Електрохімічні методи аналізу харчових продуктів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство аграрної політики та продовольства України

Уманський національний університет садівництва

Інженерно - технологічний факультет

Кафедра технології зберігання i переробки плодів та овочів

Реферат

з дисципліни «СІМКХВ»

на тему : «Електрохімічні методи аналізу харчових продуктів»

Виконала:

студентка 32 - Т групи

Кикоть Наталії Валеріївна

Викладач:

Матенчук Л.Ю.

Умань 2014

Зміст

1. Електрохімічні методи аналізу

2. Потенціометрія. Потенціометричні титрування

3. Кондуктометрія. Кондуктометричне титрування

4. Кулонометрія. Кулонометричне титрування

Список використаної літератури

1. Електрохімічні методи аналізу

Електрохімічні методи засновані на вимірі електричних параметрів електрохімічних явищ, що виникають в досліджуваному розчині. Таке вимірювання здійснюють за допомогою електрохімічної комірки, що представляє собою посудину з досліджуваним розчином, в який поміщені електроди. Електрохімічні процеси в розчині супроводжуються появою або зміною різниці потенціалів між електродами або зміну величини струму, що проходить через розчин. потенціометрія хімічний розчин

Електрохімічні методи класифікують в залежності від типу явищ, заміряються в процесі аналізу. У загальному випадку розрізняють дві групи електрохімічних методів:

1. Методи без накладення стороннього потенціалу, засновані на вимірі різниці потенціалів, що виникає в електрохімічнії комірці, що складається з електрода і посудини з досліджуваним розчином. Цю групу методів називають потенціометричним. У потенціометричних методах використовують залежність рівноважного потенціалу електродів від концентрації іонів, що беруть участь у електрохімічної реакції на електродах.

2. Методи з накладенням стороннього потенціалу, засновані на вимірі:

а) електричної провідності розчинів - кондуктометрія ;

б) кількості електрики, що пройшла через розчин - кулонометрия ,

в) залежності величини струму від прикладеного потенціалу - вольт-амперометрія ;

г) часу, необхідного для проходження електрохімічної реакції - хроноелектрохімічні методи (хроновольтамперометрія, хронокондуктометрію). У методах цієї групи на електроди електрохімічної комірки накладають сторонній потенціал.

Основним елементом приладів для електрохімічного аналізу є електрохімічний осередок. У методах без накладення стороннього потенціалу вон являє собою гальванічний елемент , у якому внаслідок протікання хімічних окислювально-відновних реакцій виникає електричний струм. У клітинці типу гальванічного елемента в контакті з аналізованим розчином знаходяться два електроди - індикаторний електрод, потенціал якого залежить від концентрації речовини, і електрод з постійним потенціалом - електрод порівняння, щодо якого вимірюють потенціал індикаторного електрода. Вимірювання різниці потенціалів роблять спеціальними приладами - потенціометрами.

У методах з накладенням стороннього потенціалу застосовують електрохімічну клітинку , названу так тому, що на електродах осередку під дією накладеного потенціалу відбувається електроліз - окислення або відновлення речовини. У кондуктометричному аналізі використовують кондук- тометричну клітинку, в якій заміряють електричну провідність розчину.

За способом застосування електрохімічні методи можна класифікувати на прямі, в яких концентрацію речовин вимірюють за показанням приладу, і електрохімічне титрування, де індикацію точки еквівалентності фіксують за допомогою електрохімічних вимірювань. Відповідно до цієї класифікації розрізняють потенціометрії і потенціометричні титрування, кондуктометрію і кондуктометричне титрування і т.д.

Прилади для електрохімічних визначень крім електрохімічної комірки, мішалки, навантажувального опору включають пристрої для вимірювання різниці потенціалів, струму, опір розчину, кількості електрики. Ці виміри можуть здійснюватися стрілочними приладами (вольтметр або мікроамперметр), осцилографами, автоматичними самописними потенціометрами. Якщо електричний сигнал від осередку дуже слабкий, то його підсилюють за допомогою радіотехнічних підсилювачів.

У приладах методів з накладенням стороннього потенціалу важливою частиною є пристрої для подачі на клітину відповідного потенціалу стабілізованого постійного або змінного струму (залежить від типу методу). Блок електроживлення приладів електрохімічного аналізу включає зазвичай випрямляч і стабілізатор напруги, який забезпечує сталість роботи приладу.

