直接电位法 - 直接电位法
直接电位法
•
右为其测量装置图
6.4.1pA（pH)值的实用定义
• pH玻璃电极|试液||饱和甘汞电极
• 电位滴定法测定溶液的pH值，是以pH玻璃电极为指示电极，饱和甘汞电极为 参比电极与待测液组成工作电池，电池可用下式表示：
•
• •
25℃时，电池电动势
E=K+0.059pH试 式中K在一定条件下是常数。由上式可见，电池电动势在一定条件下与溶液 的pH值成线性关系。但K值是一个不固定的常数，很难通过计算得到，因此 普遍采用已知pH值的标准缓冲溶液在酸度计上进行校正。即先测定已知pH值 标准缓冲溶液的电动势 ，然后再测定试液的电动势 。若测量 和 时条件不变 ，可假定 ，在这种条件下根据上式可得：
• 使用注意：
• ① 离子活度系数保持不变时，膜电位才与logci呈线性关系。
• ② 绘图时，E有正负，直线不一定过零点。一般选择±lgci对 应±离子和μg/L、mol/L。
• ③ K’——T、搅拌、Ej等，易平移，需校正。
• ④ 更换试剂或条件不稳定时，应重绘。 • ⑤ 该法适于大批同类试样的测定。对于要求不高的少数试样 ，也可用比较法测定：
对阴离子响应的电极，取负号。 • 同理，K’也是需用已知ai的标准活度溶液比较E而得的复杂参 数。但是目前标准活度溶液很少（Cl—、Na+、Ca2+、F— ），在要求不高时，γi不变，ci代替ai。 • 离子选择性电极测定离子浓度的条件——保持溶液中γi-i不变 • ai=γici，γi——i（离子强度）——ci、i电荷数
•
常见标准
•
缓冲溶液
6.4.3.2 标准曲线法及溶液中F¯浓度的测定
SCE||试液（aF—=x）|F-选择性电极 25℃时，E = K’- 0.0592lgaF— = K’+ 0.0592pF
直接电位法测定溶液的PH
直接电位法测定溶液的PH 直接电位法测定溶液的PH一、直接电位法测定溶液的PH测定原理：1、测定PH的工作电池利用各种氢离子指示电极与参比电极（一般是用饱和甘汞电极做参比电极）构成电池，由测得的电动势算出溶液的pH值。
常用的氢离子指示电极有氢电极、醌—氢醌电极、玻璃电极等。
氢电极测溶液的pH值比较麻烦，需要供给稳定的氢气流冲打铂黑电极，使氢气被铂黑吸附并与待测H+溶液达成平衡：H+（aH+）+e1/2H2（g）氢电极与甘汞电极构成电池：Pt|H2（PH2）|H+||KCl（饱和）|Hg2Cl2|Hg（l）E＝K总+0.0592PH2、溶液PH的电位测定方法以玻璃电极作指示电极，饱和甘汞电极作参比电极，用电位法测量溶液的pH值，常采纳相对方法，即选用pH值已经确定的标准缓冲溶液进行比较而得到欲测溶液的pH值。
为此，pH值通常被定义为其溶液所测电动势与标准溶液的电动势差有关的函数，其关系式为：式中，pHｘ和pHs分别为欲测溶液和标准溶液的pH值；Ex和Es分别为其相应电动势。
该式常称为pH值的应用定义。
二、PH标准缓冲溶液pH缓冲溶液是一种能使pH值保持稳定的溶液。
若向这种溶液中加入少量的酸或碱，或者在溶液中的化学反应产生少量的酸或碱，以及将溶液适当稀释，这个溶液的pH值基本上稳定不变，这种能对抗少量酸或碱或稀释，而使pH值不易发生变化的溶液就称为pH缓冲溶液。
pH标准缓冲溶液特点：标准溶液的pH值是已知的，并达到规定的精准度。
标准溶液的pH值有良好的复现性和稳定性，具有较大的缓冲容量，较小的稀释值和较小的温度系数。
溶液的制备方法简单三、测量仪器1.pH计的工作原理水的pH值随着所溶解的物质的多少而定，因此pH值能灵敏地指示出水质的变化情况。
pH值的变化对生物的繁殖和生存有很大影响，同时还严重影响活性污泥生化作用，即影响处理效果，污水的pH值一般掌控在6.5～7之间。
