Кондуктометрический метод. Приборы и датчики метода. Прямая кондуктометрия и кондуктометрическое титрование.

Кондуктометрический метод анализа основан на измерении удельной элек­тропроводности анализируемого раствора. Электропроводностью называют величину, обратную электрическому сопротивлению R. Единицей измерения элек­тропроводности ввяжется Ом^-1 или сименс (См). Растворы электролитов, являясь проводниками II рода, подчиняются закону Ома. По аналогии с сопротивлением проводников I рода сопротивление раствора прямо пропорционально расстоянию между электродами d и обратно пропорционально площади их поверхности А

R=ρ∙d/A

где ρ — удельное сопротивление (Ом∙см) При d = 1 см и A= 1см² имеем R=ρ, следовательно, удельное сопротивление равно сопротивлению 1 см³ раствора.

Величину, обратную удельному сопротивлению, называют удельной электропроводностью

χ = 1/ρ. Удельная электропроводность (См∙см^-1) численно рав­на току (в А), проходящему через слой раствора с поперечным сечением, равным единице, под действием градиента потенциала 1В на единицу длины.

Электропроводность разбавленных растворов электролитов зависит от числа ионов в растворе (т. е. от концентрации), числа элементарных зарядов, переносимых каждым ионом (т. е. от заряда иона), и от скорости движения одинаково за­ряженных ионов к катоду или аноду под действием электрического поля. С уче­том всех этих факторов электропроводящие свойства ионов характеризуют экви­валентной ионной электропроводностью (подвижностью). Она равна произведе­нию абсолютной скорости движения иона на константу Фарадея и имеет размер­ность См∙см² (моль∙экв). Под эквивалентом здесь подразумевается частица с единичным зарядом, например К+, СГ, 1/2Mg²⁺, 1/3Al³⁺.

Ячейка для измерения электропроводности состоит из двух платиновых электродов Э1 и Э2, впаянных в стеклянный сосуд, в который помещают анали­зируемый раствор. Электрический эквивалент этой ячейки состоит из активного сопротивления раствора между электродами R_p, сопротив­лений проводников R1 и R2, а также параллельно включенных емкостей двойно­го слоя на электродах С1 и С2 и межэлектродной емкости С_p. Ячейку подклю­чают к источнику переменного тока частотой порядка 1000 Гц.

Различают прямую и косвенную кондуктометрию, или кондуктометрическое титрование.

Прямая кондуктометрия мало применяется в аналитической химии. Причи­на этого в том, что электропроводность является величиной аддитивной и опре­деляется присутствием всех ионов в раствора. Прямые кондуктометрические из­мерения используют для контроля качества воды, применяемой в химической лаборатории, и современные установки для перегонки или деминерализации воды снабжаются кондуктометрическими датчиками — кондуктометрами для измере­ния удельной электропроводности растворов. Детекторы по электропроводности применяются в ионной хроматографии.

Для кондуктометрического титрования пригодны кислотно-основные или осадительные реакции, сопровождающиеся заметным изменением электропро­водности вследствие образования малодиссоциирующих или малорастворимых соединений.

К достоинствам метода кондуктометрического титрования относится возможность высокоточных измерений даже в очень разбавленных растворах. В термостатированной ячейке погрешность для 1∙10^-4 М растворов не превышает 2%. Кондуктометрическое титрование пригодно для анализа окрашенных или мутных растворов. Иногда с помощью кондуктометрического титрования можно проводить последовательное определение компонентов смеси, например можно титровать кислоты с различающимися константами.

20.Диэлькометрия в контроле качества веществ и материалов. Диэлькометрический метод основан на измерении диэлектрической проницаемости с помощью высокочастотного переменного напряжения. Если вещество или материал поместить между пластинами конденсатора по сравнению с емкостью в вакууме возрастет в Ɛ число раз. Ɛ=С/С₀

С₀ – емкость в вакууме

Ɛ – диэлектрическая проницаемость вещества или материала, проходящего в поле конденсатора.

При внесении вещества в конденсаторе проходит сдвиг фаз приложенного напряжения и заряженного тока. Возникают диэлектрические потери, и конденсатор потребляет энергию из цепи переменного тока. Для количественного выражения диэлектрических потерь используют не величину угла сдвига фаз φ, а используют tg угла диэлектрических потерь ϐ=90° - φ.

Применение метода:

*величина угла tg диэлектрических потерь зависит от присутствия даже ничтожных примесей в веществе, а значит измеряя эту величину можно сделать выводы о качестве продукта. Например, этот показатель используют когда контролируют качество таких нефтепродуктов, как изоляционное масло.

*для аналитического контроля используют как tg угла диэлектрических потерь и саму диэлектрическую проницаемость. Для того, чтобы контролировать частоту вещества, как правило определяют такие показатели, как диэлектрическая проницаемость – плотность – показатель преломления. Ɛ – ρ – n. Ɛ = n²

Эти характеристики, с помощью которых можно контролировать частоту вещества. Диэлектрическая проницаемость связана с концентрацией вещества, а значит возможны количественные определения. Для этого используют градуировочные кривые.

*вода обладает большим значением диэлектрической проницаемости Ɛ₂₀ = 80,4. А значит определяет содержание влаги вещества и материалов или, например, в органических растворителях.

*возможность неразрушающего контроля – это обусловлено тем, что можно использовать внешние электроды. Значит, этот метод можно использовать для контроля толщины изделий, например, в производстве полимерных материалов или полимерной продукции.

При измерениях используют 2 типа прибора:

1)приборы, включающие измерительные мосты

2)приборы с колебательным контуром