第13章电位分析法PPT课件

1、电分析化学法的特点（电分析化学法的特点（1）可以进行元素价态及形态分析可以进行元素价态及形态分析如溶液中如溶液中Ce 和和Ce含量的测定等含量的测定等电化学方法测定的是待测物的活度而不是浓度电化学方法测定的是待测物的活度而不是浓度 如生理研究中关心的是如生理研究中关心的是Ca2+、K+等离子的活度而不是浓等离子的活度而不是浓度；植物对各种金属离子吸收也与活度有关度；植物对各种金属离子吸收也与活度有关可得到许多有用的信息可得到许多有用的信息如界面电荷转移的化学计量学和速率，传质速率，吸附如界面电荷转移的化学计量学和速率，传质速率，吸附或化学吸附特性，化学反应的速率常数和平衡常数测定或化学吸附特性

2、，化学反应的速率常数和平衡常数测定等等第1页/共76页电分析化学的特点（电分析化学的特点（2）能研究电子传递过程，尤其是生物体内能研究电子传递过程，尤其是生物体内直接测定电信号，仪器简单、便宜直接测定电信号，仪器简单、便宜电极电极电电化化学学工工作作站站待待测测试试液液化化学学电电池池电电化化学学信信号号电位电位电电流流电导电导第2页/共76页电分析化学的分类电分析化学的分类IUPAC分类：分类：不涉及双电层及电极反应：如不涉及双电层及电极反应：如电导分析及高频测定电导分析及高频测定涉及双电层，不涉及电极反应：表面张力及非涉及双电层，不涉及电极反应：表面张力及非Faraday阻抗测定阻抗测定涉

3、及电极反应：涉及电极反应：电位分析、电解分析、库仑分析、极电位分析、电解分析、库仑分析、极谱和伏安分析谱和伏安分析按测量参数分类：按测量参数分类：电位法电位法电解与库仑法电解与库仑法极谱与伏安法极谱与伏安法电导法电导法第3页/共76页电位分析法（电位分析法（1）定义：定义：在在几乎无电流几乎无电流通过的条件下通过测量电池的通过的条件下通过测量电池的电动势以确定物质含量的方法电动势以确定物质含量的方法理论依据：理论依据：Nernst 方程方程特点：特点：选择性好、操作简便、分析速度快、测量范选择性好、操作简便、分析速度快、测量范围较宽（围较宽（4 6个数量级）、易实现自动分析个数量级）、易实现自

4、动分析方法：方法：直接电位法直接电位法电位滴定法电位滴定法仪器：仪器：电位计和化学电池电位计和化学电池第4页/共76页电位分析法（电位分析法（2）化学电池的组成化学电池的组成指示电极指示电极待测液待测液 参比电极参比电极E电池电池 = 参比参比 指示指示+ 液接液接xlgnFRT303. 2K与离子电荷正负及电极连接方式有关与离子电荷正负及电极连接方式有关 nMclgnFRT303. 2lgnFRT303. 2K副反应系数副反应系数活度系数活度系数第5页/共76页本章内容本章内容13-1 概述概述13-2 参比电极参比电极13-3 指示电极指示电极13-4 电位分析法电位分析法第6页/共76页

5、13-1 概述概述化学电池化学电池液接电位与盐桥液接电位与盐桥电极电位的产生和测量电极电位的产生和测量第7页/共76页13-1-1 化学电池（化学电池（1）构成化学电池的两个基本要求构成化学电池的两个基本要求两个电极（金属、碳类电极等）由外接导线联接两个电极（金属、碳类电极等）由外接导线联接电解质溶液电解质溶液一支电极和电解质溶液组成的电化学体系称为一支电极和电解质溶液组成的电化学体系称为半电池半电池，两个半电池构成化学电池两个半电池构成化学电池 ClAgAgClAgeAg AgCl固体固体2H H2e2H2kpa 100p2H 无液接电池无液接电池有液接电池有液接电池第8页/共76页13-1

6、-1 化学电池（化学电池（2）正常工作必须满足的条件：正常工作必须满足的条件：在两个电极及外接导线中，电子作为电荷载体由一个电极到另一在两个电极及外接导线中，电子作为电荷载体由一个电极到另一个电极个电极（电子导电）电子导电）在溶液中，导电由阴、阳离子的迁移进行在溶液中，导电由阴、阳离子的迁移进行（离子导电）离子导电）在电极表面的金属在电极表面的金属/溶液界面处有电子跃迁的电极反应发生溶液界面处有电子跃迁的电极反应发生（氧化氧化还原反应）还原反应）化学电池的类型化学电池的类型原电池：原电池：自发地将化学能变成电能，电极反应自发进行自发地将化学能变成电能，电极反应自发进行电解池：电解池：不能自发地

