醫(yī)學(xué)電位法和永停滴定法課件

1、第9章 電位法和永停滴定法（ potentiometry and dead-stop titration）9-1 基本原理9-2 直接電位法9-3 電位滴定法9-4 永停滴定法 第9章 電位法和永停滴定法（ potentiometry 9-2 直接電位法一、溶液的pH測(cè)定指示電極參比電極原電池原電池的電動(dòng)勢(shì)電位差計(jì)目前最常用的指示電極是pH玻璃電極9-2 直接電位法一、溶液的pH測(cè)定指示電極參比電極原電池原（一）pH 玻璃電極1906年，M. Cremer(Z. Biol.,1906,47,562)首先發(fā)現(xiàn)玻璃電極可用于測(cè)定；1909年，F(xiàn). Haber(Z. Phys. Chem., 190

2、9, 67,385)對(duì)其系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究；30年代，玻璃電極測(cè)定pH的方法成為最為方便的方法(通過測(cè)定分隔開的玻璃電極和參比電極之間的電位差)；50年代，由于真空管的發(fā)明，很容易測(cè)量阻抗為100M以上的電極電位，因此其應(yīng)用開始普及；60年代，對(duì) pH 敏感膜進(jìn)行了大量而系統(tǒng)的研究，發(fā)展了許多對(duì) K+、Na+、Ca2+、F、NO3 響應(yīng)的膜電極并市場(chǎng)化。玻璃電極是最早使用的膜電極（一）pH 玻璃電極1906年，M. Cremer(Z. B1. 構(gòu)造普通pH玻璃電極：1. 球狀玻璃膜(Na2SiO3，厚0.1mm)2. 內(nèi)部溶液（pH 67的緩沖溶液和 0.1 mol/L 的KCl內(nèi)參比溶液 ）3.

3、 內(nèi)參比電極(Ag/AgCl)4. 玻璃（電極）管 5. 靜電隔離層 6. 電極導(dǎo)線1. 構(gòu)造普通pH玻璃電極：復(fù)合pH玻璃電極復(fù)合pH玻璃電極2. 響應(yīng)機(jī)制2. 響應(yīng)機(jī)制外部試液a外內(nèi)部參比a內(nèi)水化層水化層干玻璃Ag+AgCl電極膜組成：Na2O(21.4%)Ca2O(6.4%)SiO2(72.2%)水化層水化層干玻璃Ag+AgCl電極膜組成：水化凝膠層Gl-Na+ H+ Gl-H Na（玻璃膜） （溶液） （玻璃膜） （溶液） SiOH+H2O SiO- H3O+水化凝膠層Gl-Na+ H+ 相界電位的產(chǎn)生水泡前干玻璃層水泡（活化）后 水化凝膠層 Na+與H+進(jìn)行交換 形成雙電層 產(chǎn)生電位

4、差 擴(kuò)散達(dá)動(dòng)態(tài)平衡 達(dá)穩(wěn)定相界電位 (膜電位） 相界電位的產(chǎn)生水泡前干玻璃層膜電位的產(chǎn)生外相界電位內(nèi)相界電位膜電位如膜電位的產(chǎn)生外相界電位內(nèi)相界電位膜電位如玻璃電極電位皆為定值，故：，其中電極常數(shù)玻璃電極電位皆為定值，故：，其中電極常數(shù)3. 性能（1）轉(zhuǎn)換系數(shù)：S = 2.303RT/F 與溫度有關(guān)，理論值（25）為0.05916V/pH實(shí)際值：因則通常實(shí)際S小于理論值（不超過2mV），低于52mV/pH該電極就不宜再使用 。3. 性能（1）轉(zhuǎn)換系數(shù)：S = 2.303RT/F通常實(shí)際（2）不對(duì)稱電位但實(shí)際上仍有一個(gè)很小的電位存在不對(duì)稱電位如果則產(chǎn)生原因措施制作時(shí)內(nèi)、外膜受熱不同，所受張力不同

