Электрохимиялық талдау әдістерінің тәжірибелік қолданылуы

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ  ДЕНСАУЛЫҚ САҚТАУ МИНИСТРЛІГІ

 

Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік  Фармацевтика Академиясы

 

Кафедра: ФГЗ және  Химия кафедрасы

 

 

 

Тақырыбы:  Электрохимиялық талдау әдістерінің тәжірибелік қолданылуы.

 

 

                                                                    Орындаған: Кобесова А

                                                      Тобы:102-Б МПД

                                                                     Қабылдаған: Сабирова Г

 

 

 

                                        Шымкент 2012

                     

Жоспар

 

І   Кіріспе

ІІ  Негізгі  бөлім

1 Электрохимиялық процестер

2 Электрохимиялық талдау әдістері

3 Электрохимиялық талдау әдістерінің қолданылуы

4.Электрохимиялық талдау  әдістерінің жіктелуі

5. Полярографиялық талдау  әдісі

ІІІ  Қорытынды

ІV  Пайдаланылған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрохимиялық процестер

 

Шамамен ІІ ғасырдай бұрын  пайда болған ғылым тәжірибелері, электрохимия деп аталатын ғылымның жаңа саласы үшін негізгі тірек болды, олар қазір ғылым мен технологияның барлық саласында кеңінен қолдау табуда. Химиялық және электрлік түрдегі энергиялардың өзара бірінің біріне айналуымен шұғылданатын ғылым саласын электрохимия деп атайды. Демек, ондағы құбылыстарды әрі электрлік, әрі химиялық тұрғыдан түсіндіру керек.

Электрохимиялық реакцияларды негізгі екі топқа бөлуге болады:

1) Химиялық энергияны  электрлік энергияға айналдыру  реакциялары, яғни техника мен  технологиядағы процестер, бұған  гальваникалық элементтер (түрлі  аккумулятор, батарея және т.б)  мысал бола алады. 

2) Электрлік  энергияны  химиялық энергияға айналдыру  реакциялары, бұған электролиз  негізгі мысал бола алады. 

  Мұнымен қатар, қазіргі  кездегі электрохимия металдардағы  жемірілу (коррозиялық) процестерді  зерттеу және одан қорғаудың  жаңа әдістерін жасақтау бағытында  да дамып келеді.

  Электрохимияның маңызды  міндеті, осы салаға қатысты   ғылымды, оны дамытатын теория  мен экспериментті жетілдіру  арқылы химиялық қосылыстардың  сандық талдау әдістерін  жасақтау  және жақсарту, химиялық және  технологиялық процестерді зерттеу  және бақылау, қоршаған ортадағы  зиянды қосылыстарды анықтауға  арналған және оны сандық тұрғыдан  мөлшерін бақылайтын аспаптар  мен құрылғыларды табу және  т.б болмақ.

 

 

Электрохимиялық талдау әдістері.

 Қазіргі кездегі аналитикалық химияны XX ғасырда қарқынды дами бастаған сапалық және сандық талдаудың электрохимиялық әдістерінсіз қарастыру мүмкін емес. Оның кауырт дами бастауы теориялық электрохимиямен және өлшеуіш радиоэлектрондық аппаратураларды зерттеумен байланысты. Мұнсыз талдаудың электрохимиялық әдістері жоғары сезімталдық, дәлме-дәлдік, тездік, қайта өңдеп шығару, автоматтандыру мен компьютерлену сияқты қасиеттерге жете алмаған болар еді.

Электрохимиялық   ұяшықтарда  пайдаланатын  электрохимиялық эффектілер мен процестер  көптеген  параметрлерге  тәуелді: ерітінділердің,  балқымалар мен қоспалардың құрамы мен табиғатына; қолданылатын электродтардың жасалуы  мен құрылысына; радиоэлектродтық зерттеу  аппаратураларына; ұяшықтың құрылыс-құрылымына.  Талдаудың  электрохимиялық  үрдістерінің сан түрлілігі осыларға байланысты.