水在化学上是中性的，某些水分子自发地依照下式分解：H2O=H++OH—，即分解成氢离子和氢氧根离子。
直接电位法
直接电位法1. 什么是直接电位法？直接电位法是一种电化学方法，用于测量电化学系统中各种物质的电位。
它是通过将一个电极连接到待测物上，并将另一个电极连接到参比物上，然后测量两者之间的电位差来实现的。
2. 直接电位法的原理直接电位法的原理基于电极在电解液中的电位变化。
当两个电极连接到电解液中，它们之间会发生电位差。
这个电位差是由电极与电解液中的离子交换所引起的。
在直接电位法中，一个电极被连接到待测物上，而另一个电极被连接到参比物上。
待测物可以是溶液中的化学物质，或者是通过电极浸泡在溶液中的固体物质。
参比物通常是一个标准电极，其电位已知并且稳定。
3. 直接电位法的应用直接电位法在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：3.1 电化学分析直接电位法是电化学分析的重要方法之一。
它可以用于确定溶液中各种离子的浓度。
通过测量电位差，可以根据标准电极电位来计算出待测物的浓度。
3.2 腐蚀研究直接电位法可以用于研究金属和其他材料的腐蚀行为。
通过在电极上施加一定的电位，并测量电位的变化，可以评估材料的腐蚀性能。
3.3 电化学储能直接电位法在电化学储能领域也有广泛的应用。
例如，它可以用于研究电池和超级电容器的性能，并优化它们的设计。
3.4 生物传感器直接电位法还可以用于生物传感器的研究和开发。
通过将生物分子与电极接触，可以测量其与电极之间的电位差，从而实现对生物分子的检测和分析。
4. 直接电位法的优缺点直接电位法具有以下的优点和缺点：4.1 优点•简单易操作：直接电位法的实验操作相对简单，不需要复杂的仪器设备和条件。
•直接测量：直接电位法可以直接测量待测物的电位，无需进行复杂的预处理。
4.2 缺点•适用性受限：直接电位法适用于特定类型的物质，对于一些离子或化合物的测量可能不够敏感或准确。
•受干扰：直接电位法的测量结果可能会受到杂质、干扰物质或温度变化的影响。
5. 直接电位法的实验步骤以下是使用直接电位法进行实验的一般步骤：1.准备电解液和参比电极：选择合适的电解液，并准备好待测物和参比电极。
仪器分析 电位分析法
二、玻璃膜（非晶体膜）电极
玻璃电极使用前，必须在水溶液中浸泡，生成三层结构， 即中间的干玻璃层和两边的水化硅胶层：
水化硅胶层厚度：0.01～10 μm。在水化层，玻璃上的 Na+与溶液中H+发生离子交换而产生相界电位。 水化层表面可视作阳离子交换剂。溶液中H+经水化层扩 散至干玻璃层，干玻璃层的阳离子向外扩散以补偿溶出的离 子，离子的相对移动产生扩散电位。 两者之和构成膜电位。
1．膜电位及其选择性
RT E膜 K ln a阳离子 nF
RT E膜 K ln a阴离子 nF
共存的其它离子对膜电位产生有贡献吗? 若测定离子为 i，电荷为 zi；干扰离子为 j，电荷为zj。 考虑到共存离子产生的电位，则膜电位的一般式可写成为：
ni 2.303RT K lg[ ai K i , j a j nj ] ni F
敏 感 膜 由 LaF3 单 晶片制成，其组成 为 ： 少 量 0.1% ～ 0.5%EuF2 和 1% ～ 5%CaF2, 晶 格 点 阵 中 La3+ 被 Eu2+ ， Ca2+ 取代，形成较多的 晶格空穴，增加导 电性。
氟离子选择性电极的特点
导电性：LaF3的晶格中有空穴，在晶格上的F-可 以移入晶格邻近的空穴而导电。 选择性：对于一定的晶体膜，离子的大小、形 状和电荷决定其是否能够进入晶体膜内，故 膜电极一般都具有较高的离子选择性。 抗干扰性：为氟离子量的1000倍的Cl-、Br-、I、SO42-、NO3-等的存在无明显的干扰。
