转换元件-电位

1、2. 转换元件传感器的组成敏感元件转换元件+什么是传感器？能感受或响应规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号（光、电）可用信号（光、电）的器件或装置转换元件电转换元件光转换元件转换元件的分类电 位电转换元件电 流电 导电位法 电流法（伏安法） 电导法（阻抗法）定义：定义：通常是由通常是由指示电极指示电极、参比电极参比电极和和待测溶液待测溶液构成构成原电池原电池，直接测量电池电，直接测量电池电动势并利用动势并利用能斯特方程能斯特方程来确定物质含量来确定物质含量的方法。的方法。电位法的概念电位法的概念电池电动势与试液中离子电池电动势与试液中离子的活度之间的关系的活度之间的关系 直接电位法：直接

2、电位法：测定原电池的电动势或测定原电池的电动势或电极电位，利用能斯特方程直接求出待测电极电位，利用能斯特方程直接求出待测物质含量的方法。物质含量的方法。 电位滴定法：电位滴定法：向试液中滴加可与被测向试液中滴加可与被测物发生氧化还原反应的试剂，以电极电位物发生氧化还原反应的试剂，以电极电位的变化来确定滴定终点，根据滴定试剂的的变化来确定滴定终点，根据滴定试剂的消耗量间接计算待测物含量的方法。消耗量间接计算待测物含量的方法。电位法的分类电位法的分类原电池原电池定义：定义：自发地将自发地将化学能化学能转化为转化为电能电能的装置的装置形成条件：形成条件：（1）有活泼性不同的）有活泼性不同的两个两个电

3、极电极（2）两电极都接触电解质溶液）两电极都接触电解质溶液（3）构成闭合回路）构成闭合回路（4）在电极表面上能发生自发进行的）在电极表面上能发生自发进行的 氧化还原反应氧化还原反应水果原电池水果原电池水果原电池水果原电池相对电极电位相对电极电位规定：规定：将将标准氢电极标准氢电极作为负极与待作为负极与待测电极组成电池，电位差即该电极测电极组成电池，电位差即该电极的的相对电极电位相对电极电位，比标准氢电极的，比标准氢电极的电极电位高的为正，反之为负；电极电位高的为正，反之为负；在在298.15 K 时，以水为溶剂，当时，以水为溶剂，当半电池的所有反应物半电池的所有反应物活度都为活度都为1时时的相

4、对电极电位。的相对电极电位。标准电极电位标准电极电位表定量关系：能斯特方程定量关系：能斯特方程还原态氧化态aanFRTEEln电极电位与溶液中的离子活度的关系为：电极电位与溶液中的离子活度的关系为：RxOaanFRTEElnRxOaanFRTElg303.2定量关系：能斯特方程定量关系：能斯特方程Ox + ne- = R电极反应：电极反应：RxOaaSElg参比电极参比电极电位不受试液组成变化的影响，具有恒定的数值电位不受试液组成变化的影响，具有恒定的数值1. 标准氢电极标准氢电极最最精密精密的参比电极，它的参比电极，它的电位规定在任何温度的电位规定在任何温度下都是下都是0 V，但氢电极，但氢

5、电极制制作麻烦作麻烦，氢气，氢气需净化需净化，且且易爆炸易爆炸，压力的控制压力的控制等难于满足要求。等难于满足要求。由金属由金属Hg和和Hg2Cl2及及KCl溶液组成的溶液组成的电极电极参比电极参比电极2. 饱和甘汞电极饱和甘汞电极甘汞电极的电极电位主要决定甘汞电极的电极电位主要决定于于Cl-活度，当电极内溶液的活度，当电极内溶液的Cl-活度一定，甘汞电极电位固定。活度一定，甘汞电极电位固定。半电池符号：半电池符号：Hg，Hg2Cl2（固）（固） KCl电极反应：电极反应： Hg2Cl2 + 2e- = 2Hg + 2Cl- 电极电位电极电位(25) ：25时甘汞电极的电极电位时甘汞电极的电极