Электрохимиялық әдістің  көмегімен кез-келген агрегаттық күйдегі  анорганикалық және органикалык  қосылыстарды сандық және сапалық тұрғыдан талдауға болады. Зерттелетін ортадағы электр химиялық процестер өзара  жанасатын фаза шекараларында немесе олардың көлемінде жүреді, олар құрылымның, валенттік күйдін, химиялық құрамның, концентрациянын және басқа да параметрлердің өзгерісімен байланысты.

Электрохимиялық талдау әдістерін әрқайсысын жіктеуге болатын топ-топтарға бөліп қарастыруға  болады.

Мысалы, потенциометрия, кондуктометрия және жоғарғы жиіліктегі титрлеу, вольт-амперметрия және полярография,  кулонометрия,  диэлектрометрия.

       Потенциометрия - Потенциометрияға электр қозғаушы күші (ЭҚК) немесе қайтымды электролитті тізбектегі рН не рХ электродтарға тиісті потенциалдарды өлшеуге негізделген әр түрлі физикалық-химиялық шамаларды, иондардың не молекулалардың концентрациясын анықтайтын әдістер жатады.

       Вольтамперметрия- термині электрохимиялық өлшеу әдістеріне XX ғасырдың 40 жылдарында енді. Бұл әдіс зерттелетін электролитті ұяшыққа берілетін поляризация тоғының поляризациялану кернеуіне тәуелділігін анықтауға негізделген. Бұл кезде жұмыс істеп тұрған электрод потенциалы оның тепе-теңдіктегі күйіндегіден  едәуір өзгеше болады. Вольтамперметрия әдісі әр түрлілігі жағынан талдаудың электрохимиялық әдістерінің ең кең таралған түрі, ол көптеген салаларды қамтиды, бұған полярография да жатады.

Кулонометрия әдісі электрохимиялық түрленуге түскен заттың мөлшері мен электролиттік ұяшық арқылы өтетін ток мөлшері арасындағы байланысты орнықтыратын Фарадей заңына (1834) негізделіп жүргізілетін талдау тәсілдерін қамтиды. Фарадей заңын алғаш рет кулонометрлік талдауға арнаған Гроуер (1917).

Алайда бұл әдіс дәуіріміздің 30 жылдарында ғана кең дами бастады. Оның даму қарқыны құрылғы-қондырғылардың жетілуімен тікелей байланысты болды.

Кондуктометрия электрометрдің электр өткізгіштігін, яғни балқымалар, коллоидтар сулы және сусыз ортада нағыз ерітінді күйінде болатын иондық өткізгіштерді анықтауға негізделген. Бұл әдістің басқалардан басты ерекшелігі, ол тек электродтар арасындағы кеңістіктегі иондардың концентрациясын өлшеуге ғана негізделген, және ол электродтардағы тепе-тендік потенциалының өзгеруімен байланысты емес. Алғашқы ток өткізгіштікті бұдан бір жарым ғасырдай бұрын Ом өлшеді. Жалпы кондуктометрлік талдаудың теориясы мен ондағы ток өткізгіштікті өлшеу әдісін қалыптастырған (1869) Кольрауш. Ал кондуктометрлік титрлеуді Дютуа (1910) жүргізді.

Диэлектрометрия - диэлектрлік поляризацияның электрод аралық кеңістіктегі концентрациясының, құрылымының немесе құрамының өзгеруіне тәуелділігін көрсететін ортаның диэлектрлік өткізгіштігін өлшеуге негізделген әдістерді біріктіреді. Бұл әдіс те (кондуктометрия сияқты) электродтардағы тепе-теңдік потенциал шамасының өзгеруіне тәуелсіз, әйтсе де оның кондуктометриядан өзгешелігі, ол электромагнитті өрістің әсерінен зарядталған бөлшектің ілгерілемелі қозғалысына байланысты емес, тұрақты немесе айнымалы электр өрісінің әсерінен дипольдік бөлшектің бағытталу эффектісін керсетеді. Кондуктометрия мен диэлектрометрия әдістерінің талдау, анықтау мүмкіншіліктерінің өзара жақындығына қарамастан, соңғысы диэлектриктің тазалығын бақылау, көп құрамды жүйені талдау және титрлеу үшін тиімді, әйтсе де бұл әдістер әлі аналитикалық химияда аса кең қолданылмай келеді.