5、；使用時(shí)內(nèi)、外膜的水化程度不同，以及膜外表面受到機(jī)械磨損、化學(xué)腐蝕、脫水、沾污等作用而導(dǎo)致內(nèi)、外膜表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不完全一致所造成。水中浸泡24h以上，即可活化電極，又可使不對(duì)稱電位減小至最低且穩(wěn)定。（2）不對(duì)稱電位但實(shí)際上仍有一個(gè)很小的電位存在不對(duì)稱電位（3）堿差與酸差堿差：在 pH9時(shí)，玻璃電極對(duì)Na等堿金屬離子也有響應(yīng)，結(jié)果由電極電位反映出來的H活度高于真實(shí)值，即pH低于真實(shí)值，產(chǎn)生負(fù)誤差的現(xiàn)象。酸差：在pH1時(shí)，如強(qiáng)酸性溶液中，或鹽濃度較大時(shí)，或某些非水溶液中，pH的測(cè)量往往偏高的現(xiàn)象。這是由于傳送H是靠H2O，水分子活度變小，a( H3O+)也就變小了。普通pH玻璃電極的線性范圍：19

6、（3）堿差與酸差堿差：在 pH9時(shí)，玻璃電極對(duì)Na等堿金鋰玻璃電極（高堿玻璃電極）電極膜組成：Li2O(28%)、Cs2O(5%)、La2O3(4%)、SiO2(63%)pH測(cè)量范圍:0.513.5鋰玻璃電極（高堿玻璃電極）電極膜組成：Li2O(28%)、C（二）測(cè)量原理和方法（二）測(cè)量原理和方法1. 測(cè)量原理其中：L為液體接界電位；(-)Ag, AgCl | HCl | 玻璃膜 | 試液溶液 KCl(飽和） | Hg2Cl2（s）， Hg(+)可見其中包括了SCE的電極電位、液體接界電位和玻璃電極常數(shù)（不對(duì)稱電位、內(nèi)參比電極電位）等的復(fù)合常數(shù) 。1. 測(cè)量原理其中：L為液體接界電位；(-)A

7、g, AgC2. 測(cè)量方法將兩個(gè)電極先后一起插入pH已知的標(biāo)液和未知的待測(cè)溶液pH的實(shí)用（操作）定義兩次測(cè)量法2. 測(cè)量方法將兩個(gè)電極先后一起插入pH已知的標(biāo)液和pH的實(shí)醫(yī)學(xué)電位法和永停滴定法課件殘余液接電位 在兩次測(cè)量法中，由于SCE在標(biāo)準(zhǔn)緩沖液和試液中的液接電位不可能完全相同，二者之差稱為殘余液接電位。因此選擇標(biāo)準(zhǔn)緩沖液pHs應(yīng)盡可能地與待測(cè)pHx相接近，以減少殘余液接電位造成的測(cè)量誤差。通?？刂苝Hs和pHx之差在3個(gè)pH單位之內(nèi)。 殘余液接電位 在兩次測(cè)量法中，由于SCE在標(biāo)（三）測(cè)量?jī)x器 例如：玻璃電極的內(nèi)阻為108，要求測(cè)量誤差小于0.1%，則儀器的輸入阻抗應(yīng)不低于1011。當(dāng)輸入

8、阻抗為1012，測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)為1V時(shí)，流過原電池的電流為10-12A。輸入阻抗愈高，通過回路的電流愈小，愈接近零電流下測(cè)量的條件。專門為此設(shè)計(jì)的pH計(jì)（或稱酸度計(jì)）是測(cè)量試液pH或電池電動(dòng)勢(shì)的專業(yè)儀器。 由于玻璃電極的內(nèi)阻很高，電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量不能用普通的電位計(jì)。（三）測(cè)量?jī)x器 例如：玻璃電極的內(nèi)阻為108，要求測(cè)量 pH計(jì)操作 零點(diǎn)調(diào)節(jié)旋鈕 當(dāng)電極間無測(cè)量信號(hào)時(shí)先調(diào)節(jié)零點(diǎn)調(diào)節(jié)旋鈕使輸出顯示在電氣零點(diǎn)。溫度補(bǔ)償器將溫度補(bǔ)償器旋鈕指向試液溫度，使轉(zhuǎn)換系數(shù)符合該溫度下特定數(shù)值（2.303RTF）。為了避免在不同溫度下中產(chǎn)生測(cè)量誤差，測(cè)量時(shí)必須注意試液與標(biāo)準(zhǔn)溶液溫度的盡量一致。 pH計(jì)操作 零點(diǎn)調(diào)

