电位分析法
第六章电位分析法
即 N 3 O k R F l5 % n T N 3 O S 4 2 O k R F lk n N T 3 ,S O 4 2 O S 1 2 4 2 O
则
1
5 % k NO
3
NO
3 , SO
2 4
2
SO
2 4
k＋ RT zF
ln M
SCE
SCE为常数与k合并，则
E池＝常数
RT zF
ln
M
这就是离子选择电极测量离子活度的原理，若浓度很小，且溶液离子
强度一定，则：E池＝常数
RT nF
ln
CM
6.4 离子选择电极的性能参数
IUPAC曾推荐了离子选择电极性能参数的定义和测定方法。 一、检测限与响应斜率 1、响应斜率
响应范围， CD 段的斜率即
为电极的实际响应斜率
：
S 实 ＝ tg
当实测斜率与理论斜率
基本
一致时，就称该电极具
有能
斯特响应。
2、检测限
离子选择电极能够检测被测离子的最低浓度称为电极的检测限，是离子选择 电极的重要性能指标之一，是灵敏度的标志。
IUPAC规定：标准曲线偏离线性18/n（25℃）mV处离子的活度称为检测下 限，如图中A’点。
M＝k
RT zF
ln(i
k pot i, j
z
j m)
式中，kip, oj t为电位选择性系数，它 表征了共存离子 J对响应离子 I干扰的程度，有
kip, oj t＝
i z
( j ) m
其物理意义是：在相同
条件下，提供相同电位
的欲测离子活度
电位分析法
RT Pot z / m Pot z / n K ln a M K m a K ...... ,i i m, ja j ZF
0.059 Pot z / m Pot z / n M K ln a M K m a K ...... ,i i m, j a j Z
★ 试样组分较稳定的试液，如火力发电厂水 蒸气中Na＋的测定。
<二> 校准曲线法： 配制试液和一系列标准溶液，加 1. 方法要点： 入总离子强度调节缓冲溶液，使 各溶液的实验条件一致。分别测 定它们的电动势，根据标准系列 溶液的浓度，作E～C曲线，再用 内插法求试液中被测物含量。 2. 适用范围： ★ 适用于大批量试样的分析。
二、膜电位的产生： 〈一〉膜电位： ● 膜电位： 膜两侧接触不同浓度电解质 溶液而产生的电位差。
〈一〉膜电位产生的模型： 1．扩散电位：
●C1＞C2：产生浓差扩散 ●H＋迁移较Cl－快：造 成溶液界面上的电荷 分布不匀 ●C1负电荷多而C2正电 荷多：在相界面产生 电位差 ●电位差的产生，使离子 的扩散速度减慢，最后 达到平衡，使两相界面 之间有稳定的界面电位
① 当正、负离子的迁移数相等时，扩散电位 等于零；
② 扩散电位可以出现在液体、固体界面上； ③ 扩散电位不具备强制性和选择性； ④ 扩散电位是膜电位的组成部，它存在于膜 相内部。
2．道南电位：
●渗透膜：它至少能阻止 一种离子从一个液相扩 散到另一个液相。 ●C1＞C2：产生浓差扩散
●仅允许少量的K＋通过，
§3—1 电位分析法原理
一、电位分析法：
●将指示电极和参比电极同时浸入试液，组 成电池，在通过电路的电流为零的条件下， 测量指示电极的平衡电位，从能斯特方程 式求待测离子浓度的方法，称电位分析法。
电位分析法
a pot K a i, j
i
ni n j
j
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三、响应时间
响应时间:是指参比电极与离子选择性电极一起从接 触到试液开始到电极电位值达到稳定值的95%(波动在1mV 以内)所需的时间。
响应时间与溶液的搅拌速度、参比电极的稳定性和被 测离子的浓度等因素有关。
被测离子的浓度高，达到平衡快，响应时间短；静态测 定响应时间长，动态测定响应时间短，因此，在实际工作 中，通常采用搅拌试液的方法来加快响应速度。
ISE
nF
E 合并上述两式得
池
K
2.303RT nF
lg
a-
+
SCE
j
令k- φSCE+φj=K，则
E池
E
2.303RT nF
lg
a
（10-29）
式中，K的数值取决于内参比电极电位、膜内界面电 位和不对称电位、外参比电极电位和液接电位φj等。
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二、标准曲线法——测定游离离子的活(浓)度