2. Потенціометрія. Потенціометричні титрування

Потенціометрія заснована на вимірі різниці електричних потенціалів, що виникають між різнорідними електродами, опущеними в розчин з визначальною речовиною. Електричний потенціал виникає на електродах при проходженні на них окислювально-відновної (електрохімічної) реакції. Окислювально-відновні реакції протікають між окислювачем і відновником з утворенням окислювально-відновних пар, потенціал яких визначається за рівнянням Нернста. Потенціометричні вимірювання проводять, опускаючи в розчин два електроди - індикаторний, що реагує на концентрацію визначаючих іонів, і стандартний електрод або електрод порівняння, щодо якого вимірюється потенціал індикаторного. Застосовують кілька видів індикаторних і стандартних електродів.

Електроди першого роду оборотні щодо іонів металу, з якого складається електрод. При опусканні такого електрода в розчин, що містить катіони металу, утворюється електродна пара.

Електроди другого роду являють собою метал, покритий шаром нерозчинної солі з аніоном, до якого чутливий електрод. При контакті такого електрода з розчином, що містить зазначений аніон, виникає потенціал Е, величина якого залежить від розчинності солі і концентрації аніону в розчині.

Електродами другого роду є хлорсрібний і каломельний. Насичені хлорсрібний і каломельний електроди підтримують постійний потенціал і застосовують як електроди порівняння, по відношенню до яких вимірюється потенціал індикаторного електрода.

Інертні електроди - пластина бо дріт, виготовлена з важко окислювальних металів - платини, золота, паладію. Застосовуються вони для вимірювання потенціалу в розчинах, що містять окислювально-відновну пару. Мембранні електроди різного типу мають мембрану, на якій виникає мембранний потенціал. Величина потенціалу залежить від різниці концентрацій одного і того ж іона по різних сторонах мембрани. Найпростішим і найбільш вживаним мембранним електродом є скляний електрод. Змішування нерозчинних солей типу AgBr, AgCl, AgI та інших з деякими пластмасами (каучуки, поліетилен, полістирол) призвело до створенню іон-селективних електродів , вибірково адсорбуючих з розчину зазначені іони внаслідок правила Панета - Фаянсу - Гана. Так як концентрація визначених іонів поза електрода відрізняється від концентрації всередині електрода, рівноваги на поверхнях мембрани відрізняються, що призводить до виникнення мембранного потенціалу. Для проведення потенціометричних визначень збирають електрохімічну комірку з індикаторного електрода порівняння, який опускають в аналізований розчин і під'єднують до потенціометра. Застосовувані в потенціометрії електроди мають великий внутрішній опір (500-1000 МОм). Для вимірювання ЕРС електродної системи в потенціометрах застосовують компенсаційну схему, що дозволяє зменшити струм в ланцюзі осередку.

Найбільш часто потенціометри застосовують для прямих вимірювань рН, показники концентрацій інших іонів pNa, pK, pNH в‚„, pCl і мВ. Вимірювання проводять, використовуючи відповідні іон-селективні електроди. Для вимірювання рН застосовують скляний електрод і електрод порівняння - хлорсрібний. Перед проведенням аналізів необхідно перевірити калібрування рН-метрів за стандартними буферним розчинам, фіксанали яких прикладаються до приладу. рН-метри крім прямих визначень рН, pNa, pK, pNH, pCl та інших дозволяють проводити потенціометричні титрування визначення іона.

Потенціометричне титрування

Потенціометричне титрування проводять у тих випадках, коли хімічні індикатори використовувати не можна або за відсутності відповідного індикатора. У потенциометричному титруванні в якості індикаторів використовують електроди потенціометра, опушені у титруємий розчин. При цьому застосовують електроди, чутливі до титруємих іонів. У процесі титрування змінюється концентрація іонів, що реєструється на шкалі вимірювального приладу потенціометра. Записавши свідчення потенціометра в одиницях рН або мВ, будують графік їх залежно від обсягу титранту (криву титрування), визначають точку еквівалентності та обсяг титранту, витрачений на титрування. За отриманими даними будують криву потенціометричного титрування.

