Способ определения доннановского потенциала

Изобретение относится к области аналитической химии и мембранных технологий и может быть использовано для потенциометрического определения ионного состава электромембранных систем. Технический результат изобретения заключается в повышении точности и стабильности оценки величины доннановского потенциала. Способ определения доннановского потенциала заключается в измерении ЭДС двухэлектродной ячейки, в которой полоса ионообменной мембраны, подобно солевому мостику, погружена одним концом в раствор, концентрация которого близка к концентрации внутреннего раствора мембраны, а другим - в исследуемый раствор, измерение производится с помощью двух электродов сравнения, контактирующих соответственно с исследуемым и концентрированным растворами, при этом электрохимическая цепь замыкается вдоль мембраны, а диффузия в фазе мембраны и примембранных слоях является бесконечно медленной относительно времени эксперимента. 4 ил.

 

Изобретение относится к области аналитической химии и мембранных технологий. Оно может быть использовано для потенциометрического определения ионного состава электромембранных систем.

Величина доннановской разности потенциалов [1] на индивидуальной границе раствор электролита/ионообменная мембрана определяет возможность перехода ионов из раствора в мембрану. Наиболее удачная попытка оценить доннановский потенциал была осуществлена авторами в системах с мембранами из поливинилового спирта и растворами щелочных и щелочноземельных металлов. Для этого определяли ЭДС цепи, в которой мембрана разделяла насыщенный раствор KCl и равновесный раствор электролита с концентрацией 0,001-0,100 моль/л (Higa М. A novel measurement method of Donnan potential at an interface between a charged membrane and mixed salt solution. / M.Higa, A.Tanioka, A.Kira // J. Membr. Sci. - 1998. - V.140. - P.213-220).

Недостатком данного способа явилась диффузия из концентрированного раствора в равновесный, в результате которой регистрируемые значения потенциала начинали изменяться уже через 100 с. В связи со значительным вкладом диффузионных потенциалов в измеряемый суммарный потенциал, данный способ позволял осуществлять только приблизительную оценку доннановского потенциала, отличающуюся низкими точностью и воспроизводимостью.

Заявляемое изобретение предназначено для оценки величины доннановского потенциала на индивидуальной границе исследуемый раствор/ионообменная мембрана при несущественном влиянии диффузионных потенциалов в мембране и в растворе.

Технический результат заключается в повышении точности и стабильности оценки величины доннановского потенциала на индивидуальной границе исследуемый раствор/ионообменная мембрана.

Технический результат достигается тем, что в способе определения доннановского потенциала, заключающемся в измерении ЭДС двухэлектродной ячейки, в которой полоса ионообменной мембраны, подобно солевому мостику, погружена одним концом в раствор, концентрация которого близка к концентрации внутреннего раствора мембраны, а другим - в исследуемый раствор, измерение производится с помощью двух электродов сравнения, контактирующих соответственно с исследуемым и концентрированным растворами, при этом электрохимическая цепь замыкается вдоль мембраны, а диффузия в фазе мембраны и примембранных слоях является бесконечно медленной относительно времени эксперимента.

В данном способе полоса ионообменной мембраны одним концом погружена в раствор, концентрация которого близка к концентрации внутреннего раствора мембраны. Другим концом, уподобляемым датчику в ионоселективном электроде, мембрана погружается в исследуемый раствор. Электрохимическая цепь замыкается вдоль мембраны. Измерение производится с помощью двух электродов сравнения (например, хлорсеребряных), которые контактируют с исследуемым и концентрированным растворами напрямую или посредством солевых мостиков в зависимости от качественного и количественного состава данных растворов. Градиент концентрации в фазе мембраны и примембранных слоях в такой системе стремится к нулю.

Схема ячейки для определения доннановского потенциала по данному способу представлена на фиг.1.

Ячейка состоит из двух стаканчиков 1 и 2 объемом 20 см3, заполненных соответственно исследуемым и концентрированным растворами электролита. Полоса ионообменной мембраны 3 размером 1×10 см одним концом погружена в концентрированный раствор, другим - в исследуемый раствор. Исследуемая мембрана находится в полиэтиленовой пленке 4, предохраняющей ее от пересыхания. Измерение производится с использованием двух хлорсеребряных электродов А, В, которые включаются в цепь с высокоомным вольтметром 5.