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四、内阻
离子选择性电极的内阻主要是膜内阻，也 包括内充液和内参比电极的内阻。玻璃电极的 电阻高达107~109 Ω，PVC膜为106~107 Ω，晶 体膜为104~106 Ω.电极的电阻越高，要求测量 仪器的输入阻抗越高，而且越容易受外界噪声 的干扰，造成测量上的困难和误差
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pHx
pHs
E E
s
x
2.303RT /
F
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式中pHs已知，实验测出Es和Ex后，即可计算出试液的pHx 。IUPAC推
电位分析法
电位分析法1 前言从热力学角度讲，电化学是研究化学能于电能之间相互转变及其所遵循基本规律或规则的一门学科；从动力学角度而言，电化学是研究电解质离子在溶液中运动及电解质溶液与电极表面发生反应所遵循的基本规律。
而电分析化学则是利用物质（电解质）的物理性质及电化学性质来测定物质组成和含量的一种分析方法。
电位分析是利用电极电位和溶液中某种离子的活度（或浓度）之间的关系来测定被测物质的活度（或浓度）的一种电化学分析法，它是以测量电池电动势为基础。
其化学电池的组成是以待测试液为电解质溶液，并于其中插入两支电极，一支是电极电位与被测试液的活度（或浓度）有定量关系的指示电极；另一支是电位稳定不变的参比电极。
通过测量电池的电动势来确定被测物含量。
电位分析法根据其原理的不同可分为直接电位法和电位滴定法两大类。
直接电位法是通过测量电池电动势来确定指示电极的电位，然后根据Nernst方程，由所测得的电极电位值计算出被测物质的含量。
电位滴定法是通过测量滴定过程中指示电极的电位变化来确定滴定终点，再按滴定所消耗的标准溶液的体积和浓度来计算待测物质含量。
该法实际上是一种容量分析法。
20世纪60年代末由于膜电极技术的出现，相继成功研制了多种具有良好选择性的指示电极，即离子选择性电极（ISEs）。
离子选择性电极的出现和应用，促进了电位分析法的发展，并使其应用有了新的突破。
电位分析法具有如下特点：选择性高，在多数情况下，存在离子干扰很小，对组成复杂性的试样往往不需要经过分离处理可直接测定，且灵敏度高。
直接电位法的相对检出限量一般为10-5~10-8mol/dm3，特别适用于微量成分的测定；而电位滴定法则适用于常量分析，仪器设备简单、操作方便，易于实现分析的自动化，试液用量小，并可做无损分析和原位测量。
因此，电位分析法的应用范围很广，尤其是离子选择性电极，现已广泛应用于环保、医药、食品、卫生、地质探矿、冶金、海洋探测等各个领域，并已成为重要的测试手段。
电位分析法的基本原理
电位分析法的基本原理首先，我们需要了解电位的概念。
电位是指电极表面的电荷状态与标准电极之间的差异，通常用电压来表示。
在电化学分析中，我们常用的是标准氢电极作为参比电极，其电位被定义为0V。
其他电极的电位则相对于标准氢电极而言，可以是正值，也可以是负值。
其次，电位分析法的基本原理与电极反应有关。
在电化学分析中，电极上发生的反应可以分为氧化和还原两种类型。
氧化反应是指电极上的物质失去电子，而还原反应则是指电极上的物质获得电子。
这些电极反应会导致电极的电位发生变化，而电位的变化可以反映出物质的性质和浓度。
基于以上原理，电位分析法可以分为两种基本类型，一种是直接测量电极的电位变化来分析物质的浓度，比如PH计和离子选择电极；另一种是通过控制电位来促使特定的电极反应发生，然后测量电流来分析物质的性质，比如极谱法和循环伏安法。
在实际应用中，电位分析法具有许多优点。
首先，它具有高灵敏度和高选择性，可以对微量物质进行准确测定。
其次，电位分析法的操作简便，不需要复杂的仪器和昂贵的试剂，因此成本较低。
此外，电位分析法还可以应用于各种不同的物质，包括有机物、无机物和生物分子等。
然而，电位分析法也存在一些局限性。
首先，它对环境条件比较敏感，如温度、PH值等，需要严格控制。
其次，一些物质可能会与电极发生非特异性的反应，导致测定结果的误差。
因此，在实际应用中需要进行严格的实验设计和数据处理，以确保测定结果的准确性和可靠性。
总的来说，电位分析法是一种重要的电化学分析方法，它基于电极的电位变化来分析物质的性质和浓度。