Электродты  потенциал  вольтпен (В) өлшенеді, электродпен және онымен жанасатын электролит арасындагы электростатикалық потенциалдардың айырмасы. Электродты потенциалдың пайда болуы оның беткі қабатында қос электр қабатының туындауымен байланысты.

Қысымы 1 атом, иондарының Н⁺ (дәлірек айтқанда, Н₃0⁺) активтігі бірге тең болатын стандартты сутекті электродтың потенциалын φ⁰_H кез келген температурада нөлге тең деп есептейді. Мұндай жағдайда өлшенетін гальваникалық элементтің электродты потенциалын (және оған сәйкес электродтікін) былай жазады:

Pt|H₂| Н₃0⁺| |Си²⁺|Си

және мына формула бойынша  есептейді:

Е⁰=φ⁰Cu/cu²⁺ -φ⁰_Hφ⁰_Cu/Cu²⁺=+0,33713

Демек, мыс электродындағы стандартты потенциал: φ⁰_Cu/Cu²⁺=0,337В. Бұл оң шама болғандықтан, қосынды реакция:

Cu²⁺+ H₂ + 2H₂O = Cu + 2H₃O⁺

Бұл реакция өздігінен  жүреді, ал ондағы оң электродта жүретін Cu²⁺ тотықсыздануы жартылай реакция түрінде жазылады:

Cu²⁺+2e =Сu⁰

Электрохимиялық        процестердің медицинада, биологияда, дәрілік заттар технологиясында, металлургияда, химиялық өндірісте үлкен маңызы бар. 

 

Полярографиялық талдау әдісі

Электрохимиялық реакциялар жылдамдығының   кинетикалық заңдылықтарын  зерттейтін саланың бір түрін  полярография деп атайды.   Полярографиялық  тәсілдің басты ерекшелігі катод  ретінде сұйық, тамшылайтын сынапты  пайдалану. Тамшылаушы сынап электроды (ТСЭ) –дегеніміз диаметрі өте жіңішке  түтіктен тамшылап, сынап ағып тұрған құрылғы.

• Анализ жүргізерде түсті электролит таңдап алып, оны белгілі көлемді ұяшыққа салып, фон полярограммасын түсіреді, кейін нақты көлемдегі анализденген ерітіндіні қосады және қайтадан полярограмма түсіреді.  E_1/2*0,4В жоғары зат анализін жүргізуге екі жоғары полярографиялық толқындар беретін суда ерітілген оттегінің болуы кедергі жасайды. (-0,2-0,4 В және -1,2В) сондықтан оттегіні ұяшықтан NaHSO_{3 ҚОСЫП, ЖОЯДЫ ЯҒНИ} NaHSO_{3   отттегімен қосылып} Na₂SO_{4  дейін тотығады.}

 

Полярографиялық әдістің фармацияда қолданылуы

Полярографиялық әдіс арқылы ерітіндіні сапалық және сандық құрамын  анықтауңа болады,себебі әр түрлі  иондар үшін ТСЭ катодын да, тотықсыздану потенциалдары да әр түрлі. Ортаның  қышқылдығын өзгертіп,фармациялық  талдауға әр түрлі қоспалардағы және заттарды анықтауға мүмкіндік бар. Поляризациялық әдіс өте сезімтал,сондықтан  өте аз мөлшердегі   (15² -15⁵моль/л)еріген  және дәрілік заттардың мөлшерін дәл анықтауға көмектеседі.

 

 

 

 

Қолданылған әдебиеттер:

 

 

• I.Патсаев Ә.Қ., Шитыбаев С.А., Төребекова Г.А. «Физикалық және коллоидтық химия» Шымкент-2010
• ІІ. Патсаев Ә.Қ., Жайлау С.Ж.,Шыназбекова Ш.С. «Аналитикалық химия» Шымкент-2007 
• ІІІ.Пономарев В.Д. «Аналитическая химия» Москва «высшая школа» 1982
• Пірәлиев С.Ж, Бутин Б.М, Байназарова Г.М, Жайлау С.Ж “Жалпы химия” І-ІІ том.