6、电位(对对SHE)温度校正，对于温度校正，对于SCE，t 时的电极电位为：时的电极电位为：Et= 0.2438- 7.610(t-25) （V）参比电极参比电极3.银银-氯化银电极氯化银电极半电池符号：半电池符号：Ag，AgCl（固）（固） KCl 电极反应：电极反应：AgCl + e- = Ag + Cl- 电极电位（电极电位（25）：）：EAgCl/Ag = E AgCl/Ag- 0.059lgaCl-银丝镀上一层银丝镀上一层AgCl沉淀沉淀,浸在一定浓度浸在一定浓度的的KCl溶液中，即构溶液中，即构成银成银-氯化银电极氯化银电极温度校正，（标准温度校正，（标准Ag-AgCl电极），电极）

7、，t 时的电时的电极电位为：极电位为：Et= 0.2223 - 610-4(t - 25) （V）25时银时银-氯化银电极的电极电位（对氯化银电极的电极电位（对SHE）指示电极指示电极电位随待测离子活度不同而变化的电极电位随待测离子活度不同而变化的电极1. 金属金属-金属离子电极金属离子电极电极电位为：电极电位为： EAg+ /Ag = E Ag+ /Ag + 0.059lgaAg+ 由金属浸入含有该金属离子的溶液组成。例如由金属浸入含有该金属离子的溶液组成。例如:Ag-AgNO3电极电极(银电极银电极)，Zn-ZnSO4电极电极(锌电极锌电极)等。等。电极反应为：电极反应为： Ag+ + e

8、- - Ag第一类电极的电位仅与第一类电极的电位仅与金属离子的活度金属离子的活度有关有关2. 金属金属-金属金属难溶盐难溶盐电极电极这类电极电位较稳定，重现性好，在电位分析这类电极电位较稳定，重现性好，在电位分析中既可用作指示电极更常用作参比电极。中既可用作指示电极更常用作参比电极。由金属表面带有该金属难溶盐的涂层，浸在与其难由金属表面带有该金属难溶盐的涂层，浸在与其难溶盐有相同阴离子的溶液中组成。例如溶盐有相同阴离子的溶液中组成。例如:Ag-AgCl电极，甘汞电极等。其电极电位随溶液中难溶盐的电极，甘汞电极等。其电极电位随溶液中难溶盐的阴离子活度变化而变化。阴离子活度变化而变化。注意：能与金

9、属的阳离子形成难溶盐的其它注意：能与金属的阳离子形成难溶盐的其它阴离子的存在，将产生干扰。阴离子的存在，将产生干扰。3. 汞汞电极电极根据溶液中同时存在的根据溶液中同时存在的Hg2+和和Mn+与与EDTA间的两间的两个配位平衡，可以导出以下关系式：个配位平衡，可以导出以下关系式：金属汞（或汞齐丝）浸入含有少量金属汞（或汞齐丝）浸入含有少量Hg2+-EDTA配配合物及被测金属离子的溶液中所组成。合物及被测金属离子的溶液中所组成。电池符号为：电池符号为： Hg HgY2-,MY(n-4),Mn+nMHgHgHgHgaEElg2059. 0,2222/ 可以看出，在一定条件下，汞电极仅与可以看出，在

10、一定条件下，汞电极仅与Mn+有有 关，可用作以关，可用作以EDTA滴定滴定Mn+的指示电极的指示电极 汞电极适用的汞电极适用的pH范围是范围是2-11，若溶液，若溶液pH 11， 将产生将产生HgO沉淀，若沉淀，若pH 2，HgY2-不稳定。不稳定。 惰性金属电极一般由惰性材料如铂、金或石墨作成片惰性金属电极一般由惰性材料如铂、金或石墨作成片状或棒状，浸入含有均相和可逆的同一元素的两种不状或棒状，浸入含有均相和可逆的同一元素的两种不同氧化态的离子溶液中组成同氧化态的离子溶液中组成4. 零类电极零类电极(或称氧化还原电极或称氧化还原电极)惰性金属电极惰性金属电极例如：将铂片插入例如：将铂片插入F