玻璃膜电位
膜内
膜相
溶液（外）
内
外
溶液（内）
膜 外 内 a内
膜外
a外
a外′
电位分析法
内参比电极 电极腔体
内参比溶液
电极薄膜
2．离子选择性电极的电极电位： 对阳离子，电极电位为：
E K
0 .0 5 9 n
lg a M
对阴离子，电极电位为：
E K
0 .0 5 9 n
lg a N
式中：E为离子选择性电极的电极电 位；K为常数；a M 、a N 为阳离子和阴 离子的活度;n为离子的电荷数。
3．离子选择性电极的种类：由 于离子选择性电极敏感膜的性
质、材料和形式不同，所以我 们可以按下列方式进行分类：
离 子 选 择 性 电 极
原 电 极
晶体 膜电极
单晶膜电极
多晶膜电极
固定基体 电极 流动载体 电极 气敏电极
非晶体 膜电极 敏化离子选 择性电极
酶电极
Mn++ne=M 其电极电位可由下式计算：
EMn+/M
例如
0+0.059/n =E
lgaMn+
Ag+|Ag电极
2．第二类电极：由金属及其难溶盐 及与含有难溶盐相同阴离子溶液所组
成的电极，表示为M/MnXm,Xn－，电极
反应为： MnXm + me = nM + mXn－ 电极电位为：
EMnXm
=E0+0.059l/mlg1/amXn/M
电位分析法
以测定化学电池两电极间的 电位差或电位差的变化为基础的
电化学分析法叫电位分析法。
1、电位分析法概述
一．电位分析法的种类： 直接电位法：
电位滴定法：
直接电位法：根据电极电位 与待测组分活度之间的关系，利 用测得的电位差值（或电极电位 值）直接求得待测组分的活度
电位分析
而产生电极电位的，即电极上发生氧化还原反应—电极上
有电子的得失与转移； 离子选择性电极是以敏感膜为基体，选择性地让一些 离子渗透，同时包含着离子的交换过程。因此，离子选择 性电极电位是由离子的交换和扩散作用产生的。 敏感膜是一种能分开两种电解质溶液，并对溶液中某种 物质有选择性响应的薄膜，它能形成膜电位，ISE被认为是 一种电化学传感器，是电位分析中应用最广泛的指示电极。
Chapter 10 Potentiometry
第十章
电位分析法
§10-1 概 述
一、定义
电位分析法指在零电流条件下，利用电极电位和 溶液中某种离子的活度或浓度之间的关系来测定待测 物含量的方法，包括直接电位法和电位滴定法。
直接电位法 电位滴定法
1. 直接电位法 (direct potentiometry) ：
将电极插入被测液中，根据测得的电池电动势与
被测溶液中待测物质某种型体的平衡浓度的关系直接
求出待测物质含量的方法。 2. 电位滴定法 (potentiometric titration) ： 借助滴定过程中电池电动势的突变来确定滴定 终点，根据滴定剂的体积和浓度来求得待测物质的 含量，所得是某种参与滴定反应物质的总浓度。
3. 任意的i离子选择性电极电位
任意阳离子i 的离子选择性电极的电位均等于膜内扩散
电位和膜与电解质溶液形成的内外界面的界面电位的代数 和。
膜内外表面性质完全相同，所以，内外界面扩散电位 大小相等，方向相反，相互抵消。
而膜内外界面的界面电位为：
外 内
a1 RT K1 ln ’ nF a1 a2 RT K2 ln ’ nF a2
对整个玻璃电极而言，其电极电位应是内参比电极
电位和玻璃膜电位之和：
电位分析法
EK
2.303RT nF
lg ai
二、直接电位法测定离子活度（浓度）
的原理和方法
• 25C 时，上式简化为：
•
E=K±0.059lgai
• 式中ai ----为待测离子的活度
•
K-----为与测量条件和测量装置
有关的常数。
• 离子选择性电极作正极时，对阳离子响 应的电极，取正号；对阴离子响应的电 极，取负号。