Способ реализуется следующим образом. Полоска исследуемой ионообменной мембраны, изначально приведенная в равновесие с исследуемым раствором электролита С1, одним концом опускается в этот раствор, а другим - в концентрированный раствор С2, концентрация которого близка к концентрации внутреннего раствора мембраны. Электроды А и В помещаются соответственно в растворы C1 и С2 или контактируют с ними посредством солевых мостиков в зависимости от качественного и количественного состава данных растворов. Через 10-15 минут фиксируют значение потенциала, которое остается постоянным в течение нескольких часов.

Электрохимическая цепь для определения доннановской разности потенциалов имеет вид:

Общая ЭДС такой цепи складывается из разности потенциалов на каждой межфазной границе:

где - стандартный потенциал хлорсеребряного электрода А(В);

- разность потенциалов на границе насыщенный раствор КСl/исследуемый раствор C1;

- разность потенциалов на границе исследуемый раствор C1/мембрана;

- диффузионный потенциал в фазе мембраны;

- разность потенциалов на границе мембрана/концентрированный раствор С2;

- разность потенциалов на границе концентрированный раствор С2/насыщенный раствор KCl.

Рассмотрим подробно вклады скачков потенциала на отдельных границах в общую ЭДС цепи (1).

1. Для измерений используют хлорсеребряные электроды с равными стандартными потенциалами, поэтому потенциалы электродов А и В в цепи (1) точно компенсируют друг друга.

Потенциалы жидкостного соединения на границах насыщенного раствора хлорида калия электродов А, В с рабочими растворами рассчитываются по уравнению Гендерсона [2]. В случае, если диффузионные потенциалы не соизмеримы с погрешностью эксперимента, в систему вводятся солевые мостики, соединяющие электроды А, В с рабочими растворами. Состав солевых мостиков подбирается таким образом, чтобы суммарный вклад в ЭДС цепи (1) диффузионных потенциалов на их границах был минимален.

2. Близость к нулю разности потенциалов на границе мембрана/концентрированный раствор электролита достигается одним порядком концентраций внутреннего раствора мембраны и внешнего раствора С2. Концентрация раствора С2 может составлять 1-3 моль/л, в зависимости от обменной емкости мембраны и типа электролита.

3. Предполагается, что в области исследуемых концентраций соотношение Доннана остается справедливым, то есть селективность ионообменной мембраны близка к идеальной и исключает проникновение коионов в фазу мембраны. Время диффузии ионов из концентрированного раствора вдоль мембраны является на порядки меньшим времени эксперимента. Экспериментально показано, что измеряемый суммарный потенциал в системе устанавливается 10-15 минут и остается постоянным в течение нескольких часов.

То есть электрохимическая цепь заявляемого способа построена таким образом, что вклады скачков потенциала в общую ЭДС цепи (1) на всех границах, кроме доннановского потенциала на границе исследуемый раствор/мембрана, либо пренебрежимо малы, либо компенсируют друг друга.

ПРИМЕР 1

Для тестирования заявляемого способа исследованы системы с перфторированными сульфокатионитовыми мембранами МФ-4СК и водными растворами хлорида калия, в которых должна выполняться логарифмическая зависимость доннановского потенциала от концентрации противоиона в растворе.

Образцы перфторированных сульфокатионитовых мембран МФ-4СК размером 1×10 см приводят в равновесие с растворами хлорида калия. Концентрация KCl в исследуемых растворах варьировалась в интервале от 0,001 до 0,050 моль/л.

Соответственно схеме, представленной на фиг.1, полосы исследуемых мембран в ПЭ кожухе одним концом опускают в исследуемый раствор KCl С1, а другим - в 1 М раствор KCl С2. Хлорсеребряные электроды А, В помещают соответственно в растворы C1, С2 и включают в цепь с вольтметром 5. Через 15 минут фиксируют значение потенциала, которое остается постоянным в течение нескольких часов.

На фиг.2 представлены концентрационные зависимости 1, 2, 3 доннановского потенциала в системах KCl/МФ-4СК с мембранами обменной емкостью 0,6; 0,9; 1,1 ммоль/г соответственно. Зависимости доннановского потенциала от концентрации противоиона в растворе являются логарифмическими с достоверностью аппроксимации 0,9.

На основании полученных данных рассчитаны значения обменной емкости исследуемых мембран. Полученные результаты сопоставлены со стандартными методиками. В таблице на фиг.4 представлены значения обменной емкости для пяти мембран МФ-4СК, определенной по стандартной методике Ωст и по данным доннановского потенциала Ω. Точность, чувствительность, правильность метода составили соответственно 3%, 0,02 ммоль/г, 0,04 ммоль/г.

