"Mikroelektrodowe czujniki elektrochemiczne

dedykowane badaniom transportu depolaryzatora

w roztworach rozdzielonych jonowymienną

membraną"

Maciej Wiercioch

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Kraków, 17.12.2014

Metody amperometryczne

1. Woltamperometria

a) Technika stałoprądowa (DC)
b) Woltamperometria liniowa (LSV)
c) Woltamperometria cykliczna (CV)
d) Woltamperometria schodkowa (CSV)
e) Techniki impulsowe

• Woltamperometria impulsowa normalna (CSV)
• Woltamperometria impulsowa różnicowa (DPV)

f) Woltamperometria stripingowa (SV)

• Anodowa woltamperometria stripingowa (ASV)
• Katodowa woltamperometria stripingowa (CSV)
• Adsorpcyjna woltamperometria stripingowa (AdSV)

2. Chronoamperometria

a) z początkowym zatężaniem
b) bez początkowego zatężania

Woltamperometria

Potencjał elektrody wskaźnikowej

– zmienne w czasie

Zależność prądu reakcji elektrodowej od potencjału

•  

Podstawy fizykochemiczne

W woltamperometrii i polarografii sygnałem jest prąd
związany z redukcją lub utlenianiem oznaczanej substancji
(zwanej depolaryzatorem) na elektrodzie pracującej.
Proces ten jako całość podlega prawom elektrolizy.

Cały ten proces można podzielić na trzy etapy:

1. Doprowadzenie depolaryzatora do powierzchnie elektrody

2. Właściwa reakcja elektrodowa

3. Transport produktu reakcji od powierzchni elektrody

Techniki woltamperometryczne

Stałoprądowa

Woltamperometria liniowa

Woltamperometria cykliczna

Impulsowa normalna

Impulsowa różnicowa

Zmiennoprądowa

Techniki woltamperometryczne

Techniki stripingowe

• adsorpcyjna woltamperometria stripingowa (AdSV)

Zatężanie zachodzi podczas procesu adsorpcji analitu na elektrodzie

• anodową woltamperometrią stripingową (ASV)

Zatężanie zachodzi podczas procesu elektrolizy

• katodowa woltamperometria stripingowa (CSV)

Zatężanie zachodzi podczas reakcji elektrodowej prowadzącej do
uzyskania trudnorozpuszczalnego związku na powierzchni elektrody

Techniki stripingowe

• Stripingowa woltamperometria adsorpcyjna

Proces zatężania

Proces redukcji

• Anodowa woltamperometria stripingowa

Proces zatężania

Proces utleniania

• Katodowa woltamperometria stripingowa

Proces zatężania

Proces elektrorozpuszczania

)

(ads

n

n

n

n

n

n

n

MeL

MeL

MeL

nL

Me















nL

Me

me

MeL

m

n

ads

n

n













)

(

0

M

ne

M

redukcja

n































n

utlenianie

Me

ne

Me

0

MA

A

M

n

n

















ne

M

M

n











n

A

M

ne

MA

0

Chronoamperometria

Potencjał elektrody wskaźnikowej

Zależność prądu reakcji elektrodowej od czasu

•  

Chronoamperometria

Aparatura pomiarowa składa się z:

• potencjostatu

• rejestratora

• naczynka trójelektrodowego

– elektroda pracująca

– elektroda pomocnicza

– elektroda odniesienia

Chronoamperometria

Membrany

Membraną

nazywa się każdą fazę ciągłą oddzielającą dwa roztwory

(ciekłe albo gazowe), stwarzającą mniej lub bardziej skuteczne przeszkody

dla przepływu poszczególnych składników tych roztworów.

Składniki te przepływają z tzw. roztworu zasilającego przez membranę

do roztworu

„odbierającego”, inaczej permeatu z różnymi

szybkościami, dzięki czemu membrana jest przegrodą selektywną.

Przyczyną są specyficzne mechanizmy przepływu składników przez

określony rodzaj membrany.

Typy membran - Podział membran ze
względu na budowę

• symetryczne

• asymetryczne

• kompozytowe

Typy membran - Podział ze względu na

sposób transportu substancji

Moduł membranowy

a)

b)

Parametry opisujące membrany

• Strumień składnika

gdzie:

- strumień składnika
- współczynnik przenikalności
– grubość membrany

• Selektywność

oznaczają stężenie albo prężności cząstkowe składników i oraz j w

mieszaninach par i gazów w roztworze zasilającym
dotyczą permeatu.

•  

Proces

Bodziec

(siła)

Typ membrany

Mechanizm

separacji

Zastosowania

Mikrofiltracja

MF

Δp

do ~5 atm.

Asymetryczne,

porowate;

Φ do 10 |am

Efekt sitowy

Separacja

mikroorganizmów

Ultrafiltracja

UF

Δp

0,5 - 10 atm.

Asymetryczne,

porowate,

Φ setki nm

Głównie efekt sitowy

Separacja

związków

wielkocząsteczko

wych

Odwrócona

osmoza

RO

Δp

50 - 100 atm.

Asymetryczne

mikroporowate, zwarte, Φ

< 1nm

Dyfuzja,

rozpuszczanie

Separacja związków

małocząsteczko- wych;

odsalanie

Dializa, Hemodializa D,

H

Δc

i

 

Symetryczne,

porowate

Dyfuzja

Separacja zw.

małocząsteczk. z

mieszanin zw.

wielkocząsteczk.

Dializa

dyfuzyjna

DD

Δc

i

 

Aniono-

selektywne

Dyfuzja

Odzyskiwanie

kwasów

Elektrodializa

ED

ΔU

Jonoselektywne

Efekty

oddziaływań

elektrostatycz.

Odsalanie

Elektroliza

membranowa

EM

ΔU

Kationo-

selektywne

Migracja jonów

Produkcja chloru i ługu

sodowego

Separacja

gazów

GS

Δc

i

Δp

i

Asymetryczne,

laminatowe

Dyfuzja,

rozpuszczanie

Separacja H

2

,

CO

2

, H

2

S, NH

3

Perwaporacja

PV

Δc

i

 

Zwarte, polarne,

niepolarne

Dyfuzja,

rozpuszczanie

Rozdzielanie

mieszanin

ciekłych

Nanofiltracja

NF

Δp

10 - 30 atm.

Asymetryczne,

mikroporowate,

jonowe,

Φ < 2 nm

Dyfuzja,

hydratacja,

oddziaływania

elektrostat.

Separacja zw.

małocząsteczko- wych,

odsalanie

Rodzaje membran jonowymiennych

Membrany jonowymienne

Przepływ jonów w roztworze

Przepływ jonów przez membranę

Literatura

1. „Instrumentalne metody analizy chemicznej” pod redakcją

Władysława W. Kubiaka, Janusza Gołasia, Wydawnictwo Naukowe

AKAPIT, 2005

2. „Membrany selektywne i procesy membranowe” Józef Ceynowa

Dziękuję za
uwagę!!