7、将化学能变成电能，需要从外部电源提供能不能自发地将化学能变成电能，需要从外部电源提供能量，使电极反应进行量，使电极反应进行化学电池：化学能与电能互相转换的装置化学电池：化学能与电能互相转换的装置第9页/共76页13-1-1 化学电池（化学电池（3）电极的区分电极的区分利用利用氧化还原反应氧化还原反应区分阴区分阴/阳极：发生阳极：发生还原还原反应的电极为反应的电极为阴极阴极（Cathode）；发生）；发生氧化氧化反应的电极反应的电极阳极阳极（Anode）利用电极利用电极正负程度正负程度区分正区分正/负极：两电极系统中负极：两电极系统中电位较正电位较正的电极为的电极为正极正极（外电路中电子流入的电

8、极）；两电极系统中（外电路中电子流入的电极）；两电极系统中电位较负电位较负的电的电极为极为负极负极（外电路中电子流出的电极）（外电路中电子流出的电极）Cue2Cue2ZnZn22 e2CuCuZne2Zn22 阴极阴极阳极阳极负极负极正极正极阳极阳极阴极阴极负极负极正极正极第10页/共76页13-1-1 化学电池（化学电池（4）电池图解表示式的规定电池图解表示式的规定Cue2Cue2ZnZn22 u阴极为右电极；阳极为左电极阴极为右电极；阳极为左电极v电解质位于两电极之间电解质位于两电极之间w “|”表示电极与溶液的两相界面；表示电极与溶液的两相界面；“ ”表示盐桥表示盐桥x溶液应注明活度；气

9、体应标明压力、温度；无注明的为标准状态溶液应注明活度；气体应标明压力、温度；无注明的为标准状态y气体或均相电极反应因反应物自身不能直接作电极，需用惰性电极气体或均相电极反应因反应物自身不能直接作电极，需用惰性电极ZnZnSO4( 1)CuSO4( 2)Cu金属金属/ /溶液界面溶液界面盐桥盐桥活度活度accellE 0 0 原电池，可自发进行原电池，可自发进行不可自发进行，需外加电源（电解池）不可自发进行，需外加电源（电解池）第11页/共76页13-1-2 液接电位与盐桥液接电位与盐桥液接电位：液接电位：两个两个不同浓度不同浓度或或种类种类的溶液直接接触时，由于的溶液直接接触时，由于浓差引起浓

10、差引起的扩散的扩散使得离子在相界面上产生迁移，当迁移速率不同使得离子在相界面上产生迁移，当迁移速率不同时产生的电位差称为时产生的电位差称为液接电位液接电位，它不是电极反应所产生，它不是电极反应所产生，会对电池电动势的测定产生影响，实际工作中应予消除。会对电池电动势的测定产生影响，实际工作中应予消除。第12页/共76页盐盐 桥桥盐桥电解质的条件：盐桥电解质的条件：正、负离子的迁移速率大致相等正、负离子的迁移速率大致相等且可达到较高浓度，如且可达到较高浓度，如KCl、KNO3、NH4NO3等；与等；与半电池中溶液不发生化学反应半电池中溶液不发生化学反应盐桥的制备：盐桥的制备：饱和饱和KCl+3%琼

11、脂琼脂 加热溶解加热溶解 装入装入U形玻璃管形玻璃管冷却成凝胶冷却成凝胶盐桥用途：盐桥用途：降低液接电位，一般为降低液接电位，一般为1 2 mV；导电；导电饱和饱和AgCl的饱和的饱和KCl多孔陶瓷塞多孔陶瓷塞涂敷涂敷AgCl的的Ag丝丝第13页/共76页13-1-3 电极电位（电极电位（1）平衡电极电位：平衡电极电位：电极电极-溶液界面溶液界面上电荷分布不均匀上电荷分布不均匀形成形成双电层双电层，导致了，导致了电势差电势差的产生，的产生，平衡平衡时的电势时的电势差就是差就是电极电位电极电位。电化学反应是在电化学反应是在电极电极/溶液溶液界面的界面的双电层中进行的双电层中进行的d：双电层的厚度

