1. Elektroanalytik-I (Elektrochemie) · 4 ¶ Ausnutzung elektrochemischer Messungen für die...

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1. Elektroanalytik-I

(Elektrochemie)

Instrumentelle

Analytik

SS 2008

M. Gey:

Instrumentelle Analytik,

Elektroanalytik-I

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1. Begriffe/Methoden (allgem.)

1.1 Elektroden

1.2 Elektrodenreaktionen

1.3 Galvanische Zellen

1.

Elektroanalytik-I

M. Gey:


Elektroanalytik-I

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2. Spezielle Metoden

2.1 Elektrogravimetrie

2.2 Coulometrie

2.3 Konduktometrie

2.4 Elektrophorese

2.5 Potentiometrie

2.6 Amperometrie

2.7 Voltammetrie

2.8 Polarographie

1.

Elektroanalytik-I

M. Gey:


Elektroanalytik-I

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Ausnutzung elektrochemischer Messungen für die Lösung von Analysenproblemen.

An den Elektroden laufen physikalische oder chemische Vorgänge ab, die durch Messung

der Zellspannung

der Stromstärke

des elektrischen Widerstandes

der elektrischen Ladung oder

der Wanderung v. Teilchen im elektrischen Feld ausgenutzt werden können.

Elektroanalytik

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Definitionen

M. Gey:


Elektroanalytik-I

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1. Begriffe/Methoden (allgem.)

1.1 Elektroden

sind sich berührende Phasen, bei denen neben elektronenleitenden Phasen in mindestens einer Phase Ionenleitung möglich ist.

1.

Elektroanalytik-I

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1.2 Elektrodenreaktionen

sind heterogene Reaktionen zwischen Bestandteilen zweier sich berührender Phasen, in deren Verlauf ein Durchtritt von Ionen oder Elektronen und damit ein Stromfluß durch die Phasengrenzfläche stattfindet.

1.

Begriffe/Methoden (allgemein)

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Elektroanalytik-I

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Aufbau der Phasengrenzschicht einer Elektrode

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1.3 Galvanische Zelle

ist ein mehrphasiges System, das aus wenigstens 2 Elektroden besteht und dessen Elektrolytphasen elektrolytisch miteinander verbunden sind.

1.

Begriffe/Methoden (allgemein)

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Galvanische Silber-Zink-Zelle

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Galvanische Silber-Zink-Zelle

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2. Spezielle Metoden

2.1 Elektrogravimetrie

ist eine Methode, bei der die Masse einer elektrolytischen Abscheidung benutzt wird, um die Analyte zu bestimmen.

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Elektroanalytik-I

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2.2 Coulometrie

Methode, bei der die Menge des Analyten bestimmt wird, in dem die Anzahl von Coulomb für eine vollständige Analyse ermittelt wird.

1 Coulomb ist die Ladungsmenge pro Sec., die durch jeden Punkt eines Stromkreises fließt, wenn die Stromstärke 1 Ampere beträgt. (1 Mol Elektronen entspricht einer Ladungsmenge von 96485,309 Coulomb.

2.

Spezielle Methoden

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2.3 Konduktometrie

ist eine physikalische Analysemethode, die die elektrische Leitfähigkeit einer Probe zur Bestimmung ihrer Inhaltsstoffe und deren Konzentration ausnutzt.

♦

Bei dem Bestimmungsverfahren wird die Leitfähig-

keit über den elektrischen Widerstand in einer Leit-

fähigkeitsmeßzelle gemessen.

♦

Die Konzentration wird anhand von Eichkurven

bestimmt.

2.

Spezielle Methoden

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2.4 Elektrophorese

♦

Elektrophorese bezeichnet die Wanderung elek-

trisch geladener Teilchen durch einen als Träger-

material dienenden Stoff in einem elektrischen Feld.

♦

Siehe Vorlesungen/Praktika Bioanalytik-I

2.

Spezielle Methoden

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Elektroanalytik-I

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2.5 Potentiometrie

Es werden Stoffmengenkonzentrationen

durch die Messung von Spannungs-

differenzen zwischen einer Meßelektrode

(Indikatorelektrode) u. einer

Bezugselektrode (Referenzelektrode)

in einer elektrochemischen Zelle

stromlos ermittelt.

2.

