СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Российский патент 2005 года по МПК G01N27/48 

Описание патента на изобретение RU2257569C1

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для количественного определения веществ, являющихся компонентами обратимых окислительно-восстановительных систем.

Известен способ электрохимического анализа многокомпонентных растворов в широком диапазоне концентраций, включающий потенциостатическое концентрирование анализируемых элементов на рабочем электроде, последующее растворение осадка в гальваностатическом режиме, повторение циклов растворения и осаждения, между операциями растворения и осаждения изменяют направление тока, осуществляют контроль временных интервалов осаждения, расчет величины заряда и оценку концентрации определяемого компонента в пробе, при этом второе и последующие осаждения проводят в гальваностатическом режиме до значения потенциала, соответствующего началу растворения определяемого компонента [1].

К недостаткам следует отнести сложность проведения анализа.

Известен способ определения борной кислоты электрохимическим способом титрования, включающий титрование анализируемого раствора с добавлением титранта, определение конечной точки титрования с помощью двух электродов индикаторного электрода и сравнительного электрода [2].

Известен способ определения технеция электрохимическим способом титрования, который заключается в титровании предварительно окисленного технеция в растворе электролита и определении точки эквивалентности амперометрическим методом с двумя индикаторными электродами [3].

К недостаткам следует отнести ограниченность применения способа, а именно только для исследования раствора, содержащего технеций.

Наиболее близким по технической сущности является способ электрохимического анализа, включающий титрование раствора, содержащего определяемый ион, путем погружения в раствор двух одинаковых платиновых электродов и наложения на них постоянного напряжения, величина которого лежит в пределах 0,01-0,5 В. Ток, проходящий через ячейку, измеряют гальванометром; раствор во время титрования равномерно перемешивают. Из бюретки постепенно добавляют раствор титранта, фиксируя после добавления каждой порции титранта силу тока в цепи. Строят зависимость силы тока от объема добавленного титранта (кривую титрования) [4].

Кривая титрования для примеров табл.1 выглядит следующим образом (фиг.1).

В этом случае (см. фиг.1) вблизи конечной точки титрования наблюдается быстрое уменьшение силы тока. Определение конечной точки титрования проводится графически по построенной кривой титрования. Проводятся касательные к относительно линейным участкам кривой. Из точки их пересечения опускается перпендикуляр на ось объемов, находится конечная точка титрования Vт.э, рассчитывается неизвестная концентрация анализируемого вещества. Сила тока, проходящего через ячейку, согласно уравнению Делахея равна:

где n - число электронов, участвующих в обратимой окислительно-восстановительной реакции, Т - абсолютная температура, V - объем добавленного раствора титранта, Vт.э - объем титранта в конечной точке титрования (- степень оттитрованности), С0 - исходная концентрация определяемого титруемого вещества, UC - приложенное к электродам напряжение.

Уравнение выведено в предположении, что:

1) величина Uc достаточно мала;

2) титруемое вещество и возникший из него при реакции продукт являются обратимой парой;

3) коэффициент пропорциональности Р для анодного и катодного процессов равны.

Из уравнения следует, что при прочих равных условиях сила тока определяется объемом добавленного титранта.

К недостаткам известного способа следует отнести то, что многократное добавление равных порций раствора титранта и измерение величины силы тока, а также построение графика для определения конечной точки титрования требует достаточно много времени, а также не исключается графическая ошибка определения конечной точки титрования, связанная с построением кривой титрования. Также на процесс титрования расходуется достаточно большой объем титранта и требуется специальное оборудование для титрования, например, бюретки.

Изобретением решается задача расширения арсенала аналитических способов электрохимического анализа, уменьшающего продолжительность титрования и сокращающего время определения конечной точки титрования.

Техническим результатом является упрощение способа и повышение точности электрохимического анализа.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе электрохимического анализа, включающего титрование анализируемого раствора с добавлением титранта и определение объема титранта в конечной точке титрования, путем измерения силы тока анализируемого раствора двумя платиновыми электродами, согласно изобретению титрант добавляют однократно, а измерение силы тока производят одновременно с добавлением титранта, и для измерения силы тока используют платиновые электроды, площади поверхностей которых соотносятся как 1:2, и при измерении силы тока первоначально в качестве анода используют электрод с большей площадью поверхности, после чего меняют полярность и вторично проводят измерение силы тока, используя в качестве анода электрод с меньшей площадью поверхности, и по формуле (2) определяют объем титранта в конечной точке, где Sa - площадь анода; Sк - площадь катода; i' - сила тока при первоначальном измерении, когда в качестве анода используют электрод с большей площадью поверхности; i'' - сила тока при измерении полярности, когда в качестве анода используют электрод с меньшей площадью поверхности.

