Электрохимические методы анализа

Электрохимические методы анализа

Учебно-методическое пособие

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 543.55 
ББК 24.1
Э45

Э45
Электрохимические методы анализа : учебно-методическое по
собие / [В. Н. Горячева и др.]. — Москва : Издательство МГТУ 
им. Н. Э. Баумана, 2019. — 46, [6] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5163-0

Изложены основные теоретические сведения о таких электрохими
ческих методах количественного анализа, как кондуктометрия, электрогравиметрия, кулонометрия, потенциометрия, ионометрия, полярография. Показаны их возможности и области применения. Приведены 
контрольные вопросы и задания, а также задачи для самостоятельного 
решения. 
Для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению подготовки «Техносферная безопасность» (профили «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», «Инженерная защита», «Безопасность в 
чрезвычайных ситуациях») и изучающих дисциплину «Аналитическая 
химия».
УДК 543.55
ББК 24.1

 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

 
© Оформление. Издательство

ISBN 978-5-7038-5163-0 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

Издание доступно в электронном виде по адресу 
ebooks.bmstu.ru/catalog/111/book2072.html

Факультет «Фундаментальные науки»
Кафедра «Химия»

Авторы:
В.Н. Горячева, С.Л. Березина, Ж.Н. Медных, А.Д. Смирнов

Рекомендовано Научно-методическим советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Предисловие

Основой организации учебного процесса, в том числе выполнения контрольных работ, домашних заданий, проведения лабораторных и практических занятий, является освоение материала лекций и учебно-методических пособий по изучаемой дисциплине. 
В данном учебно-методическом пособии представлен раздел 
«Электрохимические методы анализа» дисциплины «Аналитическая 
химия». Пособие входит в комплекс учебно-методических материалов, подготовленных кафедрой химии МГТУ им. Н.Э. Бау мана, и 
включает материал по теоретическим основам электрохимических 
методов анализа и возможностям их практического применения.
Учебный материал по дисциплине «Аналитическая химия» 
базируется на изучении курсов «Неорганическая химия» и «Органическая химия». Пособие предназначено для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению подготовки «Техносферная 
безопасность» (профили «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», «Инженерная защита», «Безопасность в черезвычайных 
ситуациях»).
Электрохимические методы анализа наряду с классическими 
спектроскопическими и хроматографическими методами часто 
используются на практике. В пособии на основе общих электрохимических положений описаны методы кондуктометрии, электрогравиметрии, 
кулонометрии, 
потенциометрии, 
ионометрии, 
полярографии, а также изложены возможности практического 
применения методов анализа в объеме, необходимом и достаточном для достижения результатов обучения в отведенный для изучения дисциплины период времени.
Учебно-методическое пособие содержит шесть разделов, каждый из которых посвящен определенному методу анализа. Пособие включает средства визуализации материала в виде таблиц, 
формул, рисунков, графиков, что помогает восприятию информации. Для самоконтроля усвоения материала в пособие включены 
контрольные вопросы и задания, а также задачи для самостоятельного решения, которые способствуют развитию творческого 
мышления, требуют обоснования ответов и вариантов решения, 
поиска дополнительной информации в различных источниках. 
Для расширения объема знаний об изучаемом предмете в конце 
пособия приведен список источников.

Материал изложен в доступной и лаконичной форме, предназначен в помощь студентам при освоении и закреплении знаний в 
рамках учебной программы. Авторы ставили своей целью достижение уровня подготовки, сочетающего теоретические знания и 
практическое овладение методами электрохимического анализа, 
умение логически ориентироваться в их большом разнообразии.
Пособие не является практическим руководством. Основы методов электрохимического анализа в нем раскрываются без описания устройства приборов, поскольку многие фирмы выпускают 
аналитические приборы разных конструкций. Для получения подробного описания методов анализа следует обращаться к соответствующим руководствам, а также к официально утвержденным 
методикам. 
Планируемыми результатами усвоения студентами учебного 
материала наряду с получением знаний в рамках рабочей программы являются развитие творческого мышления, формирование 
метакогнитивных навыков, позволяющих анализировать излагаемые методики и выбирать приемлемые методы анализа в зависимости от формы существования вещества в природе (анализ неподвижных растворов, детектирование вещества в потоке).

Введение

Электрохимические методы анализа, применяемые в аналитической химии, постоянно развиваются и совершенствуются. 
На их основе создаются все новые модифицированные электроды для анализа разнообразных форм воздействия электрических 
сигналов на изучаемые объекты природы. В связи с этим усвоение 
студентами теоретического и практического материала в этой области знаний является важной и актуальной задачей, на решение 
которой направлены лекционные, семинарские и лабораторные 
занятия по дисциплине «Аналитическая химия». 
Область практического применения электрохимических методов анализа, особенно таких, как электрогравиметрия и потенциометрия, сформировалась довольно давно, но продолжает 
развиваться, при этом используются все более сложные формы 
воздействия на электрохимические системы и способы преобразования сигнала. 
Можно считать, что в настоящее время аналитическая химия и 
ее раздел «Электрохимические методы анализа» стали относиться 
к междисциплинарной области знаний. Особую значимость и актуальность электрохимические методы анализа приобрели в связи 
с применением их для решения экологических проблем, включая 
контроль объектов неорганической, органической и биологической природы.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ 
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА 

Погрешность физико-химических методов анализа превышает 
погрешность классических методов анализа и составляет в среднем 2...5 %, однако при небольшом содержании определяемого 
компонента (менее 10–3 %) классические методы химического анализа непригодны. Так, содержание фенола в водоемах бытового 
пользования не должно превышать 0,001 мг/л, но обнаружить его 
при столь малой концентрации можно только с помощью физико-химического анализа. 
Электрохимические методы анализа относятся к группе физико-химических методов, обладающих высокой чувствительностью: предел обнаружения анализируемого компонента может 
составлять 10–15...10–10 %, что отвечает требованиям ряда современных отраслей техники к чистоте используемых материалов. 
В частности, в полупроводниках (кремний, германий) содержание 
примесей не должно превышать 10–10 %. Известно, что свойства 
многих металлов, содержащих менее 10–5 % примесей, существенно изменяются: например, хром становится ковким, а вольфрам 
пластичным.
Как правило, в физико-химическом анализе применяют два 
методических приема: прямые измерения (кондуктометрия, потенциометрия, ионометрия и др.) и косвенные измерения (метод титрования). Прямые методы основаны на обусловленности 
аналитического сигнала природой анализируемого компонента и 
его концентрацией. Аналитический сигнал — какая-либо характеристика соединения, зависящая от природы соединения и его содержания в анализируемом объекте. Например, в полярографии 
аналитический сигнал — потенциал полуволны, а количественной 
характеристикой является интенсивность аналитического сигнала 
(сила диффузионного тока). Зависимость аналитического сигнала 
от концентрации компонента выражается градуировочной харак- 
теристикой, которая может быть представлена в виде графика, 
расчетной формулы, таблицы. Интенсивность аналитического сигнала I часто связана с концентрацией С химического соединения 
линейным соотношением 
I = AC,
где A — константа.
К прямым методам относят методы калибровочного (градуировочного) графика и молярного свойства. Метод калибровочного гра