RU2337352C2 - Method of electrochemical analysis - Google Patents
Method of electrochemical analysis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2337352C2 RU2337352C2 RU2006140707/28A RU2006140707A RU2337352C2 RU 2337352 C2 RU2337352 C2 RU 2337352C2 RU 2006140707/28 A RU2006140707/28 A RU 2006140707/28A RU 2006140707 A RU2006140707 A RU 2006140707A RU 2337352 C2 RU2337352 C2 RU 2337352C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dissolution
- amount
- concentration
- analysis
- determined
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к измерительной технике, а именно к электрохимическому анализу, и может быть использовано в различных отраслях науки и техники, промышленности при создании электроаналитических приборов для анализа любых образцов после переведения их в растворенное состояние, а также для электрохимических исследований многокомпонентных растворов в широком диапазоне концентраций.The claimed invention relates to measuring technique, namely to electrochemical analysis, and can be used in various fields of science and technology, industry to create electroanalytical devices for analyzing any samples after they are brought into a dissolved state, as well as for electrochemical studies of multicomponent solutions in a wide range concentrations.
Известны различные способы электрохимического анализа, например вольтамперо-метрические, кулонометрические.There are various methods of electrochemical analysis, for example voltammetric, coulometric.
Известны способы электрохимического анализа, среди которых методы, включающие стадию электролиза, а именно - кулонометрия при контролируемом потенциале (ККП). ККП не требует градуировки прибора, т.е. построения градуировочных кривых или применения метода добавок.Known methods of electrochemical analysis, among which methods include the stage of electrolysis, namely coulometry at a controlled potential (CCP). KKP does not require calibration of the device, i.e. building calibration curves or applying the additive method.
ККП основана на проведении измерений в условиях изменения концентрации аналита во времени, т.к. при электролизе раствора происходит превращение определяемого вещества под действием электрического тока. Поэтому в кулонометрии используют электроды большой площади, а объем анализируемого вещества минимизируют.KKP is based on measurements under conditions of a change in analyte concentration over time, since during the electrolysis of a solution, the analyte undergoes transformation under the influence of an electric current. Therefore, large area electrodes are used in coulometry, and the volume of the analyte is minimized.
Существует способ, относящийся к постоянной инверсионной потенциометрии, в котором реализован процесс кулонометрического измерения параметров электрохимической ячейки. Упомянутый способ защищен патентом США №5891322, G01N 27/26, приоритет 22.10.1996 г., публикация 06.04.1999 г.There is a method related to constant inversion potentiometry, which implements the process of coulometric measurement of the parameters of an electrochemical cell. The mentioned method is protected by US patent No. 5891322, G01N 27/26, priority 10/22/1996, publication 04/06/1999.
Известный по патенту США №5891322 способ включает потенциометрическое концентрирование ионов металла на поверхности электрода при потенциале, превышающем потенциал поляризации металла, последующее электрохимическое растворение осадка с поверхности электрода в гальваностатическом режиме, повторение по крайней мере дважды цикла осаждения и электрохимического растворения. При этом производится измерение продолжительности каждого цикла электрохимического растворения и протекающего тока. Далее по измеренным токам и временным интервалам вычисляют фарадеевский заряд ионов и концентрацию металла в пробе.Known by US patent No. 5891322, the method includes potentiometric concentration of metal ions on the electrode surface with a potential exceeding the polarization potential of the metal, subsequent electrochemical dissolution of the precipitate from the electrode surface in the galvanostatic mode, repeating at least twice the deposition and electrochemical dissolution cycles. In this case, the duration of each cycle of electrochemical dissolution and the current flow is measured. Next, the Faraday ion charge and the metal concentration in the sample are calculated from the measured currents and time intervals.
