також широко використовується в редокосометрії. Названий розділ об 'єднує в собі кілька методів, які ґрунтуються на вимірюванні окислювально-відновлювальних потенціалів в досліджуваному розчині.
Потенціональні методи аналізу також використовуються і в іонометрії. Так називають відгалуження прямої потенціометрії, суть якого полягає у визначенні концентрації або активності іонів в їх різних фазах. Для цього застосовується іонселективний електрод. Крім того, іонометрія об 'єднує в собі всі методи аналізу, що відносяться до визначення концентрації. Також варто додати, що до даного розділу належить ще й рН-метрія, катіоно- і аніонометрія.
Ще одне використання потенційного методу аналізу - це потенційне титрування. Суть титрування полягає в необхідності спостереження за ходом реакції титрування і подальшого знаходження точок еквівалентності.
Сутність методу потенційного аналізу
Сутність потенціометрії, а також методів аналізу цієї області полягає в проведенні вимірювання різниці електродвижущей сили двох електродів. Один з них є вимірювальним, а інший - допоміжним. До того ж обидва ці електроди повинні бути поміщені в досліджуваний розчин.
Дуже важливо відзначити, що величина електродвижущей сили сильно залежить від температури. З цієї причини всі прилади, які використовуються для проведення аналізу, зокрема рН-метри та іонометри додатково комплектуються температурними компенсаторами, які можуть управлятися як в ручному режимі, так і в автоматичному.
Якщо говорити коротко, то потенційний метод аналізу заснований на вимірі ЕДС гальванічних елементів. Під цими елементами якраз і розуміють з 'єднання двох електродів, один з яких, як говорилося раніше, індикатор, а інший необхідний для порівняння.
Пряма потенція
Класифікація методів потенційного аналізу досить проста і має всього 2 пункти. І перша підгрупа - це пряма потенціометрія. Суть даного методу полягає в тому, що необхідно вимірювати точну величину електродного потенціалу, а після цього знаходити за рівнянням Нернста активність потенційного іона в розчині. Цей метод використовують для того, щоб знаходити рН водних і неводних розчинів. До того ж, цим способом можна знаходити і рН для виробничих розчинів олігомерів.
Крім цього, потенційні методи аналізу прямої потенціометрії використовують для того, щоб проводити аналіз кислих і основних домішок у диметилформаміді. Також цей метод можна використовувати для визначення хлорид-іонів і кислотних компонентів у різних виробничих розчинах.
На питання про те, на чому заснований потенційний метод аналізу цієї групи, можна відповісти так - на вимірюванні точних величин. А звідси стає зрозумілим, чому даний спосіб аналізу знайшов своє широке застосування і в таких областях як термодинаміка, електрохімічні, а також хімічні реакції.
Титрування
Сутність методу потенційного методу аналізу в даній області потенційного титрування ґрунтується на необхідності визначення точки еквівалентності в реакції нейтралізації, а також у реакції осадження і комплексоутворення, які будуть відомі за підсумками проведення потенційних вимірювань. Після того як в результаті проведення аналізу стане точно відома ця сама точка еквівалентності, яка є і точкою закінчення реакції, виявиться можливим знаходження невідомої кількості речовини в розчині, за яким ведеться контроль. Визначити це можна за витратою титранта, концентрація якого відома в точних числах.
Принципи титрування
Принцип роботи потенційного методу аналізу - титрування - полягає в наступному. Поблизу від точки еквівалентності зазвичай відбувається сильна зміна або навіть стрибок потенціалу від індикаторного електрода. Сила цього стрибка залежатиме від сили титованого розчину кислоти або ж основи, а також від концентрації самого розчину. Якщо ж проводити титрування сумішей різних кислот, то можна спостерігати кілька стрибків за одну реакцію.