通过理解其基本原理和特点，我们可以更好地应用电位分析法进行实验研究和数据分析，为科学研究和工程实践提供有力的支持。
电位分析法
2．特点 （1）仪器设备简单，操作方便，适合现场 仪器设备简单，操作方便， 操作； 操作； 选择性好，测定简便快速； （2）选择性好，测定简便快速； 试样用量少； （3）试样用量少； 自动化程度高； （4）自动化程度高； 精密度较差。 （5）精密度较差。
ϕ玻璃
ϕ甘汞
2.303RT E = K′ + pH F 25 °C: E = K′ + 0.059pH
比较法确定待测溶液pH 比较法确定待测溶液pH
pH已知的标准缓冲溶液 和 pH待测的试液 。 测定 已知的标准缓冲溶液s和 待测的试液 待测的试液x。 已知的标准缓冲溶液 各自的电动势为 的电动势为： 各自的电动势为：
测定待测溶液的电位值， 测定待测溶液的电位值， 通过标准曲线求出其浓度。 通过标准曲线求出其浓度。
Ex
lgcx lg c i
总离子强度调节缓冲溶液（ TISAB ）的作用 保持较大且相对稳定的离子强度，使活度系数恒定； ①保持较大且相对稳定的离子强度，使活度系数恒定； 范围内， ②维持溶液在适宜pH范围内，满足离子电极的要求； 维持溶液在适宜 范围内 满足离子电极的要求； ③掩蔽干扰离子。 掩蔽干扰离子。 测 F- 过 程 所 使 用 的 TISAB 典 型 组 成 ： 1mol/L 的 NaCl，使溶液保持较大稳定的离子强度 ； 0.25mol/L的 ， 使溶液保持较大稳定的离子强度； 的 HAc 和 0.75mol/L 的 NaAc, 使 溶 液 pH 在 5 左 右 ； 0.001mol/L的柠檬酸钠 掩蔽 3+、Al3+等干扰离子。 的柠檬酸钠, 掩蔽Fe 等干扰离子。 的柠檬酸钠
电位分析法原理的应用
电位分析法原理的应用1. 什么是电位分析法•电位分析法是一种基于电荷分布状况和电势差的测量方法。
•它通过测量电极之间的电势差来推测样品溶液中的各种离子活性和浓度。
2. 原理和基本原则•基本原理：电位分析法是基于化学平衡原理和电势差的理论基础。
•电化学平衡：在溶液中存在着一系列反应，形成各种离子和分子，达到了一个动态的平衡状态。
•电位差：电极之间的电势差可以通过电极上的电荷分布和反应的平衡程度来进行测量。
3. 应用领域电位分析法广泛应用于以下领域：3.1 环境监测•电位分析法可以用于环境水体中重金属离子、有机物等的浓度分析。
•通过分析环境水体中的离子活性和浓度可以评估水质状况。
3.2 药物研发•电位分析法可以用于药物的分子结构分析，特别是药物的酸碱性质。
•通过电位分析法可以研究药物的溶解度、稳定性和药效等方面的指标。
3.3 食品安全监测•电位分析法可以用于食品中有毒有害物质的检测，如重金属、农药残留等。
•通过电位分析法可以对食品样品进行快速分析和检测，确保食品的安全性。
3.4 电化学能源•电位分析法在燃料电池、锂电池等电化学能源领域有重要应用。
•通过电位分析法可以评估电化学反应的动力学和稳定性。
4. 电位分析法的优势•非破坏性分析：电位分析法不需要破坏样品，可以进行非破坏性的分析。
•快速便捷：电位分析法可以快速获得结果，适用于大规模样品分析。
•灵敏度高：电位分析法对低浓度离子和微量分析具有较高的灵敏度。
5. 电位分析法的局限性•有限的适用范围：电位分析法只适用于具有一定电化学反应性质的样品。
•高要求的操作技术：电位分析法对操作技术和实验条件有一定要求。
•需要参考标准：电位分析法需要使用标准物质进行校准和比对。
6. 结论电位分析法是一种基于电荷分布和电势差的测量方法，可以广泛应用于环境监测、药物研发、食品安全监测和电化学能源等领域。
它具有非破坏性分析、快速便捷和高灵敏度等优势，但也有适用范围有限、操作技术要求高和需要参考标准等局限性。
电位分析法的基本原理
电位分析法的基本原理电位分析法是一种用来研究电化学反应的基本原理。
它是通过测量电极上的电位变化来分析溶液中的化学物质的浓度或者活性。
电位分析法广泛应用于环境监测、生物化学、药物研究等领域，具有非常重要的意义。
电位分析法的基本原理是基于电极与溶液中的化学物质发生反应而产生的电位变化。
在电化学反应中，电极上会产生一个电位，这个电位与溶液中的化学物质的浓度或者活性有密切的关系。
通过测量电极的电位变化，可以推断出溶液中的化学物质的浓度或者活性。