Способ позволяет проводить безэталонные измерения за счет проведения циклов многократного электрохимического растворения и осаждения. Однако этот способ не обеспечивает точного определения "химического тока". При измерении необходимо проводить дифференцирование хронопотенциометрических кривых и далее поиск границ пиков, что существенно усложняет алгоритм измерения и затрудняет автоматизацию процесса измерения.The method allows for measurement-free measurements by conducting cycles of multiple electrochemical dissolution and precipitation. However, this method does not provide an accurate definition of "chemical current". When measuring, it is necessary to differentiate chronopotentiometric curves and then search for peak boundaries, which significantly complicates the measurement algorithm and complicates the automation of the measurement process.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, защищенный патентом России №2199734, приоритет 04.12.2003, опубликован 27.02.2003. Известный способ электрохимического анализа включает потенциостатическое концентрирование (осаждение) определяемых компонентов на поверхности рабочего электрода, последующее растворение осадка в гальваностатическом режиме со значением потенциала на электроде (U1), соответствующим началу растворения определяемого компонента, до значения потенциала (U2), соответствующего окончанию растворения, второе осаждение до значения потенциала на электроде U1 и растворение в гальваностатическом режиме до значения U2, повторение циклов осаждение-растворение, контроль электрических и временных параметров в циклах и оценку по ним концентрации определяемого компонента в пробе, при этом второе и последующие осаждения проводят в гальваностатическом режиме и контролируют величину тока и временных интервалов осаждения и растворения, циклы осаждение-растворение повторяют до прекращения изменения временных интервалов осаждения или растворения, а оценку концентрации определяемого компонента в пробе осуществляют на основе данных о величине тока и временных интервалов осаждения и растворения в различных циклах, для других определяемых компонентов операции повторяют при соответствующих значениях U1 и U2. Далее рассчитывают количество электричества, количество вещества в растворе и его концентрацию.The closest in technical essence to the claimed method is the method protected by Russian patent No. 2199734, priority 04.12.2003, published 02.27.2003. The known method of electrochemical analysis includes potentiostatic concentration (deposition) of the determined components on the surface of the working electrode, subsequent dissolution of the precipitate in the galvanostatic mode with a potential value on the electrode (U1) corresponding to the beginning of dissolution of the determined component to a potential value (U2) corresponding to the end of dissolution, the second deposition to a potential value on the electrode U1 and dissolution in galvanostatic mode to a value of U2, repetition of deposition cycles - dissolution, control of electrical and time parameters in cycles and assessment of the concentration of the determined component in the sample from them, while the second and subsequent depositions are carried out in the galvanostatic mode and the magnitude of the current and time intervals of precipitation and dissolution are controlled, the precipitation-dissolution cycles are repeated until the change in time intervals ceases deposition or dissolution, and the concentration of the determined component in the sample is estimated based on data on the magnitude of the current and the time intervals of deposition and Vorenus in different cycles, for other test components operations are repeated for the corresponding values U1 and U2. Next, calculate the amount of electricity, the amount of substance in the solution and its concentration.
Известный по патенту РФ №2199734 способ электрохимического анализа требует проведения по меньшей мере двух циклов измерений для каждого определяемого элемента, что увеличивает время анализа при работе с многокомпонентными растворами.Known for the patent of Russian Federation No. 2199734, the method of electrochemical analysis requires at least two measurement cycles for each element to be determined, which increases the analysis time when working with multicomponent solutions.
Заявляемое изобретение решает задачу сокращения времени анализа и повышения точности и чувствительности электрохимического анализа растворов сложного химического состава в широком диапазоне концентраций элементов в растворе в автоматическом режиме.The claimed invention solves the problem of reducing analysis time and increasing the accuracy and sensitivity of electrochemical analysis of solutions of complex chemical composition in a wide range of concentrations of elements in solution in automatic mode.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе электрохимического анализа, включающем потенциостатическое концентрирование (осаждение) определяемых компонентов на поверхности рабочего электрода, последующее растворение осадка в гальваностатическом режиме со значением потенциала на электроде (U1), соответствующим началу растворения определяемого компонента, до значения потенциала (U2), соответствующего окончанию растворения, согласно изобретению устанавливают кулонометрическую константу электрохимической ячейки (пробы) для каждого из определяемых компонентов, которые концентрируют на рабочем электроде при постоянном значении потенциала электрода с последующим однократным растворением осадка в потенциодинамическом режиме, определяют количество электричества Qti, затраченное на растворение каждого (i-того) осажденного компонента интегрированием тока растворения по времени и определяют количество электричества Q∞i, необходимое для полного выделения каждого из определяемых компонентов с использованием установленных величин кулонометрических констант, после чего по значениям Q∞i, используя закон Фарадея, определяют количество каждого вещества в ячейке и его концентрацию в пробе.The problem is solved due to the fact that in the method of electrochemical analysis, including potentiostatic concentration (deposition) of the determined components on the surface of the working electrode, the subsequent dissolution of the precipitate in the galvanostatic mode with a potential value on the electrode (U1) corresponding to the beginning of dissolution of the determined component to the potential value (U2) corresponding to the end of dissolution, according to the invention, the coulometric constant of the electrochemical cell (sample) is set for I of each of the determined components, which are concentrated on the working electrode at a constant value of the electrode potential, followed by a single dissolution of the precipitate in the potentiodynamic mode, determine the amount of electricity Q ti spent on dissolving each (i-th) deposited component by integrating the dissolution current over time and determine the amount electricity Q ∞i, necessary for the complete separation of each of the components being determined using established quantities coulometric consta t, then a Q ∞i values, using the law of Faraday, determine the amount of each substance in the cell and its concentration in the sample.
Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".The presence of distinctive features from the prototype features allows us to conclude that the proposed method meets the criterion of "novelty."
Предложенный способ электрохимического анализа позволяет за один цикл измерений определить количество и концентрацию нескольких веществ, содержащихся в ячейке (пробе), за счет того, что устанавливают кулонометрическую константу для каждого из содержащихся в ячейке (пробе) веществ.The proposed method of electrochemical analysis allows for one measurement cycle to determine the amount and concentration of several substances contained in the cell (sample), due to the fact that set coulometric constant for each of the substances contained in the cell (sample).
Возможность очень точного определения кулонометрических констант появляется за счет осуществления большого количества измерений и тем самым достигается большая точность. Кроме того, установленные один раз значения констант могут использоваться при дальнейших измерениях все время жизни данной ячейки (пробы).The possibility of very accurate determination of coulometric constants arises due to the implementation of a large number of measurements and thereby greater accuracy is achieved. In addition, the constants once set can be used for further measurements throughout the life of a given cell (sample).
Использование инверсионно-вольтамперометрического принципа измерений в сочетании с кулонометриметрическим принципом обработки сигнала обеспечивает высокую точность и чувствительность способа. Кроме того, сохраняется возможность обходиться без концентрационной градуировки измерительных приборов и применения метода добавок.The use of the inverse voltammetric principle of measurements in combination with the coulometric method of signal processing provides high accuracy and sensitivity of the method. In addition, it remains possible to dispense with the concentration calibration of measuring instruments and the application of the additive method.
Предлагаемый способ электрохимического анализа может быть реализован на любом вольтамперометрическом анализаторе, имеющем возможность работы в режиме инверсионной вольтамерометрии.The proposed method of electrochemical analysis can be implemented on any voltammetric analyzer having the ability to work in the inverse voltametry mode.
Реализация предлагаемого способа проиллюстрирована следующими чертежами.The implementation of the proposed method is illustrated by the following drawings.
На фиг.1 - измерительная ячейка, гдеFigure 1 - measuring cell, where
1 - стеклоуглеродный тигель,1 - glassy carbon crucible,
2 - цилиндр из полиэтилентерефталата,2 - cylinder made of polyethylene terephthalate,
3 - шайба из стеклоуглерода.3 - a glass-carbon washer.
На фиг.2 - конструкция электрода, гдеFigure 2 - design of the electrode, where
4 - хлорированная серебряная проволока,4 - chlorinated silver wire,
5 - термоусадочная трубка,5 - heat shrink tube
6 - смесь хлоридов серебра и калия,6 - a mixture of silver and potassium chlorides,
7 - фритта.7 - frit.
На фиг.3 - зависимость логарифма нормированной концентрации от времени электролиза.Figure 3 - dependence of the logarithm of the normalized concentration on the time of electrolysis.
Фиг.4 - таблица, в которой проведены результаты определения ионов кадмия, свинца и меди при их совместном присутствии.Figure 4 is a table in which the results of determination of cadmium, lead and copper ions in their joint presence are carried out.
Отработка способа проводилась на полярографе ПУ-1 с датчиком АКВ-07. Измерительная ячейка (фиг.1) - стеклоуглеродистый тигель 1 - одновременно является вспомогательным электродом. Для уменьшения объема анализируемого раствора эта ячейка сконтруирована следующим образом. По центру тигля 1 расположен цилиндр 2 из полиэтилентерефталата, вклеенный с помощью герметика. Дальнейшее регулирование рабочего объема проводилось с помощью шайб 3 из стеклоуглерода или графита. Хлоридсеребряный электрод сравнения (фиг.2) изготовлен из хлорированной серебряной проволоки (4), хлорида калия и хлорида серебра (6), помещенных в термоусадочную трубку (5), нижний конец которой охватывает пористую керамическую фритту (7). В качестве рабочего электрода использован вращающийся дисковый электрод из стеклоуглерода с площадью 0,071 см2.The development of the method was carried out on a PU-1 polarograph with an AKV-07 sensor. The measuring cell (figure 1) - glassy carbon crucible 1 - at the same time is an auxiliary electrode. To reduce the volume of the analyzed solution, this cell is configured as follows. In the center of the crucible 1 is a cylinder 2 made of polyethylene terephthalate, glued with sealant. Further regulation of the working volume was carried out using
Кулонометрические константы ki находили следующим образом. В растворе фонового электролита состава, содержащего 5·10-8 М ионов меди, кадмия и свинца, проводили электролиз при потенциале более отрицательном, чем потенциал самого электроотрицательного иона (в данном конкретном случае - 0,9 В относительно хлоридсеребряного электрода сравнения). Затем осуществляли растворение полученного на электроде концентрата в фоновый раствор, не содержащий ионы этих металлов, при потенциале более положительном, чем потенциал растворения самого электроположительного иона (в данном конкретном случае - 0,9 В относительно хлоридсеребряного электрода сравнения). После этого проводили электролиз раствора, содержащего ионы исследуемых металлов, и растворение осадка в раствор фонового электролита, не содержащего ионов Cd, Pb и Cu, при тех же условиях. Последовательный электролиз приводил к изменению концентрации ионов металлов в растворе. По изменению высоты (или площади) пика растворения каждого металла находили изменение его концентрации в растворе.Coulometric constants k i were found as follows. In a background electrolyte solution of a composition containing 5 × 10 -8 M copper, cadmium and lead ions, electrolysis was performed at a potential more negative than the potential of the electronegative ion itself (in this particular case, 0.9 V relative to the silver chloride reference electrode). Then, the concentrate obtained on the electrode was dissolved in a background solution containing no ions of these metals, with a potential more positive than the dissolution potential of the electropositive ion itself (in this particular case, 0.9 V relative to the silver chloride reference electrode). After this, electrolysis of a solution containing ions of the studied metals was carried out, and the precipitate was dissolved in a background electrolyte solution that did not contain Cd, Pb, and Cu ions under the same conditions. Sequential electrolysis led to a change in the concentration of metal ions in solution. By changing the height (or area) of the dissolution peak of each metal, a change in its concentration in the solution was found.
Определение концентраций компонентов в пробе проводилось следующим образом. Выполняется электролитическое осаждение компонентов при времени электрода t в тех же условиях, что и при нахождении константы, потенциодинамическое растворение всех компонентов с поверхности электрода, нахождение количества электричества Qti, затраченного на растворение каждого компонента, интегрированием величины тока растворения по времени растворения и расчет Q∞i по формуле Q∞i=Qti/(1-e-kt). Далее по закону Фарадея:The determination of the concentrations of the components in the sample was carried out as follows. Electrolytic deposition of the components is performed at the electrode time t under the same conditions as when finding the constant, potentiodynamic dissolution of all components from the electrode surface, finding the amount of electricity Q ti spent on dissolving each component, integrating the value of the dissolution current over the dissolution time and calculating Q ∞ i by the formula Q ∞i = Q ti / (1-e -kt ). Further, according to the law of Faraday:
где Q - количество электричества, необходимое для выделения на электроде q граммов вещества с молярной массой эквивалента, равной М/n (М - молярная масса вещества, n - число электронов, участвующих в реакции), F - число Фарадея - количество электричества, необходимое для выделения 1 моль любого вещества (F=96500 Кл), рассчитывается количество каждого компонента в растворе и его концентрация.where Q is the amount of electricity needed to extract q grams of a substance with an equivalent molar mass of M / n (M is the molar mass of the substance, n is the number of electrons involved in the reaction), F is the Faraday number is the amount of electricity needed to the release of 1 mol of any substance (F = 96500 C), the amount of each component in the solution and its concentration are calculated.
Для расчета величин кулонометрических констант каждого иона из полученных данных рассчитывалась остаточная концентрация вещества после каждого электролиза в растворе по формуле:To calculate the coulometric constants of each ion from the obtained data, the residual concentration of the substance after each electrolysis in solution was calculated by the formula:
и далее строится график зависимости lgC/C°, t, который приводит к получению прямолинейной зависимости, отвечающей уравнению IgC/C°=-kt. На фиг.3 приведены эти зависимости для меди, кадмия и свинца. Из зависимостей, приведенных на фиг.3, были найдены величины кулонометрических величин для кадмия kCd=5,8*10-3 1/с, для меди kCu=5,4*10-3 1/с и для свинца kPb=5,5*10-3 1/с. Близкие значения констант, найденные для различных ионов, свидетельствуют о хорошей воспроизводимости измерений, так как при одинаковых условиях эксперимента (объеме раствора, площади электрода и условиях перемешивания) величины констант будут различаться соответственно коэффициентам диффузии.and then a graph of the dependence logC / C °, t is constructed, which leads to a straight-line dependence corresponding to the equation IgC / C ° = -kt. Figure 3 shows these dependencies for copper, cadmium and lead. From the dependences shown in Fig. 3, coulometric values were found for cadmium k Cd = 5.8 * 10 -3 1 / s, for copper k Cu = 5.4 * 10 -3 1 / s and for lead k Pb = 5.5 * 10 -3 1 / s. Close constants found for different ions indicate good reproducibility of measurements, since under the same experimental conditions (solution volume, electrode area and mixing conditions), the constants will differ according to diffusion coefficients.
Итак, мы видим, что используя предложенный способ электрохимического анализа, за один цикл измерений можно определить количество и концентрацию нескольких веществ, содержащихся в ячейке, и тем самым решить поставленную задачу - сокращение времени анализа и повышение точности и чувствительности электрохимического анализа растворов сложного химического состава в широком диапазоне концентраций элементов в растворе в автоматическом режиме.So, we see that using the proposed method of electrochemical analysis, in one measurement cycle, you can determine the amount and concentration of several substances contained in the cell, and thereby solve the problem - reducing the analysis time and increasing the accuracy and sensitivity of electrochemical analysis of solutions of complex chemical composition in a wide range of concentrations of elements in solution in automatic mode.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006140707/28A RU2337352C2 (en) | 2006-11-13 | 2006-11-13 | Method of electrochemical analysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006140707/28A RU2337352C2 (en) | 2006-11-13 | 2006-11-13 | Method of electrochemical analysis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006140707A RU2006140707A (en) | 2008-05-20 |
| RU2337352C2 true RU2337352C2 (en) | 2008-10-27 |
Family
ID=39798685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006140707/28A RU2337352C2 (en) | 2006-11-13 | 2006-11-13 | Method of electrochemical analysis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2337352C2 (en) |
-
2006
- 2006-11-13 RU RU2006140707/28A patent/RU2337352C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006140707A (en) | 2008-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2013143142A (en) | DETERMINATION OF ELECTRIC CAPACITY IN ELECTROCHEMICAL ANALYSIS WITH IMPROVED DISPLACEMENT OF SAMPLING TIME | |
| CN108139349A (en) | A kind of device and method for being used to detect trace metal with conductive diamond electrode | |
| Čížková et al. | Verification of applicability of mercury meniscus modified silver solid amalgam electrode for determination of heavy metals in plant matrices | |
| RU2337352C2 (en) | Method of electrochemical analysis | |
| Sheremet et al. | Standardless electrochemical method for mercury, cadmium, lead and copper determination in aqueous solution | |
| O'Riordan et al. | Electrochemical Detection of free-chlorine in water samples facilitated by in-situ ph control using interdigitated microelectrodes | |
| US3528778A (en) | Method for the determination of acid concentrations | |
| AU2001248925A1 (en) | Method of measuring copper ion concentration in industrial electrolytes | |
| RU2412433C1 (en) | Method of voltammetre detection of tin in aqueous solutions | |
| Slepchenko et al. | An electrochemical sensor for detecting selenium in biological fluids on an arenediazonium tosylate-modified metal electrode | |
| JP2007309802A (en) | Solution analyzer and analysis method | |
| Kemula | The application of stripping processes in voltammetry | |
| JP3026770B2 (en) | In-line acid concentration measurement method and measurement probe | |
| Chomisteková et al. | Boron-doped diamond as the new electrode material for determination of heavy metals | |
| Cao et al. | Gel-Integrated mercury-plated microelectrode arrays for trace metal detection | |
| RU2300759C2 (en) | Method of volt-ampere measurements of selenium concentration | |
| Pattanaik et al. | Performance evaluation of ZnO coated film on Al and Ag electrodes for potassium sensing applications | |
| Suarez et al. | Implementation of coulometric titration system at constant current for developing of certified materials as primary standards | |
| RU2386124C1 (en) | Method of determining concentration of ions in liquid electrolyte solutions | |
| Zhou et al. | An all-solid-state Ion-Selective Electrode with Ag3AsO4 as the Sensitive Membrane for Detecting Arsenate in Aqueous Environments | |
| España et al. | Determination of potassium hydrogen phthalate purity by coulometric titration system: Validation study and uncertainty estimation | |
| Ajab et al. | Bismuth-modified hydroxyapatite carbon electrode for heavy metal detection in biomatrices | |
| RU2654820C1 (en) | Method for determining the hardness of natural waters | |
| Cristancho et al. | Implementation of Coulometric Titration System at Constant Current for Certification of Primary Reference Materials | |
| SU1409896A1 (en) | Method of determining comparative resistance of corrosion-resistant steels to pitting corrosion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091114 |