12、，可从几十个：双电层的厚度，可从几十个到到1m第14页/共76页13-1-3 电极电位（电极电位（2）电极电位的测定：电极电位的测定：一个半反应的电极电位是无法测量一个半反应的电极电位是无法测量的，即绝对的电极电位无法得到，只能与另外一个电极的，即绝对的电极电位无法得到，只能与另外一个电极组成电池测电池的电动势。组成电池测电池的电动势。SHE)gas(He2H22IUPAC规定：任何电极的电位是它与标准规定：任何电极的电位是它与标准氢电极构成氢电极构成原电池原电池，所测得的电动势作为，所测得的电动势作为该电极的电极电位。如待测电极发生还原该电极的电极电位。如待测电极发生还原反应，其电极电位为正

13、；反之为负。反应，其电极电位为正；反之为负。人为规定在任何温度下人为规定在任何温度下 SHE=0第15页/共76页10-1-3 电极电位（电极电位（3）Nernst方程：方程：反映了电极电位反映了电极电位 与溶液中对应离子与溶液中对应离子活度活度/浓度浓度间的关系。仅适用于可逆电对。间的关系。仅适用于可逆电对。 dReOXOxdRedReOxdReOxcclnnFRTlnnFRTlnnFRTdReOxlnnFRTlnnFRTdReOxlnnFRT c dReneOx350-351页附录九、十页附录九、十第16页/共76页13-2 参比电极参比电极参比电极：参比电极：电极电势已知、恒定、且与被测

14、溶液组成无关电极电势已知、恒定、且与被测溶液组成无关理想参比电极条件：理想参比电极条件：电极反应可逆，符合电极反应可逆，符合Nernst方程方程电位恒定、重现电位恒定、重现微小电流流过时，能迅速恢复原状微小电流流过时，能迅速恢复原状温度系数小温度系数小SHE？第17页/共76页甘汞电极甘汞电极 电极组成电极组成 电极反应电极反应 电极电位电极电位 HgClHg,xMKCl22 Cl2lHg2e2sClHg22ClClHg,spHg2HgHg222222Klg059. 0lg2059. 0lg2059. 0 电极内溶液的电极内溶液的Cl-活度一定，甘汞电极电位固定活度一定，甘汞电极电位固定第18

15、页/共76页Ag/AgCl电极电极电极组成电极组成电极反应电极反应电极电位电极电位AgAgCl,xMKCl ClsAgesAgCl ClAg/AgClClspAg/Aglg059. 0AgClKlg059. 0第19页/共76页参比电极参比电极饱和饱和AgCl的饱和的饱和KCl多孔陶瓷塞多孔陶瓷塞Ag/AgCl电极电极涂敷涂敷AgCl的的Ag丝丝饱和甘汞电极饱和甘汞电极饱和饱和KCl多孔陶瓷塞多孔陶瓷塞氯化亚汞氯化亚汞汞汞多孔物质多孔物质第20页/共76页25 C时参比电极时参比电极的电极电位的电极电位KCl浓度浓度0.1M1.0 M饱和饱和1.0 M饱和饱和电极电极甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞A

16、g/AgClAg/AgCl电极电位电极电位0.33560.28300.24450.22230.198SCENCE以上电位值是相对于氢标准电极的数值；以上电位值是相对于氢标准电极的数值；不同温度下的电极电位可以通过公式校正；不同温度下的电极电位可以通过公式校正；由于由于Ag/AgCl电极具有较低的温度系数且稳定，可应用于温电极具有较低的温度系数且稳定，可应用于温度易变和高于度易变和高于80 C的体系中。的体系中。第21页/共76页参比电极使用注意事项参比电极使用注意事项电极内部溶液的液面应始终高于试样溶液液面！电极内部溶液的液面应始终高于试样溶液液面！防防止试样对内部溶液的污染或因外部溶液与止试

17、样对内部溶液的污染或因外部溶液与Ag+、Hg2+发生反应而造成液接面的堵塞，尤其是后者，发生反应而造成液接面的堵塞，尤其是后者，可能是测量误差的主要来源。可能是测量误差的主要来源。上述试液污染有时是不可避免的，但通常对测定影上述试液污染有时是不可避免的，但通常对测定影响较小。但如果用此类参比电极测量响较小。但如果用此类参比电极测量K+、Cl-、Ag+、Hg2+ 时，其测量误差可能会较大。这时可用盐时，其测量误差可能会较大。这时可用盐桥（不含干扰离子的桥（不含干扰离子的KNO3或或Na2SO4）来克服。来克服。第22页/共76页11-3 指示电极指示电极电极电位随被测物质活度变化的电极。理想指示

