7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

1/11

UNIVERSITATEA PETROL - GAZE PLOIESTI

REFERAT

-ELECTROZI CU MEMBRANA-

SIMINA IOANA

MASTER AN II MCCPFM

2012

- 1 -

7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

2/11

Cuprins1. Introducere........PAG. 3

2. Electrozi ion-selectivi...................................................................................PAG. 43. Electrozi cu membrana solida si lichida.......................................................PAG. 4

A) Electrozi cu membrana omogena...........................................................PAG. 5

B) Electrozi cu membrana heterogena........................................................PAG. 64. Aplicatiile electrozilor ion-selectiv..............................................................PAG. 9

5. Avantajele electrozilor ion-selectiv..PAG.9

6. Bibliografie,,,...PAG. 11

- 2 -

7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

3/11

1. Introducere

Senzorii potentiometrici transforma concentratia speciei de determinat intr-o diferentade potential, in conditii de curent net zero. Se poate spune ca senzorii potentiometrici sunt

traductori concentratiepotential. In anumite conditii, bine definite, ei dezvolta un

potential reversibil determinat de o anumita specie prezenta in sistem. In principiu, oriceelectrod poate fi folosit ca senzor potentiometric, potentialul sau fiind impus de diversele

reactii care se desfasoara pe suprafata sa, in conditii de curent net zero.Elementul cheie in structura senzorilor potentiometrici este interfata

electrochimica lanivelul careia se realizeaza procesul de recunoastere a speciei dedeterminat. Aceasta interfata se prezinta cel mai adesea sub formaunei membrana.

Membrana este o faza interpusa intre alte doua faze. Ea impiedica transportul de masaintre acestea , dar permite trecerea , cu anumite grade de libertate a uneia sau a mai

multor specii.

Reprezentarea schematica a celulei electrochimice folosite pentru efectuarea demasuratori cu electrozi ion-selectivi este redata mai jos:

Figura 2 Schema celulei electrochimice

- 3 -

7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

4/11

Indicii si se refera la cele doua faze: - solutia de analizat si - membrana.Faza este constituita dintr-o solutie apoasa de concentratie fixa (cunoscuta) care contine

un ion existent si in faza (membrana). [1]

2. Electrozi ion-selectivi

Functioneaza pe baza echilibrului proceselor de schimb ionic si au loc la interfatamembrana-solutie Electrozii ioni-selectivi sunt constituiti dintr-un electrod indicator si o

membrana selectiva.

Datorita gradului de concentratie al analitului pe cele doua fete ale membranei

selective se realizeaza transportul selectiv al analitului (ionul Ca2+) cu ajutorul ligantuluiselectiv. Ca umare se dezvolta o diferenta de potential care este proportionala cu

activitatea analitului in proba de analizat.

Senzorul masoara in mod real activitatea analitului. Deoarece se utilizeaza in mod

curent solutii diluate se poate aproxima activitatea ca fiind egala cu concentratia (a=f*c).f coeficient de activitate

Caracteristicile electrodului ion-selectiv:

- masurarea potentialului indirect;

- in practica, existenta potentialelor de jonctiune a lichidelor;-impune calibrarea EIS cu ajutorul solutiei standard;

- alte specii ionice interfereaza in determinarea analitului.[2]

Clasificarea electrozilor ion-selectiv

Principalele clase de senzori potentiometrici (electrozi ion selectivisau sensibili la oanumita specie chimica) sunt:

1 electrozi cu membrana solida (sticla, substante cristaline, etc.);2 electrozi cu membrana lichida;3 electrozi cu membrana polimerica:

- in varianta clasica cu solutie interna de referinta;- in varianta constructiva tip fir acoperit;

4 electrozi-membrana pentru gaze ;5 biosenzori potentiometrici;6 tranzistori cu efect de camp.

3. Electrozi cu membran a solid a s i lichid a

Electrozi cu membrana sunt sensibili la activitatea uneia sau mai multor specii

chimice.

Membrana solida poate fi omogena sau heterogena.

- 4 -

7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

5/11

A) Electrozi cu membrana omogena:

Membrana se fixeaza la capatul unui tub umplut cu o solutie interne de referinta, seface contactul prin intermediul unui electrod intern de referinta reversibil fata de unul din

ionii din solutia de referinta interna.

Membrana poate fi:

1 un monocristal;

2 o substanta policristalina, ionica si greu solubila;

3 un solid amorf (sticla in cazul electrodului de pH, sau de Na-sensibil).In structura acestor membrane, gruparile active schimbatoare de ioni sunt fixe.