Крива потенціометричного титрування має вигляд, аналогічної кривої титрування в титриметричному аналізі. За кривою титрування визначають точку еквівалентності, яка знаходиться в середині стрибка титрування. Для цього проводять дотичні до ділянок кривої титрування і по середині дотичній стрибка титрування визначають точку еквівалентності. Ще більш точно точку еквівалентності можна визначити методом Грана. Методом Грана можна проводити потенціометричне титрування, не доводячи його до точки еквівалентності. Потенціометричне титрування застосовують у всіх випадках титриметричного аналізу.

При кислотно-основному титруванні використовують скляний електрод і електрод порівняння. Оскільки скляний електрод чутливий до змін рН середовища, при їх титруванні на потенціометрі реєструються зміни рН середовища. Кислотно-основне потенціометричне титрування з успіхом застосовують при титруванні слабких кислот і основ. При титруванні сумішей кислот необхідно, щоб їх рН відрізнялися більше, ніж на 4 одиниці, в іншому випадку частину більш слабкої кислоти відтитровують разом з сильною, і стрибок титрування виражений не чітко. Це дозволяє використовувати потенціометр для побудови експериментальних кривих титрування, підбір індикаторів для титрування і визначення констант кислотності і основності.

При осаджувальному потенциометричному титруванні застосовують як індикатор електрод з металу, що становить з обумовленими іонами електродну пару.

При комплексометричному титруванні використовують: а) металевий електрод, оборотний до іону визначаємого металу, б) платиновий електрод при наявності в розчині окислювально-відновної пари. При зв'язуванні титрантом одного з компонентів редокс-пари змінюється його концентрація, що викликає зміни потенціалу індикаторного платинового електрода. Застосовуються також зворотне титрування надлишку розчину, доданого до солі металу, розчином солі заліза.

При окислювально-відновному титруванні застосовують електрод порівняння і платиновий індикаторний електрод, чутливий до окислювально-відновних пар. Потенціометричне титрування - один з найбільш вживаних методів інструментального аналізу внаслідок простоти, доступності, селективності і широких можливостей.

3. Кондуктометрія. Кондуктометричне титрування

Кондуктометрія заснована на вимірюванні електричної провідності розчину. Якщо в розчин речовини помістити два електроди і подати на електроди різницю потенціалів, то через розчин потече електричний струм. Як і кожен провідник електрики, розчини характеризуються опором R і зворотної йому величиною - електричною провідністю L.

Кондуктометричний аналіз проводять за допомогою кондуктометрів - приладів, що вимірюють опір розчинів. За величиною опору R визначають зворотний йому за величиною електричну провідність розчинів L.

Визначення концентрації розчинів здійснюють прямою кондуктометрією і кондуктометричним титруванням. Пряма кондуктометрія використовується для визначення концентрації розчину за калібрувальним графіком. Для складання калібрувального графіка заміряють електропровідність серії розчинів з відомою концентрацією і будують калібрувальний графік залежності електропровідності від концентрації. Потім вимірюють електропровідність аналізованого розчину і по графіком визначають його концентрацію.

Найчастіше застосовують кондуктометричне титрування . При цьому в клітинку з електродами поміщають аналізований розчин, осередок поміщають на магнітну мішалку і титрують відповідним титрантом. Титрант додають рівними порціями. Після додавання кожної порції титранту заміряють електропрвідність розчину і будують графік залежності між нею і об'ємом титранта. При додаванні титранту відбувається зміна електропровідності розчину і настає перегин кривої титрування.

Від рухливості іонів залежить електропрвідність розчину: чим вище рухливість іонів, тим більше електропровідність розчину.

Кондуктометричне титрування має ряд переваг. Його можна проводити в мутних і забарвлених середовищах, у відсутності хімічних індикаторів. Метод має підвищу чутливість і дозволяє аналізувати розбавлені розчини речовин. Кондуктометричним титруванням аналізують суміші речовин, тому що відмінності в рухливості різних іонів істотні і їх можна диференційовано відтитровувати в присутності один одного.

Кондуктометричний аналіз легко автоматизувати, якщо розчин титранту подавати з бюретки з постійною швидкістю, а зміна електричної провідності розчину реєструвати на самописці. Цей різновид кондуктометрії отримала назву хронокондуктометрічний аналіз.

У кислотно-основному титруванні кондуктометричним шляхом можна визначати сильні кислоти, слабкі кислоти, солі слабких основ і сильних кислот.