18、电极对待测物电极电位随被测物质活度变化的电极。理想指示电极对待测物活度的变化要响应快，重现性好。活度的变化要响应快，重现性好。金属基电极金属基电极膜电极（离子选择性电极）膜电极（离子选择性电极）第23页/共76页13-3-1 金属基电极金属基电极以金属为基体，电极上发生电子交换即氧化还以金属为基体，电极上发生电子交换即氧化还原反应，此类电极可分为以下四种：原反应，此类电极可分为以下四种：第一类电极（活性金属电极）第一类电极（活性金属电极）第二类电极（金属第二类电极（金属/ /难溶盐电极）难溶盐电极）第三类电极第三类电极零类电极（惰性电极）零类电极（惰性电极）第24页/共76页第一类电极第一类电

19、极电极反应：电极反应：电极电位：电极电位：基本要求：基本要求： 如如Cu、Ag、Hg等；其它元素等；其它元素如如Zn、Cd、In、Tl、Sn虽然电极电位较负，但氢在这虽然电极电位较负，但氢在这些电极上的些电极上的 较大，仍可做相应离子的指示电极。较大，仍可做相应离子的指示电极。特点：特点：选择性差（对其它阳离子也有相应）；不能在选择性差（对其它阳离子也有相应）；不能在酸性溶液中使用；易被氧化，需做脱气处理；一些活泼酸性溶液中使用；易被氧化，需做脱气处理；一些活泼金属电极重现性差。金属电极重现性差。MneMnnnMM/Mlgn059. 0 0M/Mn 第25页/共76页第二类电极第二类电极电极组

20、成：电极组成：电极反应：电极反应：电极电位：电极电位：特点：特点：可作为一些与电极离子产生难溶盐或难离解配可作为一些与电极离子产生难溶盐或难离解配合物的阴离子的指示电极：如对合物的阴离子的指示电极：如对Cl-响应的响应的AgCl/Ag和和Hg2Cl2/ Ag电极；对电极；对Y4-响应的响应的HgY/Hg（可在待测可在待测EDTA试液中加入少量试液中加入少量HgY）电极。该类电极最重要的电极。该类电极最重要的应用是作参比电极应用是作参比电极X,MXMn nXMneMXnnXnXMX,spMMMlgn0592. 0)(Klgn0592. 0lgn0592. 0lgn0592. 0nnn 第26页/

21、共76页第三类电极（第三类电极（1）电极组成：电极组成：电极反应：电极反应：电极电位：电极电位：242422Ca,OCaC,OCAgAg242422OCAg2e2OCAg Aglg059.021OcOCAg,spAgK242422 242242CaOCaC,spOCK242422CaOCaC,spOCAg,splg2059. 0KKlg2059. 0 可指示可指示Ca2+活度的变化活度的变化第27页/共76页第三类电极（第三类电极（2）电极组成：电极组成：电极反应：电极反应：电极电位：电极电位：2Ca,CaY,HgYHg42YHge2HgY22CaCaCaYHgYHgYCaYlg2059. 0

22、lg2059. 0lg2059. 0KKlg2059. 0 可用于指示可用于指示Ca2+活度的变化（测定时，可在试液中加入少量活度的变化（测定时，可在试液中加入少量HgY）ep附近时可视为常数附近时可视为常数第28页/共76页零类电极零类电极电极组成：电极组成：电极反应：电极反应：电极电位：电极电位：特点：特点：电电极本身不发生氧化还原反应，只是提供电极本身不发生氧化还原反应，只是提供电子交换场所子交换场所 23Fe,FePt 34Ce,CePtor23FeeFe23FeFelg059.0 第29页/共76页11-3-2 离子选择性电极（离子选择性电极（ISE）又称又称膜电极膜电极，是一种电化

23、学传感器，其主要部分是，是一种电化学传感器，其主要部分是敏感膜敏感膜。敏。敏感膜是一个能够分开两种电解质溶液，并对某类物质具有感膜是一个能够分开两种电解质溶液，并对某类物质具有选择选择性性的薄膜，并能够形成的薄膜，并能够形成膜电位膜电位。目前已有许多用于各种阴阳离。目前已有许多用于各种阴阳离子快速电位法测定的商用膜电极。子快速电位法测定的商用膜电极。第30页/共76页离子选择性电极构造离子选择性电极构造导线导线电极腔：电极腔：玻璃或高聚物玻璃或高聚物内参比电极：内参比电极：Ag/AgCl内参比溶液：内参比溶液：响应离子的强电解质和氯化物溶液响应离子的强电解质和氯化物溶液敏感膜：敏感膜：粘贴或机