Способ осуществляется следующим образом: в ячейку для титрования помещается аликвотная часть (20-25 мл) титруемого раствора, содержащего определяемый ион. В раствор погружены платиновые проволочные электроды одинакового диаметра, но разной длины, с поверхностями S1 и S2 мм2. На электроды наложено постоянное напряжение, величина которого лежит в пределах 0,01-0,5 В. Электрод с большей площадью поверхности подключается к положительному полюсу источника напряжения. С помощью шприца-дозатора добавляется V мл раствора титранта. Раствор перемешивается. С помощью гальванометра измеряется сила тока между электродами (i'). Меняется полярность электродов (платиновые проволоки меняются местами) и снова измеряется сила тока в цепи (i''). По уравнению (2) определяется объем титранта в конечной точке титрования.

Рассмотрим на примере (см. фиг. 2). При одном и том же объеме добавленного титранта V токи, измеренные при изменении полярности электродов, будут отличаться.

Когда электроды имеют разную площадь поверхности, то уравнение Делахея (1) можно записать в виде:

- в случае, когда электрод с большей площадью поверхности является анодом:

- в случае, когда электрод с большей площадью поверхности является катодом, а в качестве анода используют электрод с меньшей площадью поверхности (изменена полярность электродов):

Разделим уравнение (3) на (4) и получим:

Решим уравнение (5) относительно λ:

Зная λ, для нахождения конечной точки титрования можно воспользоваться уравнением (6): где V - объем добавленного раствора титранта.

В общем виде уравнение можно записать:

Для доказательства осуществимости данного способа было проведено определение воды в разных порциях хлороформа методом амперометрического титрования, согласно ГОСТ 14870-77 - Методы определения воды - и предлагаемым расчетным способом определения конечной точки титрования. Результаты определения приведены в таблице.

Аналогичным образом проведено титрование раствора, содержащего ион двухвалентного железа (см. табл.1), раствором перманганата калия. Проводилось определение обычным способом - с неоднократным добавлением титранта и построением кривой титрования, и предлагаемым методом. Результаты определения приведены в таблице.

[5][предлаг.]Vт.э., млVт.э., мл12,000,01201,2011,100,01113,0012,100,01216,0011,900,0119

- Из таблиц следует, что сопоставительные результаты, полученные по предлагаемому способу, с результатами определения по ГОСТу (прототип) идентичны. Но преимущество при расчетном способе определения конечной точки титрования состоят в том, что исключается операция титрования, т.е. многократное добавление равных порций раствора титранта и измерение величины силы тока.

- Исключается графическая ошибка определения конечной точки титрования, связанная с построением кривой титрования.

- Уменьшается время определения.

- Сокращается расход раствора титранта, необходимый для анализа.

- Происходит замена бюреток на более простые в использовании шприцы-дозаторы.

Источники информации

1. Патент РФ №2199734, G 01 N 27/48, 27.02.2003.

2. Патент РФ №2035041, G 01 N 31/16, 10.05.1995.

3. Патент РФ №2132552, G 01 N 27/48, 27.06.1999.

4. Делахей П. Новые приборы и методы в электрохимии. М.: Иностр. лит-ра, 1957.

5. Сонгина О.А., Захаров В.А. Амперометрическое титрование. М.: Химия, 1979.

