食品化学仪器分析 第四章第2节 电极的构造和原理

第四章 二、电极与电极分类 电化学分析法二、离子选择性电极 的种类和结构 第二节 三、离子选择电极的 电极的构造和原理特性 下页

第四章 电化学分析法 第二节 电极的构造和原理 一、电极与电极分类 二、离子选择性电极 的种类和结构 三、离子选择电极的 特性

导线 电极与电极分类 ∠导线 绝缘体 1.参比电极 丝 橡皮帽 铂汞汞 内部电极 +甘汞 标准氢电极:基准,电位 多孔物质 KCl溶液 多孔物质 值为零(任何温度)。 内部电极示意图 橡皮帽 甘汞电极: 电极反应:Ha2Cl2+2e-=2Hg+2Cl 半电池符号:Hg,Hg2Cl2(固)KCl 电极电位:(25℃) Hg2 CI/Hg ER2+CI/Hg 2 g(Hg2 C12 0.059 a(Hg).a(CI) E Hg2 CI/Hg Hg Cl/Hg 0.059lga(C) 电极内溶液的C活度一定,甘汞电极电位固定 上页下页返回

一、电极与电极分类 甘汞电极: 电 极 反应：Hg2Cl2 + 2e- = 2Hg + 2 Cl- 半电池符号：Hg，Hg2Cl2（固）KCl 电极电位：（25℃） 电极内溶液的Cl-活度一定，甘汞电极电位固定。 0.059lg (Cl ) (Hg) (Cl ) (Hg Cl ) lg 2 0.059 O Hg Cl/Hg Hg Cl/Hg 2 2 O 2 2 Hg Cl/Hg Hg Cl/Hg 2 2 2 2 2 2 − − = −  = + + + E E a a a a E E 1.参比电极 标准氢电极: 基准，电位 值为零(任何温度)

表4-2-1甘汞电极的电极电位(25℃) 01moML甘汞电极『标准甘汞电极NCE)饱和甘汞电极(SCE) KCl浓度 0.1 mol/L 1. 0 mol/L 饱和溶液 电极电位(V) +0.3365 +0.2828 +0.2438 温度校正,对于SCE,t℃时的电极电位为: E=0.2438-76×10(t25)(V) 上页下页返回

表4-2-1甘汞电极的电极电位（ 25℃） 0.1mol/L 甘汞电极 标准甘汞电极(NCE) 饱和甘汞电极(SCE) KCl 浓度 0.1 mol / L 1.0 mol / L 饱和溶液 电极电位（V） +0.3365 +0.2828 +0.2438 温度校正，对于SCE，t℃时的电极电位为： Et= 0.2438- 7.6×10-4 (t-25) （V）

银-氯化银电极: 银丝镀上一层AgC沉淀,浸在一定浓度的KC溶液中即构 成了银氯化银电极 电极反应:AgCl+e=Ag+C 半电池符号:Ag,AgCI(固KCI 电极电位(25℃): Cagiva=E0gCg-0.059gc 导线 目-KCl溶液 镀AgC1的Ag丝 多孔物质 上页下页返回

银丝镀上一层AgCl沉淀,浸在一定浓度的KCl溶液中即构 成了银-氯化银电极。 电极反应：AgCl + e- == Ag + Cl- 半电池符号：Ag，AgCl（固）KCl 电极电位（25℃）：EAgCl/Ag = E AgCl/Ag - 0.059lgaCl- 银-氯化银电极：

银-氯化银电极: 电极电位(25℃): cagiva= EAgCva-0.059gq 表4-22银氯化银电极的电极电位(25℃) 01 Imo/LA9-AgCI电极标准AA电极饱和AA电极 KCl浓度 0. 1 mol /L 1.0 mol /L 饱和溶液 电极电位(V) +0.2880 0.2223 +0.2000 温度校正,(标准Ag-AgC电极) 导线 t℃时的电极电位为: KC1溶液 E=0.2223-6×10-4(t25)(V) 镀AgC1的Ag丝 多孔物质 上页下页返回

温度校正，（标准Ag-AgCl电极）， t ℃时的电极电位为： Et= 0.2223- 6×10-4(t-25) (V） 电极电位（25℃）：EAgCl/Ag = E AgCl/Ag - 0.059lgaCl- 表4-2-2 银-氯化银电极的电极电位（25℃） 0.1mol/LAg-AgCl 电 极 标准 Ag-AgCl 电极 饱和 Ag-AgCl 电极 KCl 浓度 0.1 mol / L 1.0 mol / L 饱和溶液 电极电位（V） +0.2880 +0.2223 +0.2000 银-氯化银电极：

2.指示电极 第一类电极—金属-金属离子电极 例如: Ag-AgNO3电极(银电极), Zn-ZnSO4电极(锌电极)等。 电极电位为:EM叶M=E0M+M-0.059ga叶 第一类电极的电位仅与金属离子的活度有关。 第二类电极—金属-金属难溶盐电极 二个相界面,常用作参比电极 上页下页返回