24、械固定粘贴或机械固定第31页/共76页离子选择性电极分类离子选择性电极分类ISE原电极原电极敏化电极敏化电极 晶体膜电极晶体膜电极 均相膜电极均相膜电极非均相膜电极非均相膜电极 非晶体膜电极非晶体膜电极 刚性基质电极刚性基质电极 流动载体电极流动载体电极 气敏电极气敏电极 酶电极酶电极带电荷的载体电极带电荷的载体电极 中性载体电极中性载体电极单晶膜电极单晶膜电极 多晶膜电极多晶膜电极 FI ,Br,ClpH24CO,NH酶电极、生物组织电极酶电极、生物组织电极K32NO,Ca第32页/共76页敏感膜的特点敏感膜的特点低溶解性：低溶解性：膜在溶液介质（通常是水）的溶解度应近膜在溶液介质（通常是水

25、）的溶解度应近似为似为0，因此膜材料多为玻璃、高分子树脂、低溶性的，因此膜材料多为玻璃、高分子树脂、低溶性的无机晶体等；无机晶体等；导电性（尽管很小）：导电性（尽管很小）：通常以荷电离子的在膜内的迁通常以荷电离子的在膜内的迁移形式传导；移形式传导；高选择性：高选择性：膜或膜内的物质能选择性地和待测离子膜或膜内的物质能选择性地和待测离子“结合结合”。通常的。通常的“结合结合”方式有：离子交换、结晶、方式有：离子交换、结晶、络合。络合。第33页/共76页膜电位的产生（膜电位的产生（1）膜电位膜电位扩散电位扩散电位Donnan电位电位膜膜KClKCl离子扩散速度不同离子扩散速度不同引起引起 （无选择

26、性）（无选择性）膜的选择性使两相界面电荷膜的选择性使两相界面电荷分布不均匀，生成双电层分布不均匀，生成双电层 膜膜液液 nnMMDonnanlnnFRTK电位方向：膜到溶液电位方向：膜到溶液第34页/共76页膜电位的产生（膜电位的产生（2）内参比电极内参比电极内充溶液（内充溶液（ 内内一定）一定） 待测溶液（待测溶液（ 外外未知）未知） 外参比电极外参比电极敏感膜敏感膜膜内外两个界面上均产生膜内外两个界面上均产生Donnan电位电位1lnZFRTK外外外外外外 2lnZFRTK内内内内内内 第35页/共76页膜电位的产生（膜电位的产生（3）21lnZFRTKlnZFRTK内内内内外外外外内内外

27、外膜膜 外外膜膜内参内参 lnZFRTKISE外外常数常数 lnZFRT固定值固定值内内内内外外 取决于待测离子所带电荷性质取决于待测离子所带电荷性质第36页/共76页11-3-2-1 玻璃电极玻璃电极主要用于溶液主要用于溶液pH的测定，的测定，也能对锂、钠、钾等一价阳也能对锂、钠、钾等一价阳离子进行选择性测定。这类离子进行选择性测定。这类电极的构型与制造方法相似，电极的构型与制造方法相似，选择性来源于玻璃敏感膜的选择性来源于玻璃敏感膜的组成不同。组成不同。mm1 . 0?第37页/共76页pH电极响应机理（电极响应机理（1）NaHGHNaGOHGOHHG32玻璃的组成：玻璃的组成：SiO42

28、-（G）骨）骨架和平衡电荷的阳离子架和平衡电荷的阳离子Na+膜膜溶液溶液界面界面pH电极使用前需在水中充分浸泡电极使用前需在水中充分浸泡第38页/共76页pH电极响应机理（电极响应机理（2） 膜膜外部溶液外部溶液水化层水化层水化层水化层干玻璃层干玻璃层10-4 mm10-4 mm0.1 mm硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃 Na+ 外外 内内xH 内部溶液内部溶液定值定值 HNa Na H H xH059pH. 0 x059lg. 0 常数常数常数常数内内外外膜膜第39页/共76页玻璃电极的特点玻璃电极的特点不对称电位：不对称电位：玻膜内外表面性质的差异玻膜内外表面性质的差异长时间浸泡（使其恒定在长时间浸