Spezielle Methoden

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2.6 Amperometrie

die Messung er elektrischen Stromstärke für analytische Zwecke

2.

Spezielle Methoden

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2.7 Voltammetrie

Wortschöpfung aus Volt und Amperometrie,

♦

Voraussetzung für einen Stromfluß ist das

Vorhandensein einer Spannung.

♦

Auswertung von Strom-Spannungs-Kurven.

♦

VM: eine analytische Methode, bei der die Beziehung

zwischen U und I während einer elektrochemischen

Reaktion (z.B. an Elektroden) beobachtet wird.

2.

Spezielle Methoden

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2.8 Polarographie

ist ein elektrochemisches Verfahren zur qualitativen und quantitativen Analyse von Ionen in einer Lösung.

Sie beruht auf der Messung des Polarisationswiderstandes an einer Hg-Tropfelektrode.

2.

Spezielle Methoden

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Elektroanalytik-I

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3. Elektroden (spezielle)

1.1 Polarisierbare vs. unpolarisierbare Elektroden

1.2 Redoxelektroden

1.3 Ionenelektroden

1.4 Elektroden 1. Art


1.6 Kalomel-Elektrode

1.7 Silber-Silberchlorid-Elektrode

1.

Elektroanalytik-I

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3.1 Polarisierbare vs. unpolarisierbare Elektroden

• Polarisation einer Elektrode:

– Elektrode läßt trotz anliegender Spannung keinen Strom durch.

• Polarisierbare Elektroden:

– Alle Elektroden sind nur in einem bestimmten Bereich

polarisierbar.

– Festelektroden (Glas, Graphit, Pt, Au) von ca. -1V bis +1V

polarisierbar.

– Hg-Elektrode von ca. -2V bis +0,2V polarisierbar.

• Unpolarisierbare Elektroden:

– Trotz Stromfluß Gleichgewicht der Elektrode unverändert.

– Kalomelelektrode (E = const. = 0,24 V)

– Ag/AgCl-Elektrode (E = const. = 197 V)

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3.2 Red-Ox-Elektroden

⇒

Elektroden, bei denen als Ladungsträger Elektronen

durch die Phasengrenzfläche hindurchtreten.

eten.

einem korrespondierenden Red-Ox-Paar verwendet.

ndet.

ösung

ösungösung

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3.3 Ionnenelektroden

⇒

Elektroden, bei denen als Ladungsträger Ionen durch die

Phasengrenzfläche hindurchtreten.

⇒

Durchtrittsreaktion: Ag+

Metall ⇔

Ag+

Lösung

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Elektroden, die aus der Kombination

Metallion/Metall bestehen.

z.B.: Zn/Zn2+ - Ionenelektrode 1. Art.

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Messung der Aktivität eines Anions,

d. mit d. Metallion ein schwer lösliches Salz

oder einen stabilen Komplex bildet.

z.B.: Kalomelelektrode

(Hg, das mit Hg2 Cl2 (Kalomel) überzogen ist und in eine gesättigte

KCl-Lösung eintaucht.

Silber/Silberchlorid-Elektrode

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3.6 Kalomel-Elektrode

• Besteht aus Hg, das

1. mit Kalomel (Hg2 Cl2 ) überzogen ist und

2. in eine gesättigte KCl-Lösung eintaucht.

• Potentialbestimmende Elektrodenreaktion:

Hg2 Cl2 + 2e- ↔

2 Hg + 2Cl-

• Ermitteltes Potential über

– Löslichkeitsgleichgewicht,

– Löslichkeitsprodukt,

– NERNST´sche Gleichung

beträgt : E = 0,2412 V.

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3.6 Gesättigte Kalomel-Elektrode

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3.7 Silber/Silberchlorid-Elektrode

• Besteht aus metallischen Silber (Draht oder Stab), das

1. mit mit einer Schicht aus AgCl bedeckt ist und

2. in eine Chloridlösung bekannter Konzentration

eintaucht, die wiederum mit AgCl gesättigt ist.

• Potentialbestimmende Elektrodenreaktion:

AgCl + e- ↔

Ag+ Cl-

• Ermitteltes Potential beträgt: E = 0,197 V.

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3.7 Silber/Silberchlorid-Elektrode

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Elektroanalytik- Ende der Vorlesung

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