2．指示电极 第一类电极──金属-金属离子电极 例如:Ag-AgNO3电极(银电极)， Zn-ZnSO4电极(锌电极)等。 电极电位为： EM n+ /M = E M n+ /M - 0.059lgaM n+ 第一类电极的电位仅与金属离子的活度有关。 第二类电极──金属-金属难溶盐电极 二个相界面,常用作参比电极

第三类电极—汞电极 金属汞(或汞齐丝)浸入含有少量Hg2+EDIA配合物及 被测金属离子的溶液中所组成。 根据溶液中同时存在的Hg2+和M叶与EDTA间的两个配位 平衡,可以导出以下关系式: E(Hg22*/Hg)=E(Hg2+/Hg)-0.059lgay'+ 惰性金属电极 电极不参与反应,但其晶格间的自由电子可与溶液进行交 换。故惰性金属电极可作为溶液中氧化态和还原态获得电子 或释放电子的场所。 上页下页返回

第三类电极──汞电极 金属汞（或汞齐丝）浸入含有少量Hg2+ -EDTA配合物及 被测金属离子的溶液中所组成。 根据溶液中同时存在的Hg2+和Mn+与EDTA间的两个配位 平衡，可以导出以下关系式： E(Hg2 2+ /Hg )= E (Hg2 2+ /Hg )- 0.059lgaM n+ 惰性金属电极 电极不参与反应，但其晶格间的自由电子可与溶液进行交 换。故惰性金属电极可作为溶液中氧化态和还原态获得电子 或释放电子的场所

膜电极 特点:对特定离子有选择性响应(离子选择性电极)。 膜电极的关键:选择膜(敏感元件)。 敏感元件:单晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜。 膜内外被测离子活度的不同而产生电位差。 将膜电极和参比电极一起插到被测溶液中,则电池为 外参比电极‖被测溶液(a1未知)|内充溶液(a1一定)|内参比电极 (敏感膜) 内外参比电极的电位值固定,且内充溶液中 Ag-AgCl 内参比 离子的活度也一定,则电池电动势为: RT 氟离子选择膜电极 E=E±=lna 氟化镧 nF 单晶膜 上页下页返回

膜电极: 特点：对特定离子有选择性响应(离子选择性电极)。 膜电极的关键：选择膜(敏感元件)。 敏感元件：单晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜。 膜内外被测离子活度的不同而产生电位差。 将膜电极和参比电极一起插到被测溶液中，则电池为: 外参比电极‖被测溶液( ai未知)∣ 内充溶液( ai一定)∣ 内参比电极 （敏感膜） 内外参比电极的电位值固定，且内充溶液中 离子的活度也一定，则电池电动势为： ai nF RT E = E  ln

二、离子选择性电极的种类和结构 1.晶体膜电极 氟离子选 Ag-AgCl 结构:(氟电极) 内参比 电极 敏感膜:(氟化镧单晶): 择膜 F、CI 内参比 掺有EuF2的LaF3单晶切片; 溶液 电 极 氟化镧 内参比电极:Ag-AgC1电极(管内) 单晶膜 内参比溶液:0.1 mol/L Nacl+0.1 molL NaF混合溶液 F用来控制膜内表面的电位,C用以固定内参比电极的 电位。 上页下页返回

二、离子选择性电极的种类和结构 1.晶体膜电极 结构:（氟电极） 敏感膜：（氟化镧单晶）： 掺有EuF2 的LaF3单晶切片； 内参比电极：Ag-AgCl电极（管内） 内参比溶液：0.1 mol/L NaCl + 0.1 mol/L NaF 混合溶液 F -用来控制膜内表面的电位，Cl-用以固定内参比电极的 电位

原理 LaF的晶格中有空穴,在晶格上的F可氟 以移入晶格邻近的空穴而导电。对于一定的 Ag-AgCl 内参比 子选择膜电极 晶体膜,离子的大小、形状和电荷决定其是选 F、CI 否能够进入晶体膜内,故膜电极一般都具有臟 内参比 较高的离子选择性。 氟化镧 单晶膜 当氟电极插入到F溶液中时,F在晶体 膜表面进行交换。25℃时 膜=K-0.0591gr=K+0.059pF 高选择性,需要在pH5~7之间使用, pH高时:溶液中的OH与氟化镧晶体膜中的F交换; pH较低时:溶液中的F生成HF或HF2。 上页下页返回

原理: LaF3的晶格中有空穴，在晶格上的F -可 以移入晶格邻近的空穴而导电。对于一定的 晶体膜，离子的大小、形状和电荷决定其是 否能够进入晶体膜内，故膜电极一般都具有 较高的离子选择性。 当氟电极插入到F -溶液中时，F -在晶体 膜表面进行交换。25℃时： E膜 = K - 0.059 lgaF -= K + 0.059 pF 高选择性，需要在pH5～7之间使用， pH高时：溶液中的OH-与氟化镧晶体膜中的F -交换; pH较低时：溶液中的F -生成HF或HF2 -