29、泡（使其恒定在1 30mv之间）及用之间）及用标准标准pH缓缓冲溶液校正加以消除冲溶液校正加以消除酸差：酸差： pH10I-Ag+、S2-Ag2S1 10-7 1 10-12 12Hg2+Cu2+CuS+Ag2S5 10-7 1 10-12 10Ag+、Hg2+、Fe3+、Cl-Pb2+PbS+Ag2S5 10-7 1 10-13 6Cd2+、Ag+、Hg2+、Cu2+、Fe3+、Cl-Cd2+CdS+Ag2S5 10-7 1 10-13 10Pb2+、Ag2+、Hg2+、Cu2+、Fe3+检出下限和选择性由难溶盐的溶度积检出下限和选择性由难溶盐的溶度积Ksp决定决定第43页/共76页11-3

30、-2-3 流动载体电极流动载体电极内参比电极内参比电极Ag/AgCl内参比液含内参比液含Cl-和待测离子和待测离子电极壁电极壁液体离子交换剂液体离子交换剂多孔固态膜多孔固态膜+液体离子交换剂液体离子交换剂+溶剂溶剂响应机理：响应机理：膜内液体离子交换剂与待测离子结合并能在膜内膜内液体离子交换剂与待测离子结合并能在膜内迁移，引起相界面电荷分布不均匀，从而形成膜电位。迁移，引起相界面电荷分布不均匀，从而形成膜电位。第44页/共76页几种流动载体电极几种流动载体电极Ca2+：二（正辛基苯基）磷酸钙二（正辛基苯基）磷酸钙+苯基磷酸二辛酯苯基磷酸二辛酯+微微孔膜孔膜NO3-：季铵类硝酸盐季铵类硝酸盐+邻

31、硝基苯十二烷醚邻硝基苯十二烷醚+5%PVCK+：冠醚冠醚+邻苯二甲二戊酯邻苯二甲二戊酯+PVC-环已酮环已酮3NOMlg059. 0K 2CaMlg2059. 0K KMlg059. 0K载体与响应离子形成的缔合物越稳定，响应离子的迁移速度越大，电极选择性载体与响应离子形成的缔合物越稳定，响应离子的迁移速度越大，电极选择性越好；检出能力则取决响应离子在两相中分配系数。越好；检出能力则取决响应离子在两相中分配系数。第45页/共76页11-3-2-4 气敏电极气敏电极以氨电极为例以氨电极为例Ag/AgCl气体渗透膜气体渗透膜pH电极敏感膜电极敏感膜pH电极内充液电极内充液中介液（中介液（NH4Cl

32、）外参比电极外参比电极334NHNHNHaHplg059. 0KK059lg. 0K059lg. 0K 膜膜原电极原电极+气体渗透膜气体渗透膜第46页/共76页气敏电极的品种及性能气敏电极的品种及性能第47页/共76页11-3-2-5 生物膜电极生物膜电极内参比电极内参比电极内参比液内参比液氨电极敏感膜氨电极敏感膜尿素酶涂层尿素酶涂层 34222HCONH2OHCONHNH尿尿素素酶酶以尿素电极为例以尿素电极为例覆盖于电极表面酶活性物质（起催化作用）与待测物反应生覆盖于电极表面酶活性物质（起催化作用）与待测物反应生成可被电极响应的物质。成可被电极响应的物质。第48页/共76页13-3-3 离子

33、选择性电极性能参数离子选择性电极性能参数校正曲线校正曲线选择性系数选择性系数响应时间响应时间内阻内阻第49页/共76页校正曲线校正曲线 Nernst 响应响应线性范围线性范围级差：级差：标准曲线的斜率标准曲线的斜率检测下限检测下限nFRT303. 2 ?第50页/共76页选择性系数（选择性系数（1）ISE并没有绝对的专一性。即对待测离子有响应外，共存（干并没有绝对的专一性。即对待测离子有响应外，共存（干扰）离子亦会响应，此时电极电位为：扰）离子亦会响应，此时电极电位为： jz/zjpotijii)Klg(z059. 0KjiKij越小越好，非常数，只能越小越好，非常数，只能估计大概误差，不能校