Electrozi cu membrana cristalina

Membrana este constituita dintr-un compus ionic cu solubilitatea mica.Specia fata de

care membrana este selectiva este cationul sau anionul compusului ionic.[2]

Tabelul nr 1 electrozi cu membrana cristalina[2]

Specia analitului Materialul din care este

construita membrana

Specii interferente

F- LaF3 OH-

Cl- AgI CN-, S2-

Ag+ Ag2S S2-

Pb2+ PbS+Ag2S Cu2-

Exemplu de electrod ion-selectic cu membrana cristalina

Electrodul fluorura selectiv are o membrana monocristal formata dinfluorura de lantan, LaF3. In varianta constructiva totul solid[1]

Figura nr 3 Schema unui electrod fluorura selectiv[1]

- 5 -

7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

6/11

Montaj de titrare potentiometrica a ionului fluorura, F care include

un alt tip de electrod F-selectiv continand solutie interna de referinta:solutie 0,1 M de NaF.

Fig. nr 4 Montaj de titrare potentiometrica a ionului fluorura [1]

Electrodul de referinta Ag/AgCl este un electrod cu dubla jonctiune pentru a evitaosmoza KCl in solutia de dozat.

Electrodul este introdus intr-o a doua camera ce contine un electrolit neinterferent

al reactiei de titrare a ionului fluorura. Ca electrolit auxiliar se utilizeaza o solutie 1 M

- 6 -

7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

7/11

de KNO3, electrolit suport, frecvent folosit pentru titrarea ionilor F, Cl, CN, S2

sau Ag+.

B) Electrozi cu membrana heterogena

Elementul activ este dispersat intr-un suport fizic: cauciuc siliconic si PVC.

Electrozi ion-selectivi cu membrana lichida

Electrozii cu membrana lichida se obtin prin dizolvarea materialuluielectroactiv intr-un solvent organic nemiscibil cu apa si impregnarea cuaceasta solutie a unui material poros. Materialul electroactiv conferamembranei selectivitate fata de un anumit ion. Materialul poros estehidrofob (de exemplu grafit).

Materialul electroactiv este format din:1. schimbatori de ioni organci, numiti si ionofori pot fi saruri hidrofobe, de exemplu

C+A , unde C+ este un cation organic voluminos din clasa colorantilor cationici,

medicamentelor, surfactantilor cationici, iar A este un anion organic, voluminos, deexemplu picrat, tetrafenil borat etc.

2. agenti neutri de sechestrare.Fig nr 5 Schema unui electrod ion-selectiv cu membrane lichida

1. corpul electrodului din sticla sau polimer ;

2. electrodul de referinta Ag/AgCl care contine o solutie de electrolit MCl2 ;3. electrolit organic-ex :nitrobenzen ;

4. membrana poroasa.

- 7 -

7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

8/11

Pentru determinarea potentiometrica a ionului de Ca2+ se poate utiliza ca membranalichida un diester alifatic al acidului fosforic, (RO)2P(O)O. De o parte si de alta a

membranei exista urmatoarele echilibre:

Atunci cand concentratiile ionilor de calciu de o parte si de alta a membranei sunt

diferite, apare o diferenta de potential care se poate masura.

Electrozi cu membrana polimerica

- 8 -

7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

9/11

Membranele polimerice sunt construite de obicei sub forma unui film de policlorura

de vinil. Ele au structura lacunara si contin ionofori care pot fi ionici sau neutri.1 - corp de PVC2 - pastila de Cu sau Ag

3 - cablu coaxial4 - membrana PVC sensibila datorita componenului electroactiv[1]Alti polimeri utilizati la construirea de membrane pentru senzori

potentiometrici:

Comentarii generale privind electrozii ion-selectiv:

- Electrodul cu membrana polimerica nu trebuie sa vina in contact cu solventi

organici;- Nu tineti electrodul in apa pe perioade mai indelungate de timp pentru depozitare;- Electrozii ion-selectiv combinati trebuie depozitati in diluant ISA (de reglare tarie

ionica), solutie-pentru depozitare pe termen lung, astfel se elimina solutia de

referinta si depozitarea uscata;- Curatati membranele de cristal cu un abraziv usor, apoi clatiti cu apa;

4. Aplicatiile electrozilor ion-selectivi

Urmatoarea lista cuprinde principalele domenii in care acesti electrozi au fost

utilizati:

- Monitorizarea poluarii: CN, F, S, Cl, NO3 etc., in efluenti si ape naturale;- Agricultura: NO3, Cl, NH4, K, Ca, I, CN in sol, material vegetal, fertilizatori

sihrana pentru animale;

- Mancarea industriala: NO3, NO2;- Sarea continuta in mancare, peste, sucuri de fructe, bere;

- F in apa de baut si alte bauturi;

- Ca in produse lactate si bere;- K in sucul de fructe si vin;

- 9 -

7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

10/11

- Efectul coroziv al NO2 in contact cu mancarea ;

- Industria detergentilor: Ca, Ba, F pentru a studia efectul asupra calitatii apei;

- Industria hartiei: S si Cl in lichidele de dezagregare si recuperare a unui ciclu deprocess;

- Explozibili: F, Cl, NO3 in materiale explozibile si combustie;

- Laboratoare biomedicale: Ca, K, Cl in fluidele corporale( sange, plasma, ser)- F in studii osoase si dentare;

- Educatie si cercetare: o gama larga de aplicatii. [4]

5. Avantaje

a) In comparatie cu multe alte tehnici analitice, electrozii ion-selectiv sunt relativieftini si usor de utilizat, au o gama extrem de larga de aplicatii si interval larg de

concentratii.

b) Cele mai recente modele de ioni- membrane lichide si solide- sunt durabile si

ideale pentru utilizarea in orice domeniu sau mediu de laborator.c) In cele mai favorabile conditii, masurarea cu electrozi ion-selectivi se poate face

foarte repede si usor prin scufundarea lor in lacuri sau rauri, atarnand de un pod,sau la glisarea dupa o barca.

d) Acestia sunt de nepretuit pentru monitorizarea continua a modificarilor de

concentratii: in titrari potentiometrice sau monitorizarea de substante nutritive,sau consumul de reactivi.

e) In cazul in care cererile de ioni de interferenta, nivelurile pH-ului, sau

concentratiile mari sunt o problema, atunci multi producatori pot furniza o

biblioteca de specialitate cu metode experimentale si reactivi speciali pentru adepasi multe dintre aceste dificultati.

f) Ei pot fi foarte precisi si cu mult mai putin costisitori in comparatie cu alte

metode analitice.g) Electrozii ion-selectivi sunt una dintre putinele tehnici care pot masura atat ioni

pozitivi cat si negativi.

h) Ei nu sunt afectati de culoare si turbiditate;i) Electrozii ion-selectiv pot fi utilizati in solutii apoase pe o gama larga de

temperaturi. Membranele de cristal pot functiona in intervalul de la 0 C si 80C

si membranele din material plastic de la 0 C la 50C. [4]

- 10 -

7/29/2019 Electrozi Referat Simina Ioana

11/11

6. Bibliografie

1. http://chimie-biologie.ubm.ro/Cursuri%20on-line/MIHALI%20CRISTINA /SENZORI%20ELECTROCHIMICI/Senzori%20electrochimici.pdf;

2. Paraschiv Ionut-Gabriel 1123 A Senzori chimici si electrochimici-

Facultatea de Chimie Aplicata si Stiinta Materialelor;3. http://www.chemistry.nmsu.edu/Instrumentation/IS_Electrod.html

4. http://www.nico2000.net/Book/Guide3.html

- 11 -

http://chimie-biologie.ubm.ro/Cursuri%20on-line/MIHALI%20CRISTINA%20/SENZORI%20ELECTROCHIMICI/Senzori%20electrochimici.pdfhttp://chimie-biologie.ubm.ro/Cursuri%20on-line/MIHALI%20CRISTINA%20/SENZORI%20ELECTROCHIMICI/Senzori%20electrochimici.pdfhttp://chimie-biologie.ubm.ro/Cursuri%20on-line/MIHALI%20CRISTINA%20/SENZORI%20ELECTROCHIMICI/Senzori%20electrochimici.pdfhttp://www.chemistry.nmsu.edu/Instrumentation/IS_Electrod.htmlhttp://www.nico2000.net/Book/Guide3.htmlhttp://chimie-biologie.ubm.ro/Cursuri%20on-line/MIHALI%20CRISTINA%20/SENZORI%20ELECTROCHIMICI/Senzori%20electrochimici.pdfhttp://chimie-biologie.ubm.ro/Cursuri%20on-line/MIHALI%20CRISTINA%20/SENZORI%20ELECTROCHIMICI/Senzori%20electrochimici.pdfhttp://www.chemistry.nmsu.edu/Instrumentation/IS_Electrod.htmlhttp://www.nico2000.net/Book/Guide3.html