ПРИМЕР 2

Образцы перфторированных сульфокатионитовых мембран МФ-4СК размером 1×10 см приводят в равновесие с растворами моногидрохлорида лизина. Концентрация LysHCl в исследуемых растворах варьировалась в интервале от 0,001 до 0,100 моль/л.

Соответственно схеме, представленной на фиг.1, полосы исследуемых мембран в ПЭ кожухе одним концом опускают в исследуемый раствор LysHCl C1, а другим - в 1 М раствор LysHCl С2.

Хлорсеребряные электроды А и В контактируют с исследуемым и концентрированным растворами посредством солевых мостиков 0,001 моль/л LysHCl и 0,100 моль/л LysHCl.

На фиг.3 представлены концентрационные зависимости 1, 2 доннановского потенциала в системах LysHCl/MФ-4CK с мембранами обменной емкостью 0,9; 1,1 ммоль/г соответственно. Логарифмический вид зависимостей доннановского потенциала от концентрации LysHCl сохраняется с достоверностью аппроксимации 0,9. Стабильная логарифмическая функция в диапазоне исследуемых концентраций позволяет использовать заявляемый способ для потенциометрического определения ионного состава растворов моногидрохлорида лизина методом градуировочного графика.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Гельферих Ф. На рисунке 2 Иониты. Основы ионного обмена / Ф.Гельферих. - М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1962. - 490 с.

2. Феттер К. Электрохимическая кинетика / К.Феттер. - М.: Химия, 1962. - 856 с.

Способ определения доннановского потенциала, заключающийся в измерении ЭДС двухэлектродной ячейки, в которой полоса ионообменной мембраны, подобно солевому мостику, погружена одним концом в раствор, концентрация которого близка к концентрации внутреннего раствора мембраны, а другим - в исследуемый раствор, измерение производится с помощью двух электродов сравнения, контактирующих соответственно с исследуемым и концентрированным растворами, при этом электрохимическая цепь замыкается вдоль мембраны, а диффузия в фазе мембраны и примембранных слоях является бесконечно медленной относительно времени эксперимента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к потенциометрическим методам определения концентрации фторид-ионов в водной среде. .

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения массового содержания остаточных количеств полиоксиэтилированных неионогенных ПАВ в их сульфатированных производных.

Изобретение относится к способу и устройству для измерения способности к образованию осадка у текучих сред и эффективности ингибиторов осаждения. .

Изобретение относится к области физики статического электричества и может быть использовано в газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, а именно для определения концентрации ионов в объеме нефтепродуктов.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к области мембранных технологий разделения и очистки веществ и может быть использовано для определения свойств селективной проницаемости ионообменных мембран.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для анализа органических веществ и фармацевтических препаратов. .

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способу потенциометрического определения концентрации веществ в растворах экстракционных систем путем измерения ЭДС электродной пары, состоящей из мембранного электрода и стандартного хлорсеребряного электрода, и определения концентрации веществ по градуировочному графику, выражающему прямолинейную зависимость "ЭДС электродной пары - концентрация испытуемого раствора".

Изобретение относится к области аналитической химии и может найти применение при проведении анализов растворов на количественное определение органических веществ, в частности при определении фенолов в водных растворах, например воды, взятой из водоемов

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам потенциометрического определения веществ с использованием двух стандартных добавок определяемого вещества к анализируемому раствору этого вещества, и может быть использовано при анализе объектов со сложной матрицей, а также при наличии в пробе примесей неконтролируемого (переменного) содержания

Гигрометр // 2413935
Изобретение относится к области аналитического приборостроения

Изобретение относится к измерению концентрации субстрата посредством аккумулирования энергии, полученной из реакции между биокатализатором и субстратом, распознаваемым биокатализатором

Изобретение направлено на определение платины в водных растворах методом хронопотенциометрии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов металлов. Способ определения ионов металлов включает определение платины (IV) методом хронопотенциометрии при контролируемом потенциале минус 0,24 B в режиме реального времени на графитовом электроде. Определение ионов платины (IV) на графитовом электроде в перемешиваемом растворе при контролируемом потенциале минус 0,24 B и регистрацией отклика на фоновом электролите 0,1 М HCl относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Изобретение обеспечивает возможность снизить предел и нижнюю границу определяемых содержаний платины (IV) по пику электровосстановления в режиме реального времени. 2 пр., 1 табл., 2 ил.