• 对于pH值已知的标准缓冲溶液S
ES
KS'
2.303RT F
pHS
• 对pH值待测的试液X
EX
KX'
2.303RT F
pHX
（二）溶液pH值的测定方法—pH标度法
• 因为测定条件完全一致，
•则
Ks′=K x′, 两式相减得：
pHX
pHS
EX ES 2.303RT /
F
(2-8)
• 25℃ 时， 式（2-8）可简化为：
加入适当的pH缓冲剂和消除干扰 的掩蔽剂。 • 这种混合溶液称为总离子强度调 节缓冲液（简称TISAB）。
（二）总离子强度调节缓冲液
• 例如，如测 F- 离子所使用的TISAB典型 组成为：
• 1mol/L的NaCl，使溶液保持ol/L的NaAc, 使溶液pH在5左右；
斜率调节钮； • 11-功能选择键； 12-温度补偿钮；13-数字显示窗；14-电极接线座
（四）测量仪器及使用方法
• 图中，参比电极和指示电极的引线端通 过仪器背面电极接线座上相应的接线柱 与仪器连接。
• 接线座上还有调零电位器，用于仪器置 零，方法是：在仪器接通电源后、电极 插入前，若仪器显示不为零，则可通过 此调节钮，使仪器显示为零，调零后应 锁紧此电位器。
仪器分析复习第四章电位分析法
第四章电位分析法一、电化学分析法：根据物质的电学和电化学性质，应用电化学的基本原理和技术，测定物质组分含量的方法。
二、电化学分析法的特点1、灵敏度高。
被测物质含量范围可在10-2—10-12 mol/L数量级。
2、准确度高，选择性好，不但可测定无机离子，也可测定有机化合物，应用广泛。
3、电化学仪器装置较为简单，操作方便。
4、电化学分析法在测定过程得到的是电讯号，易于实现自动控制和在线分析,尤其适合于化工生产的过程控制分析。
三、直接电位法：是将参比电极与指示电极插入被测液中构成原电池，根据原电池的电动势与被测离子活度间的函数关系直接测定离子活度的方法。
电位滴定法: 是借助测量滴定过程中电池电动势的突变来确定滴定终点的方法。
四、直接电位法的特点：1）选择性好；2）分析速度快，操作简便；3）灵敏度高，测量范围宽；4）易实现连续分析和自动分析。
五、电极电位的大小，不但取决于电极的本质，而且与溶液中离子的浓度，温度等因素有关六、标准氢电极的条件为：（1）H+活度为1；（2）氢气分压为101325Pa。
规定：任何温度下，氢电极的电位为“零”。
七、只有可逆电极才满足能斯特方程。
八、极化程度的影响因素：（1）电极的大小、形状（2）电解质溶液的组成（3）温度（4）搅拌情况（5）电流密度九、浓差极化：电极反应中，电极表面附近溶液的浓度和主体溶液浓度发生了差别所引起的。
电化学极化：由某些动力学因素引起的。
若电化学反应的某一步反应速度较慢，为克服反应速度的障碍能垒，需多加一定的电压。
这种由反应速度慢所引起的极化称为电化学极化或动力学极化。
十、电位分析法：是电化学分析法的重要分支，其实质是通过零电流情况下测得两电极之间的电位差（即所构成原电池的电动势）进行分析测定。
十一、离子选择性电极：也称膜电极，它能选择性地响应待测离子的浓度（活度）而对其他离子不响应，或响应很弱，其电极电位与溶液中待测离子活度的对数有线性关系，即遵循能斯特方程式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
残余液接电位
液接电位2
消除方法：选择离子强度和pH与待测液相近的标准 溶液，测定时两溶液的温度相同。
（三）注意事项
1．玻璃电极的使用范围：pH =1~9 2．标液pHs应与待测液pHx接近：pH≤±3
3．玻璃电极需在蒸馏水中浸泡24h以上，稳定 as
4．标液的配制、保存、使用严格按规定进行 5．适于有色、浑浊、胶体及含氧化-还原电对溶液的