9、節(jié)旋鈕 當(dāng)電極間無測(cè)量信號(hào)時(shí)先調(diào)節(jié)零點(diǎn) pH計(jì)的操作斜率調(diào)節(jié)旋鈕 在pH精密測(cè)量中常采用兩點(diǎn)校正法。在定位后，再用另一種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液核對(duì)儀器示值，若顯示值與其標(biāo)準(zhǔn)值相差大于0.02pH單位，則應(yīng)調(diào)節(jié)斜率旋鈕使示值與標(biāo)準(zhǔn)值相符。否則須檢查儀器或更換電極至符合要求。 定位旋鈕（或校正鈕） pH計(jì)測(cè)量試液的pH值是以標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH值為基礎(chǔ)，在比較中得到試液的pH值。定位旋鈕的作用在于抵消內(nèi)外參比電極電位、不對(duì)稱電位和液接電位的影響。為了減小測(cè)量誤差，標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH值應(yīng)盡可能與試液的pH值接近。 pH計(jì)的操作斜率調(diào)節(jié)旋鈕 在pH精密測(cè)量中常采用兩點(diǎn)校正（一）離子選擇電極基本結(jié)構(gòu)及電極電位二、其他

10、離子活（濃）度的測(cè)定響應(yīng)離子為陽離子時(shí)取“+”響應(yīng)離子為陰離子時(shí)取“”離子交換和擴(kuò)散（一）離子選擇電極基本結(jié)構(gòu)及電極電位二、其他離子活（濃）度的（二） 分類（二） 分類1.基本電極均相膜電極：膜材料由一種或幾種化合物的均勻混合物的晶體制成 （1）晶體電極(crystalline electrode) 電極膜由難溶鹽的單晶、多晶或混晶制成。使用條件：氟離子選擇電極適用的pH范圍為pH57。LaF3 + 3OH = La(OH)3 + 3F- HF = H + F-非單晶體電極，是難溶鹽Ag2S和Ag以及Ag2S和MS做成的電極Cl-，Br-，I，CN，Ag，S2-，Cu2+，Pb2+，Cd2+等

11、。1.基本電極均相膜電極：膜材料由一種或幾種化合物的均勻混合硫化銀膜電極 離子接觸型 全固態(tài)型硫化銀膜電極 離子接觸型 全固態(tài)型非均相膜電極：加入某種惰性材料（如硅橡膠、聚氯乙烯或石蠟等）制成電極膜。（2）非晶體電極(non- crystalline electrode)電極膜由非晶體材料或化合物均勻分散在惰性支持物中制成。剛性基質(zhì)電極：電極膜由特定玻璃吹制而成的玻璃電極。目前有H+，Na+，K+，Ag+，Li+的玻璃電極。流動(dòng)載體電極：非均相膜電極：加入某種惰性材料（如硅橡膠、聚氯乙烯或石蠟等 被測(cè)離子玻璃組成（摩爾比）近似選擇性系數(shù)Li+Na+Na+K+Ag+15Li2O-25Al2O3-

12、60SiO211Na2O-18Al2O3-71SiO210.4Li2O-22.6Al2O3-67SiO227Na2O-5Al2O3-68SiO211Na2O-18Al2O3-71SiO2KLi+,Na+=0.3, KLi+, K+10-3KNa+,K+=3.610-4 (pH=11)KNa+,K+=3.310-4 (pH=7)KNa+,K+=10-5KK+, Na+=5 10-2KAg+, Na+=10-3玻璃（剛性基質(zhì)）電極 被測(cè)離子玻璃組成（摩爾比）近似選擇性系數(shù)Li+15Li NO3-：(季銨類硝酸鹽+鄰硝基苯十二烷醚+5%PVC) Ca2+：(二癸基磷酸鈣+苯基磷酸二辛酯+微孔膜) K

13、+：(冠醚+鄰苯二甲二戊酯+PVC-環(huán)已酮)幾種流動(dòng)載體電極：(RO)2PO2 - Ca2+ (有機(jī)相) = 2 (RO)2PO2 -(有機(jī)相) + Ca2+ (水相) NO3-：(季銨類硝酸鹽+鄰硝基苯十二烷醚2. 敏化電極（1）氣敏電極k 2. 敏化電極（1）氣敏電極k 氣敏電極一覽表氣敏電極一覽表（2）酶電極 基于界面酶催化化學(xué)反應(yīng)的敏化電極； 酶特性：酶是具有特殊生物活性的催化劑，對(duì)反應(yīng)的選擇性強(qiáng)，催化效率高，可使反應(yīng)在常溫、常壓下進(jìn)行； 可被現(xiàn)有離子選擇性電極檢測(cè)的常見的酶催化產(chǎn)物： CO2，NH3，NH4+，CN-，F(xiàn)-，S2-，I-，NO2-尿素酶（2）酶電極 基于界面酶催化化學(xué)

