Elektroanalytik - papa

Instrumentelle Analytik
SS 2008
1. Elektroanalytik-I
(Elektrochemie)
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
1
1.
Elektroanalytik-I
1.
Begriffe/Methoden (allgem.)
1.1 Elektroden
1.2 Elektrodenreaktionen
1.3 Galvanische Zellen
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
2
1.
Elektroanalytik-I
2.
Spezielle Metoden
2.1
Elektrogravimetrie
2.2
Coulometrie
2.3
Konduktometrie
2.4
Elektrophorese
2.5
Potentiometrie
2.6
Amperometrie
2.7
Voltammetrie
2.8
Polarographie
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
3
Elektroanalytik - Definitionen
¶
Ausnutzung elektrochemischer Messungen für die
Lösung von Analysenproblemen.
¶
An den Elektroden laufen physikalische oder
chemische Vorgänge ab, die durch Messung
È
der Zellspannung
È
der Stromstärke
È
des elektrischen Widerstandes
È
der elektrischen Ladung oder
¶
der Wanderung v. Teilchen im elektrischen
Feld ausgenutzt werden können.
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
4
1.
Elektroanalytik-I
1.
Begriffe/Methoden (allgem.)
1.1 Elektroden
sind sich berührende Phasen, bei denen
neben elektronenleitenden Phasen in
mindestens einer Phase Ionenleitung
möglich ist.
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
5
1.
Begriffe/Methoden (allgemein)
1.2 Elektrodenreaktionen
sind heterogene Reaktionen zwischen
Bestandteilen zweier sich berührender
Phasen, in deren Verlauf ein Durchtritt
von Ionen oder Elektronen und damit ein
Stromfluß durch die Phasengrenzfläche
stattfindet.
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
6
Aufbau der Phasengrenzschicht einer Elektrode
7
1.
Begriffe/Methoden (allgemein)
1.3 Galvanische Zelle
ist ein mehrphasiges System, das aus
wenigstens 2 Elektroden besteht und
dessen Elektrolytphasen elektrolytisch
miteinander verbunden sind.
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
8
Galvanische Silber-Zink-Zelle
9
Galvanische Silber-Zink-Zelle
10
1.
Elektroanalytik-I
2.
Spezielle Metoden
2.1 Elektrogravimetrie
ist eine Methode, bei der die Masse einer
elektrolytischen Abscheidung benutzt
wird, um die Analyte zu bestimmen.
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
11
2.
Spezielle Methoden
2.2
Coulometrie
Methode, bei der die Menge des Analyten
bestimmt wird, in dem die Anzahl von Coulomb für
eine vollständige Analyse ermittelt wird.
1 Coulomb ist die Ladungsmenge pro Sec., die durch
jeden Punkt eines Stromkreises fließt, wenn die
Stromstärke 1 Ampere beträgt. (1 Mol Elektronen
entspricht einer Ladungsmenge von 96485,309
Coulomb.
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
12
2.
Spezielle Methoden
2.3 Konduktometrie
ist eine physikalische Analysemethode, die die
elektrische Leitfähigkeit einer Probe zur
Bestimmung ihrer Inhaltsstoffe und deren
Konzentration ausnutzt.
♦
Bei dem Bestimmungsverfahren wird die Leitfähigkeit über den elektrischen Widerstand in einer Leitfähigkeitsmeßzelle gemessen.
♦
Die Konzentration wird anhand von Eichkurven
bestimmt.
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
13
2.
Spezielle Methoden
2.4 Elektrophorese
♦
Elektrophorese bezeichnet die Wanderung elektrisch geladener Teilchen durch einen als Trägermaterial dienenden Stoff in einem elektrischen Feld.
♦
Siehe Vorlesungen/Praktika Bioanalytik-I
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
14
2.
Spezielle Methoden
2.5 Potentiometrie
Es werden Stoffmengenkonzentrationen
durch die Messung von Spannungsdifferenzen zwischen einer Meßelektrode
(Indikatorelektrode) u. einer
Bezugselektrode (Referenzelektrode)
in einer elektrochemischen Zelle
stromlos ermittelt.
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
15
2.
Spezielle Methoden
2.6 Amperometrie
die Messung er elektrischen Stromstärke für
analytische Zwecke
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
16
2.