标液与试液离子强度一致，活度系数相同 （等量加入TISAB）
两次测量法和标准曲线法中，加入TISAB（总离子 强度调节剂）
TISAB：一种不含被测离子、不污损电极的 浓电解质溶液
作用：
• 维持待测离子强度恒定，活度系数相等； • 调节pH值——缓冲溶液； • 掩蔽干扰离子
（3）标准加入法
• 试样溶液（CX,VX）和适当电极组成电池 →测定E1； • 向试样溶液（CX,VX）中加入标准溶液（CS>10CX, VS< VX
（2）标准曲线法
配制系列标准溶液，并选定指示电极和参比电极 组 相成同化条学件电下池测，定测由定试其样电溶动液势和，电绘极制组E成~ 电lg池Ci的曲电线动；势在， 并从标准曲线上求出待测离子浓度。
优点：即使电极响应不完全服从Nernst方程的也可用 要求：标液组成与试液组成相近，溶液温度相同
选择性系数：同一电极对X和Y离子响应能力之比。 亦即提供相同电位响应的X离子和Y离 子的活度比。
选择性系数K X，Y
aX a nX nY
Y
Kx,y↓→电极对待测离子X响应能力↑(选择性↑好)； 干扰离子Y的干扰↓小
例：
K H ，Na 1011
说明此电极对H+的响应比对Na+响应高1011倍
（一）离子选择电极
——一类化学敏感体（膜），对Байду номын сангаас液 中特定离子有选择性响应的膜电极。
1. 构造：
电极敏感膜 电极管 内参比溶液 内参比电极
2. 响应机制
——通过离子交换和扩散作用在膜两侧形成 双电层，达平衡后即形成稳定的膜电位。
ISE
K
2.303RT nF
lg ai
K '
2.303RT nF
K '
2.303RT nF
lg CX
K
2.303RT nF
lg CX
ES
SCE
ISE
SCE
K' 2.303RT nF
lg CS
K
2.303RT nF
lg CS
EX
ES
2.303RT nF
lg CX
lg CS
测阳离子：-，测阴离子：+
碱差或钠差：pH > 9，pH测< pH真实→负误差 酸差：pH < 1，pH测> pH真实→正误差
（3）不对称电位： as
膜
2.303RT F
lg
a外 a内
当a外=a内（膜内外溶液pH值一致） 时，m却不为0。
产生原因：玻璃内外两表面的结构和性能不完全相同。 使用前必须将玻璃电极在水中充分浸泡——活化电极，
/10），测量其电池的电动势E 2； • 推出待测浓度CX
E1
K
2.303RT nF
lg
CX
(2)式 (1)式，且令S
E2
2.303RT
K
2.303RT nF
lg
C XVX VX
CSVS VS
则E S lg CXVX nFCSVS
C XVX
CX
(VX
内参比电极
玻璃膜
玻指璃示电极
待测溶液
参比电极
2．响应机制（电极电位的产生）
• 水中浸泡后 →H+向膜内渗透 → H+与Na+交换 →水化凝胶层/干玻璃层
• 置待测溶液中 → H+扩散 →形成双电层，产生电位差 →扩散达动态平衡 →达稳定相界电位
相界电位产生——离子 交换和扩散的结果
膜外溶液与外凝胶层相界电位
n ，E C C
⊿E=±1mV，n=1， C 3.9%
C
n=2, C 7.8%
C
小结
1. 离子选择性电极——膜电极
响应机制——离子交换和扩散→双电层→ Nernst响应
2. 测量方法（三种） 3. 性能指标——KX,Y 4. 测量误差（两种）
外
K1
0.059
lg
a外 a外'
(250C )
膜内溶液与内凝胶层相界电位
内
K2
0.059 lg
a内 a内'
(250C )
注：a外' 和a内' 分别为膜外层和膜内层凝胶层中H 的活度；
a外和a内分别为膜外待测溶液和膜内参比溶液H 的活度