34、正估计大概误差，不能校正测定方法：测定方法：分别溶液法；分别溶液法；混合溶液法混合溶液法 %100KiZZjijji 干扰离子产生的响应值对应的浓度干扰离子产生的响应值对应的浓度待测离子的浓度待测离子的浓度 %E%100 第51页/共76页选择性系数（选择性系数（2）例：例：某硝酸根电极对硫酸根的选择系数为：某硝酸根电极对硫酸根的选择系数为： 用此电极在用此电极在1.0 mol/L硫酸盐介质中测定硝酸根，如果要求硫酸盐介质中测定硝酸根，如果要求测量误差不大于测量误差不大于5%，试计算可以测定的硝酸根的最低活度，试计算可以测定的硝酸根的最低活度为多少为多少?5SO,NO101 . 4K243L/

35、mol102 . 8%50 . 1101 . 4%EK42/15ZZjijiji 解：解：第52页/共76页响应时间响应时间IUPAC规定：规定：从离子选择性电极和参比电极一起从离子选择性电极和参比电极一起与试液接触时算起直至电池电动势达到稳定值（变与试液接触时算起直至电池电动势达到稳定值（变化在化在1 mV之内）所经历的时间为响应时间。之内）所经历的时间为响应时间。响应时间取决于响应时间取决于敏感膜自身性质敏感膜自身性质（晶体膜响应快，（晶体膜响应快，流动载体膜响应慢），但也与响应离子扩散速率、流动载体膜响应慢），但也与响应离子扩散速率、浓度、共存离子种类、测定温度等有关。浓度、共存离子种类

36、、测定温度等有关。实际测定时通常需实际测定时通常需搅拌搅拌试液才缩短相应时间。试液才缩短相应时间。第53页/共76页内阻内阻ISE的内阻主要是膜内阻，也包括内充液和内参比电极的电阻。其的内阻主要是膜内阻，也包括内充液和内参比电极的电阻。其大小与电极种类有关，如玻璃膜电极内阻较大（大小与电极种类有关，如玻璃膜电极内阻较大（108 ）。）。该值大小该值大小决定对测量仪器输入阻抗的要求决定对测量仪器输入阻抗的要求。 入入内内内内测量误差测量误差RRRE 对于玻璃膜电极，若想控制测量误差在对于玻璃膜电极，若想控制测量误差在0.1%以内，仪器输入阻以内，仪器输入阻抗至少为抗至少为1011 。第54页/共

37、76页13-4 电位分析电位分析直接电位法直接电位法电位滴定法电位滴定法第55页/共76页13-4-1 直接电位法（直接电位法（1）活度的测定活度的测定 nMISElgn059. 0K标准曲线法标准曲线法比较法（比较法（ ）第56页/共76页pH测定的原理和方法（测定的原理和方法（1）Ag, AgCl | HCl | 玻璃膜玻璃膜 | 试液试液溶液溶液KCl（饱和）（饱和） | Hg2Cl2（固）固）Hg玻璃玻璃 液接液接 甘汞甘汞 LHAgCl/Ag/HgClHgAgCl/Ag/HgClHgElgFRT303. 2KEEE)EE(EEEEE2222 液接液接膜膜液接液接玻璃玻璃甘汞甘汞 C2

38、5pH059. 0KEpHFRT303. 2KE 常数常数K 包括：包括：外参比电极电位外参比电极电位内参比电极电位内参比电极电位不对称电位不对称电位液接电位液接电位第57页/共76页pH测定的原理和方法（测定的原理和方法（2）sspHFRT303. 2KE xxpHFRT303. 2KE F/RT303. 2EEpHpHSXSX 公式与电池组成有关公式与电池组成有关也可用于其它离子的测定也可用于其它离子的测定第58页/共76页玻璃电极使用事项玻璃电极使用事项不用时，不用时，pH电极应浸入缓冲溶液或水中。长期保存时电极应浸入缓冲溶液或水中。长期保存时应仔细擦干并放入保护性容器中；应仔细擦干并放

39、入保护性容器中；每次测定后，用蒸馏水彻底清洗电极并小心吸干；每次测定后，用蒸馏水彻底清洗电极并小心吸干；进行测定前，用部分被测溶液洗涤电极；进行测定前，用部分被测溶液洗涤电极；测定时要剧烈搅拌缓冲性较差的溶液，否则玻璃溶液测定时要剧烈搅拌缓冲性较差的溶液，否则玻璃溶液界面间会形成一层静止层；界面间会形成一层静止层；用软纸擦去膜表面的悬浮物和胶状物，避免划伤敏感膜；用软纸擦去膜表面的悬浮物和胶状物，避免划伤敏感膜；不要在酸性氟化物溶液中使用玻璃电极，因为膜会受到不要在酸性氟化物溶液中使用玻璃电极，因为膜会受到F-离子的化学侵蚀。离子的化学侵蚀。第59页/共76页pH计计第60页/共76页常见标准

