10 电化学分析法（课件）- 《水分析化学》同步教学（水利水电版）

第十章 电化学分析法 第十章 电化学分析法 主要内容： 电位分析法 电化学分析导论 电导分析法 极谱与伏安分析法 第十章 电化学分析法 10.1 电化学分析导论 一、电化学分析法定义及分类 电化学分析是利用物质的电学和电化学性质进行表征和测量的科学，是仪器分析的一个重要分支。 通常是将待测溶液构成一化学电池（电解池或原电池），通过研究或测量化学电池的电学性质（如电极电位、电流、电导或电量等），求得物质的含量或测定某些电化学性质。 电化学分析既是现代分析化学的一个重要分支，又是一门表面学科，在研究表面和相界面过程中发挥着越来越重要的作用。 第十章 电化学分析法 电化学分析方法的特点： 分析速度快 电化学分析方法一般都具有快速的特点，如极谱分析法有时一次可以同时测定数种元素，试样预处理一般也比较简单。 灵敏度高 电化学分析方法适用于痕量甚至超痕量组分的分析，如溶出伏安法、极谱催化波法等都具有非常高的灵敏度，有的测定方法的检测下限可达10-10~10-12mol/L。 选择性好 电化学分析方法的选择性一般都比较好，这也是使分析快速和易于自动化的一个有利条件。 第十章 电化学分析法 所需试样的量较少 适用于进行微量操作如超微电极，可直接刺入生物体内，测定细胞内原生质的组成，进行活体分析和监测。 电化学分析方法的仪器设备较其他仪器分析法简单、小型化，价格比较便宜，并易于实现自动化和连续分析，适用于生产过程中的在线分析。 测定与应用范围广 电化学分析方法不仅能进行成分分析，也可用于结构分析，如进行价态和形态分析，还可作为科学研究的工具，如研究电极过程动力学、氧化还原过程、催化过程、有机电极过程、吸附现象等。 第十章 电化学分析法 二、电化学分析法的分类 按照IUPAC分类，电化学分析法可分为三类： 不涉及双电层及电极反应，如电导分析及高频测定法； 涉及双电层，不涉及电极反应，如表面张力法及非法拉第阻抗测定法； 涉及电极反应，如电位分析法、电解分析法、库仑分析法及伏安分析法。 第十章 电化学分析法 按照测定的参数不同，电化学分析法可分为电位分析法、电导分析法、电解分析法、库仑分析法及伏安分析法等。 电化学分析法 电位分析法 电解分析法 电泳分析法 库仑分析法 极谱与伏安分析法 电导分析法 第十章 电化学分析法 第十章 电化学分析法 电位分析法：根据试液组成电池的电动势或指示电极的电位的变化来进行分析的方法，包括直接电位法和电位滴定法。 电导分析法：根据溶液的电导性质来进行分析的方法，包括直接电导法和电导滴定法。 库仑分析法：根据电解过程中所消耗的电量来进行分析的方法，包括恒电位库仑分析法和电流库仑分析法。 电解分析法：利用外加电压电解试液，根据电解完成后电极上析出物质的质量来进行分析的方法。用于分离或富集目的时称电解分离法。 伏安与极谱分析法：根据电解被测试液所得的电流-电压曲线来进行分析的方法，称为伏安分析法。若所用工作电极是可以周期更新电极表面的液态电极，则称为极谱分析法。 第十章 电化学分析法 三、电化学基础 1、化学电池 化学电池是化学能与电能相互转化的装置，它在任何一种电化学分析方法中都必不可少。 将化学能转化为电能的装置称为原电池，将电能转换为化学能的称为电解池。 原电池 电解池 第十章 电化学分析法 2、电池电动势 电池电动势是由不用物体相互接触时，其相界面上产生电位差而产生的，主要由三部分组成。 （1）电极和溶液的相界面电位差 当金属和电解质溶液接触时，金属离子可以从金属晶体中移入溶液，电子留在金属电极上使之带负电，并且由于静电的吸引，与进入溶液中的金属离子的正电荷形成双电层。相反如果溶液中存在易于接受电子的金属离子，则金属离子也可以从金属电极上获得电子自溶液进入金属晶格中，形成金属电极带正电，溶液中过剩阴离子带负电荷的双电层。由于双电层的建立，在电极和溶液界面上建立了一个稳定的相界面电位。 第十章 电化学分析法 （2）电极和导线的相界面电位差 不同金属的电子离开金属本身的难易程度不一样。在两种不同金属相互接触时，由于相互移入的电子数不相等，在接触的相界面上形成双电层，产生电位差，通常称为接触电位。对于一个电极而言，接触电位是一个常数，而且一般数值很小，常忽略不计。 （3）液体和液体的相界面电位差（液接电位） 在扩散过程中，由于正、负离子的扩散速率不同，速率较快的离子就要在两溶液接触的相界面的一侧积累较多的所带的电荷，与另一侧积累速率较慢的离子所带的相反电荷形成双电层。当扩散达到平衡时，产生稳定的电位差。这种电位差称为液接电位或扩散电位。 第十章 电化学分析法 原电池的电动势在数值上等于组成电池的各相界面电位差的代数和，其中接触电位差、液接电位差可以忽略不计，所以电池电动势的主要来源是电极和溶液之间的相界面电位。