Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


Полярография

Полярография, электрохимический метод качественного анализа, количественного анализа и изучения кинетики химических процессов. Полярография была предложена Я. Гейровским и затем развита А. Н. Фрумкиным и другими учёными. Полярография основана на расшифровке вольтамперных кривых — полярограмм (см. Поляризация электрохимическая), — получаемых при электролизе исследуемых растворов и выражающих зависимость силы тока I от приложенного к электролитической ячейке постоянного (по форме) напряжения Епост. Для получения полярограмм (регистрируются с помощью полярографов) исследуемый раствор помещают в ячейку с поляризуемым микроэлектродом (ПЭ) и неполяризуемым электродом (НЭ). В качестве ПЭ чаще всего используют ртутно-капающий электрод (его поверхность обновляется). Идущая на ПЭ электродная реакция не вызывает в растворе ни заметных химических изменений, ни заметной разности потенциалов, потому что ПЭ всегда значительно меньше НЭ. В полярография используют процессы окислениявосстановления, адсорбции, катализа. Если потенциал электрода Епост плавно изменять в отрицательном (или положительном) направлении, то при определённом его значении (точка a на рис.), достаточном для начала восстановления (или окисления), ионы исследуемого вещества (деполяризатора) вблизи ПЭ начинают разряжаться на микроэлектроде, и их концентрация вблизи ПЭ падает. В приэлектродной области возникает разность концентраций, которая вызывает диффузию ионов к поверхности ПЭ. В цепи появляется электролитический (диффузионный, на рис. Iд) ток Iэ. При дальнейшем изменении Епост ток Iэ увеличивается и с течением времени достигает (в точке в) предельного значения (предельный ток), пропорционального исходной концентрации деполяризатора. Потенциал, соответствующий средней величине предельного тока (точка б), называется потенциалом полуволны Е1/2, и характеризует природу деполяризатора (E1/2 различных веществ принято давать в специальных таблицах). Если в растворе имеется несколько деполяризаторов, то полярограмма представляет собой несколько волн (полярографический спектр), каждая из которых характеризует качественно (по E’1/2, E’’1/2,...) и количественно (по Iэ, на рис. I’д, I’’д) соответствующее вещество, концентрация которого рассчитывается по специальным формулам, Iэ зависит также от скорости электродного процесса, в соответствии с чем различают обратимые (протекающие быстро), частично обратимые и необратимые (протекающие медленно) процессы. Для исключения составляющей тока, вызываемой переносом ионов за счёт сил электрического поля, возникающего между ПЭ и НЭ (этот ток не пропорционален концентрации деполяризатора), в исследуемый раствор добавляют более чем 50-кратный избыток индифферентного электролита (так называемого фонового раствора), ионы которого в интервале напряжения поляризации полярографически пассивны. При наложении напряжения на границе электродраствор возникает двойной электрический слой, вызывающий появление основной помехи — ёмкостного тока Ic.

  Виды полярографии оцениваются по чувствительности — минимально определяемой концентрации и по разрешающей способности — допустимому отношению концентраций сопутствующего и определяемого компонентов и зависят от формы и скорости изменения поляризующего напряжения. В постояннотоковой (классической) полярографии, основанной на изучении зависимости Iэ от медленно изменяющегося поляризующего Епост, Iэ пропорциональна числу электронов (n), участвующих в реакции. Чувствительность при определении обратимо реагирующих веществ равна 10-5 моль/л, разрешающая способность ~ 10. В переменнотоковой полярографии (ПТП), основанной на изучении зависимости переменного тока Iпер, возникающего при дополнительном наложении напряжения Епер различной формы (прямоугольной, трапецеидальной, синусоидальной с малой амплитудой), от Епост, Iпер пропорциональна n2. Высокая чувствительность ПТП (10-7 моль/л) обусловлена возможностью отделения полезного сигнала Iпер от Ic, а высокая разрешающая способность (до нескольких тысяч) обусловлена колоколообразной формой полярограммы (ордината быстро стремится к нулю при отклонении Епост от потенциала пика) и возможностью определения обратимо реагирующих веществ в присутствии компонентов, реагирующих необратимо (чувствительность при определении последних мала). Для высокочастотной полярографии (ВЧП) характерно наложение Епост и Е высокой частоты, модулированное Е низкой частоты. В ВЧП от Епост зависит Iмч — составляющая тока по модулированной частоте; Iмч пропорциональна n3. Для отделения полезного сигнала Iмч от Ic используют различие в их изменении при наложении высокой частоты. ВЧП позволяет определять константу скорости быстрых реакций. Импульсная полярография (ИП) основана на изучении зависимости тока Iимп, возникающего при наложении импульса напряжения (0,04 сек) в момент, когда поверхность ртутной капли максимальна. Отделение Iимп от Ic производят путем измерения Iимп в момент, когда Ic затухает. Чувствительность ИП равна 1—5×10-8 моль/л, разрешающая способность ~ 5×103. Осциллографическая полярография (ОП) основана на измерении зависимости Iэ от быстро изменяющегося Епост (0,1—100 в/сек). Полярограммы в ОП (регистрируемые с помощью электроннолучевой трубки) имеют ярко выраженный максимум. В ОП Iэ пропорциональна n2/3, чувствительность равна 10-6 моль/л, разрешающая способность ~400.

  Кроме ртутно-капающего электрода, в полярографии применяют стационарный ртутный и твёрдые электроды. В зависимости от природы измеряемого тока различают прямую и инверсионную полярографию. В последней для повышения чувствительности (до 10-9 моль/л) и разрешающей способности (до 5×105 и более) применяют метод накопления: используют электроды с постоянной поверхностью, на которой при потенциалах предельного тока (или образования нерастворимого соединения) накапливают анализируемое вещество (стадия предэлектролиза), а затем накопленное твёрдое соединение растворяют при изменении Епост. Применяются электроды из ртути, графита, благородных металлов.

  Полярография имеет широкое применение: при контроле производства особо чистых веществ, в металлургии, геологии, фармакологии, производстве органических соединений и полимеров, в медицине (для ранней диагностики заболеваний, определения кислорода и микроэлементов в тканях, продуктах жизнедеятельности) и при изучении механизма электродных реакций.

 

  Лит.: Гейровский Я., Кута Я., Основы полярографии, пер. с чеш., М., 1965; Крюкова Т. А., Синякова С. И., Арефьева Т. В., Полярографический анализ, М., 1959; Цфасман С. Б., Электронные полярографы, М., 1960; Пац Р. Г., Васильева Л. Н., Методы анализа с использованием полярографии переменного тока, М., 1967; Брук Б. С., Полярографические методы, 2 изд., М., 1972.

  Р. Г. Пац.


Классическая (постояннотоковая) полярограмма (даны абсолютные величины значений Е).



     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн