Кулонометрия

Среди электрохимических методов анализа кулонометрия – метод, основанный на измерении величины заряда, затраченного на электролиз до исчерпания анализируемого вещества в некотором объеме (а иногда на поверхности) – отличается наиболее высокой точностью, а также тем, что во многих случаях не требует калибровки, так как основан на законе Фарадея, связывающем количество прореагировавшего на электроде вещества с величиной прошедшего через электрод заряда.

Различают два основных вида кулонометрических определений: прямую кулонометрию и кулонометрическое титрование. В методах прямой кулонометрии электрохимическому превращению непосредственно в кулонометрической ячейке подвергается анализируемое вещество. Методом прямой кулонометрии определяют ионы меди, свинца, висмута, мышьяка, урана и других металлов. Этот метод нашел применение также в анализе органических соединений, в том числе и лекарственных препаратов (аскорбиновой кислоты, новокаина, пикриновой кислоты, оксихинолина и пр.).

Метод прямой кулонометрии очень чувствителен. Им можно определить до 10-9 г вещества в пробе. Ошибка определений не превышает 0,02 %.

В промышленности (фармацевтической, нефтяной, пищевой, etc) чаще применяется метод кулонометрического титрования, в котором определяемое вещество реагирует с титрантом, который получается в кулонометрической ячейке при электролизе специально подобранного раствора. Точка эквивалентности определяется по появлению в растворе минимального содержания свободного титранта.

В методе кулонометрического титрования наиболее часто используют установки с постоянной силой тока (гальваностатический или амперостатический режим). В таком случае определение величины заряда, пошедшего на титрование определяемого вещества сводится к измерению времени электролиза до достижения точки эквивалентности. Количество электричества в этом случае легко рассчитывается по уравнению:

Q = I t (1)

Этот режим более экспрессный, чем потенциостатический, но его можно применять лишь в том случае, если есть возможность установить момент, когда электролиз анализируемого вещества полностью завершен. (В альтернативном, потенциостатическом, варианте метода ток медленно спадает в конце измерения).

Кулонометрическое титрование имеет некоторые преимущества перед объемными титриметрическими методами. Рабочий раствор не готовят, не дозируют и не стандартизируют: титрант генерируется электрохимически непосредственно в присутствии анализируемого вещества и в количестве, необходимом только для данного титрования. Это позволяет использовать для титрования нестабильные, легколетучие или неудобные по другим причинам вещества, такие, как, например, Cl2, Br2 или соединения Cu (I), Cr (II) и т.д., и обходиться в работе небольшими навесками вещества, так как подбирая соответственную силу тока, можно оптимизировать время титрования и точно генерировать очень небольшое количество титранта, что затруднительно сделать объемными методами. Достоинством кулонометрического титрования являются также универсальность метода приготовления титранта (один и тот же источник тока можно использовать для генерирования различных титрантов) и возможность лёгкой автоматизации процесса титрования. Метод кулонометрического титрования характеризуется высокой чувствительностью и точностью (0,1-0,05%), позволяя прямым титрованием определять вещества в растворе при концентрации до 10-6 моль/л, что намного превышает возможности других титриметрических методов. Достоинствами кулонометрического титрования являются также универсальность оборудования, так как один и тот же источник тока можно использовать для генерирования различных титрантов и возможность автоматизации процесса титрования без использования расходных растворов, так как реагентом является электрический ток, ресурсы которого возобновляются.

В кулонометрическом титровании используют химические реакции самого различного типа: кислотно-основного взаимодействия, окисления-восстановления, комплексообразования, осаждения и т.д. Для индикации конечной точки титрования пригодны как инструментальные методы (потенциометрия, амперометрия), так и визуальные способы, применяемые в титриметрии. Однако в нефтегазовом комплексе кулонометрическое титрование наиболее часто применяется для определения воды, серы и хлороорганики в нефтепродуктах и в углеводородном сырье, причем индикация точки эквивалентности всегда инструментальная. Метод кулонометрического титрования пригоден для титрования очень разбавленных растворов концентрацией до 10-6 моль/дм3, а погрешность определений не превышает 0,1-0,05 %.

Для выполнения кулонометрических определений необходимо создать следующие общие условия:

· Стехиометричность: электрохимическое превращение вещества должно проходить со 100%-ным выходом по току, т.е. побочные электрохимические или иные реакции должны отсутствовать;

· Возможность индикации: следует точно фиксировать момент завершения электрохимической реакции (прямая кулонометрия) или химической реакции;

Если титрант электрогенерируется непосредственно в растворе анализируемого вещества, то такое титрование называется кулонометрическим титрованием с внутренней генерацией. Если титрант получают электрогенерированием в отдельном сосуде, а затем подают его в анализируемый раствор, такое титрование называют кулонометрическим титрованием с внешней генерацией. Этот вид титрования используется очень редко.