У осаджувальному кондуктометричному титруванні електропровідність титруємих розчинів спочатку зменшується чи залишається на деякому постійному рівні внаслідок зв'язування титруємого електроліту в осад, при появі надлишку титранту - знову зростає. Комплексометричне кондуктометричне титрування зміни електропрвідності розчину наступає внаслідок зв'язування катіонів металу в комплекс з ЕДТА.

Окислювально-відновне кондуктометричне титрування засноване на зміні концентрації реагуючих іонів і появу в розчині нових іонів, що змінює електропровідність розчину.

У останні роки одержала розвиток високочастотна кондуктометрія , в якій електроди з розчином не контактують, що важливо при аналізі агресивних середовищ і розчинів в закритих посудинах. Отримала розвиток два варіанти - пряма високочастотна кондуктометрія і високочастотне титрування. Пряма високочастотна кондуктометрія застосовується для визначення вологості речовин, зерна, деревини, концентрації розчину в у закритих посудинах - ампулах, при аналізі агресивних рідин. Високочастотне титрування проводять на спеціальних титраторах - ТВ-6, ТВ-6Л. Високочастотне кондуктометричне титрування проводять за типом кислотно-основного, окислювально-відновного або осаджувального титрування в тих випадках, коли відсутній відповідний індикатор або при аналізі сумішей речовин.

4. Кулонометрія. Кулонометричне титрування

У кулонометрії речовини визначають виміром кількості електрики, витраченої на їх кількісне електрохімічне перетворення. Кулонометричний аналіз проводять в електролітичній комірці, в яку поміщають розчин визначаємої речовини. При подачі на електроди осередки відповідного потенціалу відбувається електрохімічне відновлення або окислення речовини. Відповідно до законів електролізу, відкритим Фарадеєм, кількість речовини, прореагувавшиї на електроді, пропорційна кількості електрики, пройшовшої через розчин. Кулонометричний аналіз дозволяє визначати речовини, що не осджуються на електродах або випаровуються в атмосферу при електрохімічної реакції.

Розрізняють кулонометрію пряму і кулонометричне титрування . Висока точність і чутливість методів вимірювання електричного струму забезпечує кулонометричному аналізу унікальну точність 0,1-0,001%, і чутливість. Тому кулонометричний аналіз застосовується для визначення мікродомішок і продуктів руйнування речовин, що важливо при контролі їх якості.

Для індикації Т.Е. при кулонометричному титруванні можна застосовувати хімічні та інструментальні методи - додавання індикаторів, виявлення забарвлених сполук фотометричним або спектрофотометрическим шляхом. У відмінності від інших методів аналізу кулонометрія може бути повністю автоматизована, що зводить до мінімуму випадкові помилки визначення. Ця особливість використана при створенні автоматичних кулонометричних титраторів - чутливих приладів, що застосовуються для особливо точних аналізів, коли інші методи виявляються недостатньо чутливими. При аналізі речовин, малорозчинних у воді, кулонометрію можна проводити на електродах з ацетиленової сажі, які є хорошим адсорбентом і видобувають такі речовини з реакційного середовища з достатньою повнотою. Кулонометричне титрування - перспективний метод інструментального аналізу. Він може знайти широке застосування для вирішення низки спеціальних аналітичних завдань - аналізу домішок, малих кількостей лікарських препаратів, визначення в біологічному матеріалі і довкіллю токсичних речовин, мікроелементів та інших з'єднань.

Список використовуваної літератури

1. В.Д. Пономарев/Аналітична хімія/часть2/Москва В«Вища школаВ»/1982

2. Коротка хімічна енциклопедія. М.: Радянська енциклопедія, 1964. Том 1. А-Е. 758

3. Класифікація і номенклатура електрохімічних методів журн. аналит. хімії. 1978. Т. 33, вип. 8. С. 1647-1665.

4. Представлення результатів хімічного аналізу (Рекомендації IUPAC 1994 р.) / / Журн. аналит. хімії. 1998. Т. 53. № 9. С. 999-1008.

5. Физико-химические методи анализа. - Ленинград: Химия, 1988. - С.232 - 250.

6. Барковский В.Ф., Горелик С.М., Городенцева Т.Б. Физико-химические методы анализа. - М.:Высшая школа,1972. - С. 177-216.

Размещено на Allbest.ru