当K1 K2，a内' a外' (250C)，a内为定值时
（二）性能指标
2. 线性范围：电极电位随浓度或活度呈线性变化的 浓度范围。（ 10-1~10-6 mol/L）
3. 检测限: ISE能够检测出待测离子的最低浓度。
4. 有效pH范围和响应时间（电极给出稳定电位所 需的时间） 注：响应时间应尽量短
（三）测量原理与方法
1. 原理
（-）ISE︱待测溶液（[X+] x mol/L） ┊┊SCE (+)
ISE
K
2.303RT nF
lg ai
K '
2.303RT nF
lg Ci
E
SCE
ISE
SCE
K '
2.303RT nF
lg Ci
K
2.303RT nF
lg Ci
2. 方法
(1) 两次测量法（直接比较法）
EX
SCE
ISE
SCE
lg Ci
K→活度电极常数，K’→浓度电极常数，n为离 子的电荷数。
注：阳离子 “+” ； 阴离子“-”
（二）性能指标
1. 选择性：电极对被测离子和共存干扰离子响应 程度的差异。
X——响应离子；Y——干扰离子
K
2.303RT nX F
lg(aX
K X，Y
a nX Y
nY
)
KX,Y 为电位选择性系数
膜电位m
外
内
2.303RT F
lg
a外 a内
K '
2.303RT F
lg a外
玻
AgCl
Ag m
AgCl
Ag K '
2.303RT F
lg a外
K 0.059 lg a外 K 0.059pH
玻 K 0.059pH
玻璃电极的 与溶液的pH关系符合Nernst方程式——
第三节 直接电位法
直接电位法：选择合适的指示电极与参比电极，浸 入待测溶液中组成原电池，通过测量原 电池的电动势，根据Nernst方程，直接 求出待测组分活（浓）度的方法。
一、氢离子活度的测定（pH值测定） 二、其他离子活度的测量
一、氢离子活度的测定（pH值的测定）
指示电极——玻璃电极 (-)； 参比电极——饱和甘汞电极 (SCE) (+)
C SVS VS ) 10E
S
VX
（3）标准加入法
优点： • 无须绘制标准曲线（仅需一种浓度标液） • 无需添加TISAB • 操作步骤简单、快速
（四）离子选择电极的测量误差
1．电极选择性误差
C
K (a )nX/nY X,Y Y
100%
C
aX
2．电动势测量误差
C 100% (3900nE)% C
（-）玻璃电极︱待测溶液（[H+] x mol/L） ┊┊饱和甘汞电极 (+)
E SCE 玻 SCE K 0.059pH K ' 0.059pH
2．方法——两次测量法（比较法）
Es SCE 玻 SCE K 0.059pHS K ' 0.059pHS EX SCE 玻 SCE K 0.059pHX K ' 0.059pH X
（一）玻璃电极 1．构造
1. 构造
• 软质球状玻璃膜：含Na2O、CaO和SiO2 厚度小于0.1mm，对H+选择性响应
• 内参比溶液：pH =7或4的KCl缓冲溶液 • 内参比电极：Ag-AgCl电极
组成电池的表示形式
(-) Ag︱AgCl︱内充液︱膜︱试液H+(x mol/L) ┊┊KCl(饱和)︱Hg2Cl2︱Hg (+)
玻璃电极作为pH指示电极的理论依据。
3．性能指标 玻 K 0.059pH
（1）转换系数：溶液中pH变化一个单位，引起玻
璃电极电位的变化值。
S 2.303RT F
S
pH
pH 1 59mV (250C)
（2）碱差与酸差：
与pH在一定浓度范围（pH 1～9）成线性关系
又可使不对称电位降至最低且趋于稳定。
（4）内阻：大，50 ~ 500MΩ 控制恒定微小的电流。
（5）使用温度：0 ~ 50℃
应用特点
优点：直接测量方便，不破坏溶液，适于有 色、浑浊液体的pH值的测定。