Кулонометрическое титрование всегда проводят в амперостатическом режиме и применяют большие токи для электролиза, что позволяет выполнять кулонометрическое титрование экспрессно. Затраченное количество электричества на генерацию титранта будет эквивалентно содержанию анализируемого вещества в анализируемой пробе.

На данный момент кулонометрические методы анализа получают все большее распространения в аналитической практике. Распространение данного метода на территории Украины сдерживает недостаток современной аппаратуры, методик выполнения измерений, однако сейчас проводится большая работа по внедрению кулонометрических методов анализа в лаборатории, соответственно эти методы вызывают интерес исследователей. Уже сейчас, в дополнении к перечисленным выше, разработан ряд методик анализа, активно используемых в аналитических лабораториях.

Всё большее распространение получают анализы по методу Карла Фишера, позволяющие точно определить даже маленькое содержание воды в пробе, и всё большее распространение получают титраторы фирмы GR Scientific (Великобритания).

Кулонометрический титратор по методу Карла Фишера специально разработан для определения содержания воды в исследуемых образцах.

Прибор автоматический с внутренней генерацией титранта путем электролиза специальных растворов (генегируемых реагентов). Определение количества воды происходит путем измерения количества электричества, затраченного на генерацию титранта, необходимого для проведения реакции от начала титрования до конечной точки. Измерение проводится абсолютным методом, при этом не требуется выполнять калибровку реагентов.

Конструкция и характеристики прибора позволяют реализовать измерения количества воды в образце в соответствии с требованиями ст. 2.2.20 — ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНЕ ТИТРУВАННЯ Государственной Фармакопеи Украины.

Конструкция прибора отличается простотой, надежностью и обеспечивает удобство пользователя. Специально разработанная конструкция ячейки и защищенный патентами метод измерения позволяют автоматически компенсировать дрейф нулевой линии и достичь высокой точности измерений в широком диапазоне содержания воды в исследуемых образцах.

Отличительные особенности:

  • Диапазон измерений концентрации воды в образце 1ppm/100%
  • 10 методов, программируемых пользователем
  • Результаты отображаются в единицах ppm, мг/кг, % и мкг воды
  • Встроенный высокоскоростной принтер
  • Может использоваться как переносной прибор
  • Небольшая занимаемая площадь
  • Простота в эксплуатации

 

 

 

Основные технические характеристики прибора:

Метод титрования Кулонометрическое титрование по Карлу Фишеру
Контроль электролиза Запатентованная контрольная система “ACE”
Определение точки конца титрования По переменному току
Индикация точки конца титрования Визуальная индикация/вывод на печать/акустический сигнал
Экран 40 знаковый, буквенно-цифровой с подсветкой
Диапазон измерения (возможный) 1мкг – 100мг воды
Диапазон измерения (типичный) 1мкг – 10мг воды
Диапазон влажности 1 ppm – 100% воды
Максимальная чувствительность 0,1 мкг
Максимальная скорость титрования 2,0 мг в минуту
Максимальный ток 400 мА
Компенсация дрейфа Управляется автоматически
Задержка времени старта 0 – 30 мин. Определяется пользователем
Задержка времени окончания 0 – 30 мин. Определяется пользователем
Электропитание 90-264 В, 47 – 63 Гц, 12 В автомобильный адаптер/ внутренняя батарея
Точность измерения 10 -100 мкг – ± 3 мкг, 100 мкг-1мг — ± 5 мкг, более 1мг — ±5%
Режимы вычислений Вес/вес, программируется пользователемВес/коэф. разбавления, программируется пользователемОбъем/плотность, программируется пользователемОбъем/объем, программируется пользователем
Формат отображения мкг, мг/кг, ppm, %
Формат печатных данных мкг, мг/кг, ppm, %
Статистика данных максимальное, среднее, минимальное значение по выборке размером до 99 измерений
Методы измерения В памяти прибора сохраняется 10 созданных пользователем методов
USB выход Соединение с ПК (ПО Results Manager)
Съемный диск для хранения данных USB
Идентификационный номер образца Программируется пользователем
Принтер Скоростной термопринтер 42 знака в строке
Скорость мешалки Контролируется микропроцессором
Габариты/масса 250 x 245 x 120 мм / 3,5кг
Индикация даты/времени Вывод на печать даты/времени
Индикатор разряда батареи На экране и на распечатке
Запись опубликована в рубрике Лабораторное оборудование. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s