Spezielle Methoden
2.7 Voltammetrie
Wortschöpfung aus Volt und Amperometrie,
♦
Voraussetzung für einen Stromfluß ist das
Vorhandensein einer Spannung.
♦
Auswertung von Strom-Spannungs-Kurven.
♦
VM: eine analytische Methode, bei der die Beziehung
zwischen U und I während einer elektrochemischen
Reaktion (z.B. an Elektroden) beobachtet wird.
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
17
2.
Spezielle Methoden
2.8 Polarographie
W ist ein elektrochemisches Verfahren zur
qualitativen und quantitativen Analyse von
Ionen in einer Lösung.
W Sie beruht auf der Messung des
Polarisationswiderstandes an einer HgTropfelektrode.
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
18
1.
Elektroanalytik-I
3.
Elektroden (spezielle)
1.1
Polarisierbare vs. unpolarisierbare Elektroden
1.2
Redoxelektroden
1.3
Ionenelektroden
1.4
Elektroden 1. Art
1.5
Elektroden 2. Art
1.6
Kalomel-Elektrode
1.7
Silber-Silberchlorid-Elektrode
M. Gey:
Instrumentelle Analytik,
Elektroanalytik-I
19
3.1
Polarisierbare vs. unpolarisierbare Elektroden
• Polarisation einer Elektrode:
– Elektrode läßt trotz anliegender Spannung keinen Strom durch.
• Polarisierbare Elektroden:
– Alle Elektroden sind nur in einem bestimmten Bereich
polarisierbar.
– Festelektroden (Glas, Graphit, Pt, Au) von ca. -1V bis +1V
polarisierbar.
– Hg-Elektrode von ca. -2V bis +0,2V polarisierbar.
• Unpolarisierbare Elektroden:
– Trotz Stromfluß Gleichgewicht der Elektrode unverändert.
– Kalomelelektrode (E = const. = 0,24 V)
– Ag/AgCl-Elektrode (E = const. = 197 V)
20
3.2
Red-Ox-Elektroden
⇒ Elektroden, bei denen als Ladungsträger Elektronen
durch die Phasengrenzfläche hindurchtreten.
eten.
einem korrespondierenden Red-Ox-Paar verwendet.
ndet.
ösung
ösung
ösung
21
3.3
Ionnenelektroden
⇒ Elektroden, bei denen als Ladungsträger Ionen durch die
Phasengrenzfläche hindurchtreten.
⇒ Durchtrittsreaktion:
Ag+Metall
⇔
Ag+Lösung
22
3.4
Elektroden 1. Art
Elektroden, die aus der Kombination
Metallion/Metall bestehen.
z.B.:
Zn/Zn2+ - Ionenelektrode 1. Art.
23
3.5
Elektroden 2. Art
Messung der Aktivität eines Anions,
d. mit d. Metallion ein schwer lösliches Salz
oder einen stabilen Komplex bildet.
z.B.: Kalomelelektrode
(Hg, das mit Hg2Cl2 (Kalomel) überzogen ist und in eine gesättigte
KCl-Lösung eintaucht.
Silber/Silberchlorid-Elektrode
24
3.6
Kalomel-Elektrode
• Besteht aus Hg, das
1. mit Kalomel (Hg2Cl2) überzogen ist und
2. in eine gesättigte KCl-Lösung eintaucht.
• Potentialbestimmende Elektrodenreaktion:
Hg2Cl2
+ 2e-
↔
2 Hg +
2Cl-
• Ermitteltes Potential über
– Löslichkeitsgleichgewicht,
– Löslichkeitsprodukt,
– NERNST´sche Gleichung
beträgt :
E = 0,2412 V.
25
3.6
Gesättigte Kalomel-Elektrode
26
3.7
Silber/Silberchlorid-Elektrode
• Besteht aus metallischen Silber (Draht oder Stab), das
1. mit mit einer Schicht aus AgCl bedeckt ist und
2. in eine Chloridlösung bekannter Konzentration
eintaucht, die wiederum mit AgCl gesättigt ist.
• Potentialbestimmende Elektrodenreaktion:
AgCl + e-
↔
Ag +
Cl-
• Ermitteltes Potential beträgt :
E = 0,197 V.
27
3.7
Silber/Silberchlorid-Elektrode
28
Elektroanalytik-
Ende der Vorlesung
29