在电位分析法中，常用的电极有玻璃电极、离子选择性电极、参比电极等。
这些电极可以根据不同的需要选择使用，它们在测量不同化学物质时具有不同的特点和适用范围。
通过合理选择电极，并且根据实际情况进行校准，可以保证测量结果的准确性和可靠性。
电位分析法的测量过程一般包括标定、测量和数据处理三个步骤。
在标定过程中，需要使用标准溶液对电极进行校准，以确保测量结果的准确性。
在测量过程中，需要将待测溶液与电极接触，记录电位的变化，并且根据所使用的电极类型进行相应的处理。
在数据处理过程中，需要对测量结果进行分析和计算，得出最终的测量结果。
电位分析法在实际应用中具有许多优点。
首先，它可以对溶液中微量的化学物质进行准确测量，对于一些特定的化学物质，甚至可以达到ppm或者ppb级别的浓度测量。
其次，电位分析法具有较高的选择性，可以对不同的化学物质进行区分和测量。
此外，电位分析法还具有操作简便、快速、灵敏度高等优点，因此在实际应用中得到了广泛的应用。
总的来说，电位分析法是一种重要的电化学分析方法，它基于电极与溶液中的化学物质发生反应而产生的电位变化，通过测量电位变化来分析溶液中化学物质的浓度或者活性。
电位分析法在环境监测、生物化学、药物研究等领域具有广泛的应用前景，对于推动相关领域的发展具有重要的意义。
电位分析法
半电池反应为 2H+＋2e——→H2 φ SHE=φ0=0.0000V
对于任意给定的电极，它与标准氢电极构成的电池，若已 消除液接电位，表达式为
标准氢电极‖给定电极 因此该原电池的电动势
E电池 给定 SHE 给定
如使给定电极的电解质溶液中离子活度为1mol/L，则测得
HCl
（四）电极电位
1、电池电动势 是相互接触相的相间电位的总和。
E电池 阴阳 右 左
因为有液接电位，所以
E电池 j
其中φ+、φ-为右半电池和左半电池的电位，称为电极电位，
因此电池电动势的大小取决于电极电位。
2、电极电位的产生 （1）定义：电极和电解质之间的电位差。 （2）产生原因
中性，如K+电极等
极
气敏电极，如氨气敏电极等 敏化电极
酶电极，如氨基酸酶电极等
（三）膜电位φ M
φ ISE由几部分组成：
φ ISE= φ M＋ φ内参（内参比电极的电位）
φ M即膜内外两侧的电位差。
以阳离子为例， φ M= φ a1－ φ a2
用能斯特公式计算可得：
M
RT nF
ln a1 a2
一支离子选择电极与一支参比电极共 同组成一个测量电池，测得的电池电动势 与离子选择电极的膜电位有关，此电位值 与溶液中特定离子的活度对数值有线性关 系，从而求出该离子的浓度，这就是直接 电位法的工作原理。
电位分析法分为直接电位法和电位滴定法。 一支指示电极（用于测定过程中溶液本体浓度不发生
变化的体系的电极）与另一支合适的参比电极（提供 标准电位的辅助电极）构成电位分析法的测量电池。
一、参比电极（reference eletrode）
电位分析法的基本原理
电位分析法的基本原理
首先，电位的产生是电位分析法的基础。
在电化学中，当电极
与溶液接触时，电极表面会发生电位差，这是由于电极与溶液之间
的电荷转移所引起的。
这种电位差可以通过电极反应来产生，例如
氧化还原反应、电解反应等。
在电位分析法中，我们常常使用参比
电极和工作电极来产生电位差，通过参比电极的稳定电位来确定工
作电极的电位变化，从而实现对溶液中电位的测量。
其次，电位的测量是电位分析法的关键。
电位测量通常使用电
位计进行，电位计是一种专门用来测量电位差的仪器。
在电位分析
法中，我们需要将工作电极和参比电极连接到电位计上，通过电位
计的测量来获取溶液中的电位变化。
通过不同电位的测量，我们可
以得到不同条件下溶液的电位数据，从而进行后续的分析。
最后，电位的分析是电位分析法的目的。
通过对电位数据的分析，我们可以得到溶液中物质的浓度、反应速率、电荷转移等信息。
在电位分析法中，常用的分析方法包括极谱法、循环伏安法、安培
法等。
这些方法可以通过对电位-时间曲线的分析来确定溶液中的物
质浓度或者进行质量分析。
综上所述，电位分析法是一种基于电位测量的物理化学分析方法，其基本原理包括电位的产生、测量和分析。
通过对溶液中电位变化的测量和分析，我们可以获取溶液中物质的相关信息，实现对溶液的分析和检测。
电位分析法在环境监测、生物医药、化工生产等领域具有重要的应用价值，是一种常用的分析方法。