40、缓冲溶液常见标准缓冲溶液温度温度t C0.05 M四四草酸氢钾草酸氢钾25 C饱和饱和酒石酸氢钾酒石酸氢钾0.05 M邻苯邻苯二甲酸氢钾二甲酸氢钾0.025 M磷酸二氢钾磷酸二氢钾0.025 M磷酸氢二钠磷酸氢二钠0.01 M硼砂硼砂25 C饱和饱和Ca(OH)2101.6713.9966.9219.33013.011151.6733.9966.8989.27612.820201.6763.9986.8799.22612.637251.6803.5594.0036.8649.18212.460301.6843.5514.0106.8529.14212.292351.6883.5474.0196

41、.8449.10512.130401.6943.5474.0296.8389.07211.975第61页/共76页13-4-1 直接电位法（直接电位法（2）浓度的测定浓度的测定)M(lgn059. 0KnISE nnnMMMISEclgn059. 0K nnnMMMISEclgn059. 0lgn059. 0K采用标准曲线法时，必须保证标准系列和待测试样中的离子强度相等，采用标准曲线法时，必须保证标准系列和待测试样中的离子强度相等，并抑制副反应的发生并抑制副反应的发生第62页/共76页氟电极测定时的干扰及消除氟电极测定时的干扰及消除控制离子强度：控制离子强度：标准和待测样品中同时加入较大量的惰

42、性强电解标准和待测样品中同时加入较大量的惰性强电解质如质如KNO3，使其离子强度基本相同，活度系数，使其离子强度基本相同，活度系数 为定值。为定值。副反应的抑制：副反应的抑制：l酸度影响：酸度影响：过低，过低，H+与与F-生成生成HF或或HF2-降低降低F-活度，使测定偏低；活度，使测定偏低；过高，过高，OH-与与LaF3反应释放反应释放F-，使测定结果偏高。控制使测定结果偏高。控制pH5-7减小减小干扰；干扰；l干扰阳离子：干扰阳离子：Be2+、Al3+、Fe3+、Th4+、Zr4+等可与等可与F-络合，使测络合，使测定结果偏低，可通过加络合掩蔽剂（如柠檬酸钠、定结果偏低，可通过加络合掩蔽剂

43、（如柠檬酸钠、EDTA、钛铁试钛铁试剂、磺基水杨酸等）消除其干扰；剂、磺基水杨酸等）消除其干扰；总离子强度调节液总离子强度调节液（Total ion strength adjustment buffer，TISAB），），可同时控制离子强度并消除各种副反应。氟离子测定可同时控制离子强度并消除各种副反应。氟离子测定时，通常使用的时，通常使用的TISAB组成为：组成为：KNO3+NaAc-HAc+柠檬酸钾柠檬酸钾。第63页/共76页标准曲线法（标准曲线法（1）配制待测物标准浓度系列（配制待测物标准浓度系列（ cs ）使用使用TISAB分别调节标准液和待测液的离子强度和酸度，以分别调节标准液和待测液

44、的离子强度和酸度，以 掩蔽干扰离子；掩蔽干扰离子；用同一电极体系测定各标准和待测液的电动势用同一电极体系测定各标准和待测液的电动势E；以测得的各标准液电动势以测得的各标准液电动势E对相应的浓度对数对相应的浓度对数lgcs作图，得作图，得 校正曲线；校正曲线；通过测得的待测物的通过测得的待测物的E，从标准曲线上查找待测物浓度，从标准曲线上查找待测物浓度第64页/共76页标准曲线法（标准曲线法（2）lgcx0.0E0.00.20.40.60.81.01.2lgcxE第65页/共76页标准加入法标准加入法先测体积为先测体积为Vx的待测液的电动势的待测液的电动势于试液中加入体积为于试液中加入体积为Vs（ 1%Vx）、浓度为）、浓度为Cs（ 100cx）的标准样，再测其电动势的标准样，再测其电动势xxxx/clgn059. 0KE xxx/clgn059. 0KE ccVVccVVVcVccxxssxsxssxxx 1059. 0Enx110cc 1SEx110cc 已知电极实际响应已知电极实际响应S时，应使用该值时，应使用该值是否需要加入是否需要加入TISAB？KK xx xx 第66页/共7