Изобретение направлено на определение золота в водных растворах методом хронопотенциометрии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов металлов. Способ определения ионов металлов включает определение золота (III) методом хронопотенциометрии, при контролируемом потенциале минус 0,3 B в режиме реального времени на графитовом электроде. Определение проводят на графитовом электроде в перемешиваемом растворе на фоновом электролите 0,1 M HCl, относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Изобретение обеспечивает возможность снизить предел и нижнюю границу определяемых содержаний золота (III) по пику электровосстановления в режиме реального времени при контролируемом потенциале на графитовом электроде. 2 пр., 1 табл., 2 ил.

Изобретение направлено на повышение точности и упрощение конструкции кулонометрической установки с контролируемым потенциалом. Указанный результат достигается тем, что кулонометрическая установка с контролируемым потенциалом, содержащая потенциостат, задатчик потенциала, подключенный к первому входу потенциостата, трехэлектродную электролитическую ячейку, рабочий электрод, которой соединен с общим проводом потенциостата, электрод сравнения соединен со вторым входом потенциостата, а вспомогательный электрод соединен с выходом потенциостата, резисторный преобразователь ″ток-напряжение″, включенный между выходом потенциостата и вспомогательным электродом ячейки, первый и второй развязывающие резисторы, переключатели, интегратор напряжения, блоки регистрации и управления, дополнительно содержит операционный усилитель, переключатель полярности и сдвоенный переключатель с первой и второй группами переключающих контактов, при этом вход переключателя полярности через первый и второй развязывающие резисторы соединен с резисторным преобразователем ″ток-напряжение″, а выход - со входом и общим проводом операционного усилителя, выход которого соединен со входом интегратора напряжения, переключающий контакт первой группы сдвоенного переключателя подключен к выводу резисторного преобразователя ″ток-напряжение″, нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты этой группы сдвоенного переключателя соединены соответственно со вспомогательным электродом электролитической ячейки и с общим проводом, переключающий контакт второй группы сдвоенного переключателя подключен ко второму входу потенциостата, нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты этой группы переключателя соединены соответственно с электродом сравнения электролитической ячейки и с выходом потенциостата, а управляющие входы задатчика потенциала, сдвоенного переключателя, переключателя полярности, операционного усилителя, интегратора напряжения и блока регистрации соединены с соответствующими выходами блока управления. 5 з.п. ф-лы, 5 табл., 1 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению. Кулонометрическая потенциостатическая установка, содержащая потенциостат, задатчик потенциала, подключенный к первому входу потенциостата, трехэлектродную электролитическую ячейку, рабочий электрод, которой соединен с общим проводом потенциостата, а электрод сравнения - со вторым входом потенциостата, резисторный преобразователь ″ток-напряжение″, включенный между выходом потенциостата и вспомогательным электродом ячейки, блок переключения полярности, подключенный к резисторному преобразователю ″ток-напряжение″, интегратор напряжения, выполненный по схеме интегрирующего преобразователя ″напряжение-частота″ с подключенным на его выходе счетчиком импульсов, блоки регистрации и управления, первый и второй развязывающие резисторы, первый и второй переключатели и эталонный резистор, причем вход и общий провод интегратора напряжения соединены с выходом блока переключения полярности соответственно через первый и второй развязывающие резисторы, а управляющие входы задатчика потенциала, блока переключения полярности, первого и второго переключателей, интегратора напряжения и блока регистрации соединены с соответствующими выходами блока управления. В установку дополнительно введено устройство контроля фонового тока, включающее третий и четвертый развязывающие резисторы и дополнительный интегрирующий преобразователь ″напряжение-частота″, вход и общий провод последнего через третий и четвертый развязывающие резисторы соединены с выходом блока переключения полярности, а выход соединен с блоком регистрации. Изобретение обеспечивает возможность упрощения конструкции потенциостатической кулонометрической установки, что позволило одновременно обеспечить проверку правильности хода процесса электролиза и измерение массы определяемого химического элемента. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в гидрометаллургии, в различных геологических разработках при поиске и разведке. Способ определения платины в руде методом хронопотенциометрии заключается в том, что платину (IV) переводят в раствор и проводят хронопотенциометрическое определение. При этом согласно изобретению платину (IV) переводят в растворе в фосфатный комплекс и проводят определение ионов платины (IV) на графитовом электроде в перемешиваемом растворе, при контролируемом потенциале минус 0,3 B и с регистрацией отклика на фоновом электролите 0,1 М H3PO4, относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Изобретение позволило существенно улучшить метрологические характеристики анализа платины (IV); повысить чувствительность определения до 0,0005 мг/дм3. 2 пр., 1 табл., 2 ил.
Наверх