Використання даного методу здійснюється в чисто прикладних цілях, коли необхідно виявити кінцеву точку титрування, за допомогою якої є можливість визначити приналежність аналізованої речовини в розчині до якої-небудь групи. Однак, незважаючи на це, даний спосіб отримав досить широке поширення, а також має свої переваги, які вигідно виділяють його серед інших методів аналізу.
Переваги потенції
Серед переваг потенціометрії, в цілому, можна виділити наступні пункти:
- Висока точність проведених аналізів.
- Висока чутливість вимірювань.
- Якщо говорити про титрування, то метод можна використовувати в каламутних або різнокольорових розчинах.
- Використання прямого потенційного методу аналізу - швидкість і простота, що проводяться вимірювань.
- Одна з великих переваг - це можливість автоматизації процесу титрування. Деякі промислові об 'єкти займаються виробництвом автоматичних автотитраторів, які комплектуються потенціометрами. У підсумку виходить невеликий автономний комплекс для проведення аналізу.
Також вигідно відрізняє цей метод від інших те, що є можливість визначення декількох речовин в одному і тому ж розчині без їх попереднього поділу.
Особливості та недоліки потенції
Якщо говорити про потенцію, а також про її методи аналізу, то можна виділити кілька особливостей. Наприклад, потенційне титрування сильно розширює можливість практичного застосування даної області проведення аналізу серед неводних розчинників. Ці методи дозволяють людям знаходити вміст різних компонентів, які окремо неможливо титрувати, а також з 'являється можливість проведення аналізу речовини, яка не розчиняється або, навпаки, розкладається у воді.
Також важливою особливістю потенційних методів є те, що їх відносять до нерозрущуючої групи. Іншими словами, проведення аналізу одним з потенційних способів не впливає на склад аналізованого розчину і не руйнує його, внаслідок чого суміш можна використовувати надалі без будь-яких проблем. Похибка вимірювань при використанні прямого потенціометричного методу становить всього від 2 до 10%. А якщо використовувати потенційне титрування, то похибка і зовсім становить від 0,5 до 1%.
Браком методу можна вважати те, що неможливо його застосовувати для безперервного контролю, а також у деяких випадках їм неможливо визначити занадто малі концентрації в розчині.
Переваги потенційного методу аналізу
Вчені виділяють основною перевагою цього методу його швидкість, а також простоту, з якою проводиться аналіз. Саме ці дві якості вигідно виділяють потенціометрію і методи її аналізу серед інших.
Час, який потрібен, щоб встановилася рівновага потенціалів індикаторного електрода, досить маленький, що, в свою чергу, дозволяє зі зручністю вивчати кінетичні реакції і реакції автоматичного контролю різних технологічних процесів.
Якщо використовувати як електроди мікроелектроди, то стає доступним проведення вимірювань у пробах, об 'єм яких дорівнює десятим часткам см. Крім того, є кілька різних розчинів, в яких вимірювання можуть бути проведені за допомогою потенціометрії.
Існує потенційний метод аналізу води, різних каламутних і пофарбованих розчинів, а також різних в 'язких паст. Величезною його перевагою є те, що при використанні названого методу немає необхідності в перегонці або фільтрації розчину. А це в деяких випадках економить дуже багато часу.
Переваги потенційного титрування
Використання потенційного методу аналізу титрування виділяється такими перевагами:
- Цей метод дозволяє повністю виключити суб 'єктивні помилки, які часто пов' язані з візуальним наглядом за розчином.
- Цей метод вважається більш чутливим. Іншими словами при тих же маніпуляціях титрування дозволяє визначати менш концентровані речовини.
- Крім того, метод дозволяє без проблем проводити титрування в замутнених або кольорових розчинах. Це дуже зручно, оскільки застосовувати кольорові індикатори в таких розчинах, припустимо, неможливо зовсім.
- Також даний метод аналізу дозволяє людині послідовно визначити суміш речовин з однієї і тієї ж порції розчину.
Дані переваги вигідно виділяють титрування на тлі інших потенційних методів, а тому використовується він досить широко.