1.2 电位分析法(Potentiometry)
电位分析法是一种通过测量电极电位来测定物质量的分析方法。根据式(1.5),如果能测定出电极电位E,则可求出该物质的活度或浓度。
电极电位的测量需要构成一个化学电池,一个电池有两个电极,在电位分析中,将电极电位随被测物质活度变化的电极称为指示电极,将另一个与被测物质无关的,提供测量电位参考的电极称为参比电极,电解质溶液由被测试样及其它组分组成。图1.3是以甘汞电极作为指示电极的电位测量体系,依靠这种体系可以进行电位测量。
1.2.1参比电极(Reference electrode)
参比电极是决定指示电极电位的重要因素,作为一个理想的参比电极应具备以下条件:①能迅速建立热力学平衡电位,这就要求电极反应是可逆的。②电极电位是稳定的,能允许仪器进行测量。常用的参比电极有甘汞电极和银-氯化银电极。
甘汞电极是以甘汞(Hg2cl2)饱和的一定浓度的Kcl溶液为电解液的汞电极,其电极反应为
电极电位为
(1.10)
甘汞电极的电极电位随温度和氯化钾的浓度变化而变化,表1.2中列出了不同温度和不同氯化钾浓度下甘汞电极的电极电位。其中,在25℃下饱和氯化钾
表1.2不同温度和不同Kcl浓度下的电极电位
电极 电极电位,V 温度℃ |
0.1MKcl 甘汞 |
3.5MKcl 甘汞 |
饱和Kcl 甘汞 |
3.5MKcl Ag-Agcl |
饱和Kcl Ag-Agcl |
10 25 40 |
0.3356 |
0.256 0.250 0.244
|
0.2444 |
0.215 0.205 0.193
|
0.214 0.199 0.184 |
注:以上电位值是相对于标准氢电极的数值
溶液中的电位值(0.2444V)是最常用的电位值。甘汞电极通过其尾端的烧结陶瓷塞或多孔玻璃与指示电极相连,这种接口具有较高的阻抗和一定的电流负载能力,因此甘汞电极是一种很好的参比电极。
银-氯化银电极也是一种广泛应用的参比电极,它是浸在氯化钾中的涂有氯化银的银电极,其电极反应为
电极电位见式(1.7),银-氯化银电极也是随温度和氯化钾的浓度变化(见表1.1),商品银-氯化银电极的外型类似于图1.3中甘汞电极的外型。在有些实验中,银-氯化银电极丝(涂有Agcl的银丝)可以作为参比电极直接插入反应体系,具有体积小,灵活等优点。另外,银-氯化银电极可以在高于60℃的体系中使用,甘汞电极不具备这些优点。