Похожие патенты RU2257569C1

название год авторы номер документа
Способ получения экспериментальных данных для определения гидрокарбонат-ионов в минеральных водах методами кондуктометрического и потенциометрического титрования 2018
  • Чернышева Альбина Васильевна
  • Стожко Наталья Юрьевна
  • Татауров Владимир Петрович
  • Ашихмина Мария Владимировна
  • Бортник Борис Исаакович
RU2689404C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОКАРБОНАТ-ИОНОВ МЕТОДАМИ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО И КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ТИТРОВАНИЯ 2013
  • Чернышева Альбина Васильевна
  • Стожко Наталья Юрьевна
  • Подшивалова Екатерина Михайловна
  • Татауров Владимир Петрович
RU2562546C2
Способ количественного определения нонахлазина 1987
  • Ткач Владимир Иванович
  • Тимошенко Нелли Григорьевна
  • Грошовый Тарас Андреевич
  • Пряхин Олег Романович
SU1427299A1
Устройство для амперометрического титрования 1985
  • Додин Евгений Иванович
  • Михайлова Людмила Ивановна
SU1366931A1
Способ кулонометрического определения галогенидов 1982
  • Костромин Александр Иванович
  • Бадретдинова Гузель Загидовна
  • Абдуллин Ильдар Фартович
SU1057837A1
Способ количественного определения гидроперекиси изопропилбензола 1983
  • Кувшинов Владимир Александрович
  • Карпицкий Владимир Игнатович
  • Сидоренко Александр Александрович
  • Алтунина Любовь Константиновна
SU1105812A1
СПОСОБ АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ НА ПЛАТИНОВОМ ЭЛЕКТРОДЕ 2015
  • Дубова Надежда Михайловна
  • Бойченко Станислав Сергеевич
  • Орешина Александра Александровна
RU2612000C1
Способ биамперометрического определения содержания кальция и магния 1976
  • Басов Вадим Наумович
  • Белоусов Геннадий Григорьевич
  • Агасян Перч Карапетович
  • Евдоченко Раиса Семеновна
SU728064A1
СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕРКАПТАНОВ В НЕВОДНЫХ СРЕДАХ 2002
  • Берберова Н.Т.
  • Белинский Б.И.
  • Тараканов Г.В.
  • Шинкарь Е.В.
  • Маняшин А.О.
  • Гиренко Е.Е.
RU2207559C1
СПОСОБ КУЛОНОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТЫ В РАСТИТЕЛЬНОМ СЫРЬЕ И ПРЕПАРАТАХ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ 2010
  • Абдуллина Светлана Геннадиевна
  • Агапова Наталья Михайловна
  • Хазиев Рамиль Шамилевич
RU2464558C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 257 569 C1

Реферат патента 2005 года СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для количественного определения веществ, являющихся компонентами обратимых окислительно-восстановительных систем. Технический результат: упрощение способа и повышение точности электрохимического анализа. Сущность изобретения: способ электрохимического анализа, включающий титрование анализируемого раствора с добавлением титранта и определение объема титранта в конечной точке титрования, путем измерения силы тока двумя платиновыми электродами. Титрант добавляют однократно, а измерение силы тока производят одновременно с добавлением титранта. Для измерения силы тока используют платиновые электроды, площади поверхностей которых соотносятся как 1:2. При измерении силы тока первоначально в качестве анода используют электрод с большей площадью поверхности, после чего меняют полярность и вторично проводят измерение силы тока, используя в качестве анода электрод с меньшей площадью поверхности. По формуле (I) определяют объем титранта в конечной точке, где V - объем добавленного раствора титранта; Sa - площадь анода; Sк - площадь катода; i' - сила тока, когда электрод с большей площадью поверхности является анодом; i'' - сила тока, когда электрод с меньшей площадью поверхности является анодом; Vт.э - объем титранта в конечной точке титрования.

3 табл., 2 ил.

Формула изобретения RU 2 257 569 C1

Способ электрохимического анализа, включающий титрование анализируемого раствора с добавлением титранта и определение объема титранта в конечной точке титрования, путем измерения силы тока двумя платиновыми электродами, отличающийся тем, что титрант добавляют однократно, а измерение силы тока производят одновременно с добавлением титранта, а для измерения силы тока используют платиновые электроды, площади поверхностей которых соотносятся как 1:2, и при измерении силы тока первоначально в качестве анода используют электрод с большей площадью поверхности, после чего меняют полярность и вторично проводят измерение силы тока, используя в качестве анода электрод с меньшей площадью поверхности, и по формуле (I) определяют объем титранта в конечной точке, где V - объем добавленного раствора титранта; Sa - площадь анода; Sк - площадь катода; i' - сила тока, когда в качестве анода используют электрод с большей площадью поверхности; i'' - сила тока, когда в качестве анода используют электрод с меньшей площадью поверхности; Vт.э - объем титранта в конечной точке титрования.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2257569C1

Устройство для амперометрического титрования 1985
  • Додин Евгений Иванович
  • Михайлова Людмила Ивановна
SU1366931A1
Способ определения свободного хлора 1984
  • Ривина Зинаида Михайловна
  • Рыженкова Ольга Степановна
  • Чупахин Михаил Сергеевич
SU1182376A1
СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕРКАПТАНОВ В НЕВОДНЫХ СРЕДАХ 2002
  • Берберова Н.Т.
  • Белинский Б.И.
  • Тараканов Г.В.
  • Шинкарь Е.В.
  • Маняшин А.О.
  • Гиренко Е.Е.
RU2207559C1
ЖАРОВАЯ ТРУБА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 1994
  • Кузнецов В.А.
RU2062954C1
JP 55076945 А, 10.06.1980.

RU 2 257 569 C1

Авторы

Кожевников И.В.

Щербатых Е.Г.

Даты

2005-07-27Публикация

2004-02-16Подача