11、e3+和和Fe2+的溶液中，的溶液中，电池符号为：电池符号为： Pt Fe2+，Fe3+电极反应为：电极反应为： Fe3+ + e Fe2+电极电位为：电极电位为：232323lg059. 0/FeFeFeFeFeFeaaEE上述指示电极都属于金属基电极，其电极电位主要来源上述指示电极都属于金属基电极，其电极电位主要来源与电极表面的氧化还原反应，受到氧化剂、还原剂等多与电极表面的氧化还原反应，受到氧化剂、还原剂等多种因素的影响。目前应用更多的指示电极为种因素的影响。目前应用更多的指示电极为薄膜电极薄膜电极5、膜电极、膜电极(或称离子选择性电极或称离子选择性电极)仅对溶液中特定离子有选择性响应（

12、离子选择性电极仅对溶液中特定离子有选择性响应（离子选择性电极）特特 点点是一个称为选择膜的敏感元件是一个称为选择膜的敏感元件单晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜等单晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜等膜电极的关键膜电极的关键敏感元件敏感元件膜内外被测离子活度的不同而产生电位差膜内外被测离子活度的不同而产生电位差工作原理工作原理a1a2伏特计伏特计膜膜RE1RE2a1a2膜内外被测离子活度的不同而产生电位差膜内外被测离子活度的不同而产生电位差工作原理工作原理E1 = E + Slga1-ERE1E2 = E + Slga2-ERE2E = E1-E2 =Slga1-ERE1-Slga2+ER

13、E2 =ERE2-ERE1-Slga2+Slga1 =K+Slga1阳阳 离离 子子伏特计伏特计膜膜RE1RE2a1a2膜内外被测离子活度的不同而产生电位差膜内外被测离子活度的不同而产生电位差工作原理工作原理E1 = E - Slga1-ERE1E2 = E - Slga2-ERE2E = E1-E2 =-Slga1-ERE1+Slga2+ERE2 =ERE2-ERE1+Slga2-Slga1 =K-Slga1阴阴 离离 子子 外参比电极外参比电极 被测溶液被测溶液(ai未知未知) 内充溶液内充溶液(ai一定一定) 内参比电极内参比电极（敏感膜）（敏感膜）内外参比电极的电位值固定，且内内外参比

14、电极的电位值固定，且内充溶液中离子的活度也一定，则电充溶液中离子的活度也一定，则电池电动势为：池电动势为：ialgSKE将膜电极和参比电极一起插到被测溶液中，将膜电极和参比电极一起插到被测溶液中，则电池结构为则电池结构为:电位测量仪电位测量仪电磁搅拌器电磁搅拌器搅拌子搅拌子参比电极参比电极SCEAg/AgCl电极电极指示电极指示电极测量装置测量装置 测量测量与校正与校正 ialgSKE 校正图和直接读数校正图和直接读数 ElgF-测量测量与校正与校正 标准加入法标准加入法 设设cx为未知浓度，为未知浓度，Vx为未知浓度溶液的体积为未知浓度溶液的体积 cs为标准溶液浓度，为标准溶液浓度，Vs为标

15、准溶液的体积为标准溶液的体积加入标准溶液加入标准溶液前前测定电池电动势，有：测定电池电动势，有： xclgSKE1加入标准溶液加入标准溶液后后测定电池电动势，有：测定电池电动势，有： )V)/(VVcVlg(cSKEsxssxx2测量测量与校正与校正 标准加入法标准加入法 前、后所测定电池电动势相减，有：前、后所测定电池电动势相减，有： )V)/(VVcV/(cclgSEsxssxxxsxsxSEsx/VV-)/V(V10cc1/测量测量与校正与校正 格兰（格兰（Gran）图）图 Gran作图法作图法多次加入标准溶液：多次加入标准溶液： )(sxcclgSKE)(/sxcclgSKSE)(1010/sxSKSEcc )( sxccK思考题： 电池符号为：Pt | Fe3+, Fe2+ | Cu2+ | Cu,