Аппаратурно-программное обеспечение вольтамперометрического определения ионов металлов в отработанных электролитах и промышленных водах гальванических производств

реферат

1.2 Стадии инверсионного вольтамперометрического анализа

вольтамперометриеский анализ инверсионный ион

Одним из наиболее чувствительных электрохимических методов анализа, позволяющим определять содержание веществ на уровне десятых и сотых мкг/л, является метод инверсионной вольтамперометрии (ИВ).

Измеряемым параметром в методе ИВ является ток. При этом ток измеряют в зависимости от напряжения, приложенного к электродам электрохимической ячейки, регистрируя вольтамперную кривую. Метод легко поддается автоматизации, требует применения легкодоступных реактивов в небольшом количестве (максимально до 30 мл на одну пробу) и, как правило, относительно прост в реализации. По чувствительности и перечню определяемых микроэлементов ИВ сравнима с атомно-абсорбционной спектроскопией. Последняя обладает более высокой точностью результатов анализа, но высокая стоимость атомно-абсорбционных спектрометров делает этот метод недоступным для большого числа аналитических лабораторий России.

К преимуществам ИВ следует отнести относительно низкую стоимость оборудования, а также возможность определения форм элементов. Например, при анализе воды на содержание мышьяка можно установить содержание As(III) и As(V), на содержание йода - иодид-ионов, иодат-ионов и йодорганических соединений. И хотя точность метода ИВ и уступает точности атомно-абсорбционной спектроскопии, показатели качества большинства вольтамперометрических методик не превышают установленных норм.

Говоря о методе ИВ, чаще выделяют две основные стадии: накопление элемента на поверхности электрода и регистрация тока растворения концентрата.

Поэтому, наверное, все вольтамперометрические анализаторы позволяют выполнять эти стадии с максимальным эффектом. Стоит лишь подчеркнуть, что их техническая реализация для каждого из видов анализаторов различно и, в первую очередь, зависит от типа используемого рабочего электрода и его конструкции. Поэтому уровень и качество вольтамперометрических приборов и методик на сегодняшний день определяются не условиями выполнения двух основных стадий, а уровнем реализации дополнительных стадий: подготовки к регистрации и расшифровки вольтамперограмм. Рассмотрим требования к каждой из стадий для обеспечения высокого качества анализа. Стадия подготовки должна позволять выполнение следующих задач: частичная регенерация поверхности рабочего электрода; перевод определяемого элемента в электрохимически активное состояние; устранение мешающего влияния компонентов раствора пробы. Последние две задачи могут быть решены при проведении предварительной подготовки пробы к анализу, но это приведет к его усложнению. Например, УФ-облучение или электрохимическая обработка пробы в ячейке анализатора заменяет процесс минерализации питьевых вод при определении цинка, кадмия, свинца и меди. Озонирование - сокращает подготовку проб воды при определении ртути до 3-5 минут, а пропускание озона через раствор пробы непосредственно в анализаторе позволяет упростить этот процесс. Конечно, при определении ряда элементов (особенно в почве и воздухе) предварительная подготовка проб является обязательным условием. Но ее время может быть сокращено за счет проведения последних этапов непосредственно в анализаторе в автоматическом режиме. Например, перевод определяемого элемента в электрохимически активное состояние при анализе почвенных вытяжек. Таким образом, возможности стадии подготовки к регистрации зависят от наличия дополнительных устройств в анализаторе (УФ-лампа, подача озона и инертного газа) и технической возможности проведения электрохимической обработки электродов и раствора пробы. Эффективность стадии зависит от используемой методики анализа, т.е. от оптимальности подобранных условий подготовки. При этом задача химика - аналитика сводится к внесению в ячейку анализатора точно отмеренного объема пробы и реактивов. При этом следует обратить внимание на срок годности и марку используемых реактивов.

Стадия расшифровки (разметки) вольтамперограмм, т.е. выделение пика тока на вольтамперограмме (аналитического сигнала) для измерения его значения, требует особого внимания. Допущенные на этой стадии ошибки могут привести к увеличению погрешности результатов анализа в десятки раз, особенно при регистрации маленьких пиков с нечетко выраженными границами.

Выделение пика тока на вольтамперограмме осуществляется по одному из трех способов:

- в ручном режиме - химик-аналитик, пользуясь возможностями программы, под управлением которой работает прибор, сам проводит выделение пика, а программа фиксирует его высоту;

- автоматический - программа сама проводит выделение и измерение высоты пика;

- полуавтоматический - программа предлагает вариант выделения пика, а химик-аналитик в случае неверной разметки вносит свои коррективы.

Первый вариант может приводить к дополнительным погрешностям результата анализа, так как требует специальных навыков и знаний химика-аналитика. Избежать этого можно только при сочетании следующих условий: в прописи методики или в Руководстве по применению программного обеспечения подробно описана процедура выделения пика; химик-аналитик полностью освоил процедуру выделения пика (самостоятельно или при прохождении учебы); процедура выделения пика достаточно проста и позволяет проводить эффективное выделение пиков различной формы и высоты. Если все эти условия выполнены, то разметка вольтамперограмм не будет приводить к увеличению погрешности результатов анализа.

Автоматический способ расшифровки вольтамперограмм является идеальным решением проблемы, но только в том случае, если он позволяет проводить верное выделение пиков различной высоты и формы, что на практике реализовать достаточно сложно. Недостатком данного способа является отсутствие возможности у химика-аналитика в случае неверной разметки внести свои поправки и предотвратить увеличение погрешности результатов. С этой точки зрения предпочтительным оказывается третий вариант выделения сигнала, совмещающий автоматический способ с возможностью химика-аналитика руководить процессом выделения сигнала. Однако, в этом случае ответственность за правильность измерения несет химик-аналитик, а значит, он должен четко знать, каким образом и по какому принципу должен быть выделен пик тока на вольтамперограмме.

Стадией анализа, завершающей измерения, является расчет результатов анализа. Для расчета концентрации определяемого элемента в методе ИВ может быть применено несколько методов: расчет концентрации по градуировочному графику, по стандарту и расчет концентрации методом стандартных добавок. Метод расчета устанавливают при разработке и аттестации методики анализа. Так как анализаторы работают под управлением компьютера, то и расчет результатов анализа проводится автоматически. Задача химика-аналитика на этой стадии - верно указать параметры анализируемой пробы.

Для обобщения вышесказанного в таблице 1.1 приведены факторы, оказывающие максимальное влияние на точность результатов анализа при проведении измерения методом ИВ.

Таблица 1.1 - Факторы, влияющие на точность результатов анализа

Стадия измерений

Факторы

Подготовка пробы к измерениям

Методика анализа, работа химика-аналитика

Подготовка электродов и растворов к регистрации аналитического сигнала

Вольтамперометрический анализатор, методика анализа

Концентрирование элемента на поверхности рабочего электрода

Рабочий электрод, методика анализа

Регистрация вольтамперограммы

Вольтамперометрический анализатор, рабочий электрод, методика анализа

Расшифровка вольтамперограммы

Программное обеспечение, работа химика-аналитика

Расчет результатов анализа

Программное обеспечение, методика анализа

Из таблицы видно, что уровень реализации практически всех стадий анализа зависит от методики анализа, т.е. от того насколько оптимально подобраны условия проведения измерений, насколько отработана методика на различных типах проб анализируемого объекта. Задача же химика-аналитика заключается в правильном воспроизведении этих условий. Для этого методика анализа и инструкции по применению анализатора должны быть достаточно подробно и понятно изложены [8].

Делись добром ;)