14、反應(yīng)的敏化電如 CO(NH2 )2 + H2O 2NH3 + CO2 氨電極檢測(cè) 葡萄糖 + O2 + H2O 葡萄糖酸 + H2 O2氧電極檢測(cè)R-CHNH2 COO- +O2 +H2 O -COCOO- +NH4+ +H2 O2 氨基酸通過以上反應(yīng)后檢測(cè)，或進(jìn)一步氧化放出 酶電極的制作中，酶的固定是關(guān)鍵，它決定了酶電極的使用壽命，并對(duì)靈敏度，重現(xiàn)性等性能影響很大。如 葡萄糖 + O2 + H2O 組織電極的酶源與測(cè)定對(duì)象一覽表組織電極的酶源與測(cè)定對(duì)象一覽表（三）離子選擇電極的性能Nernst響應(yīng)線性范圍和 檢測(cè)下限 2. 選擇性 （三）離子選擇電極的性能Nernst響應(yīng)線性范圍和 2. 選

15、例題1： 用pNa玻璃膜電極（KNa+，K+= 0.001）測(cè)定pNa=3的試液時(shí),如試液中含有pK=2的鉀離子,則產(chǎn)生的誤差是多少?解: 誤差%=(KNa+，K+ aK+ )/aNa+100% =(0.001102)/103100% =1%例題1： 用pNa玻璃膜電極（KNa+，K+=三、定量分析的條件和方法1. 定量條件離子強(qiáng)度酸度離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑pH緩沖溶液干擾離子掩蔽劑總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖劑（TISAB）total ionic strength adjustment buffer 三、定量分析的條件和方法1. 定量條件離子強(qiáng)度酸度離子強(qiáng)度調(diào)2. 定量方法（1）兩次測(cè)量法 （2）標(biāo)準(zhǔn)曲線法

16、線性回歸方程 （3）標(biāo)準(zhǔn)加入法 2. 定量方法（1）兩次測(cè)量法 （2）標(biāo)準(zhǔn)曲線法 線性回歸方四、測(cè)量誤差四、測(cè)量誤差單選題1. pH玻璃電極的響應(yīng)機(jī)理與膜電位的產(chǎn)生是由于（ ）A、氫離子進(jìn)入玻璃膜的晶格缺陷而形成雙電層結(jié)構(gòu)B、氫離子穿透玻璃膜而形成雙電層C、氫離子在玻璃膜表面進(jìn)行離子交換和擴(kuò)散而形成雙電層結(jié)構(gòu)D、鈉離子在玻璃膜中移動(dòng)而形成雙電層結(jié)構(gòu) 3. 總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖劑中不含有（ ） A、電解質(zhì) B、pH緩沖劑 C、配位劑 D、氧化劑2. 一般認(rèn)為pH玻璃電極膜電位產(chǎn)生的機(jī)理是（ ）A 氫離子穿過玻璃膜 B 氫離子的交換和擴(kuò)散C 電子得失 D 電子擴(kuò)散單選題3. 總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖劑中不

17、含有（ ）2. 一4. 根據(jù)離子選擇性電極的分類，玻璃電極屬于（ ） A.晶體電極 B.非晶體電極 C.氣敏電極 D.酶電極5. 普通pH玻璃電極適用的pH范圍是（ ）。A. 014 B. 114 C. 0 9 D. 1 96. 測(cè)定溶液的pH值時(shí)，為了消除玻璃電極的不對(duì)稱電位，酸度計(jì)上均有（ ）零點(diǎn)調(diào)節(jié)器 B. 定位調(diào)節(jié)器 C. 溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)器 D. 量程選擇開關(guān)7. 離子選擇電極的電極選擇性系數(shù)可用于（ ）A、估計(jì)電極的檢測(cè)限 B、 估計(jì)干擾離子的干擾程度C、計(jì)算電極響應(yīng)斜率 D、 估計(jì)電極的線性響應(yīng)范圍4. 根據(jù)離子選擇性電極的分類，玻璃電極屬于（ ）5.8. 若K (Li+,K+ )=

18、 4.010-4 ，說明此電極對(duì)Li+的響應(yīng)比對(duì)K+的響應(yīng)高（ ）倍。A、500 B、2500 C、4000 D、 0.00049. 已知K (Na+,K+ )= 3.610-4 ，在2.010-5mol/L 的NaCl溶液中，K+的濃度為1.510-4mol/L，由于K+的干擾產(chǎn)生的相對(duì)誤差是（ ）。A、0.48% B、0.27% C、0.027% D、4.8%10. 已知K (H+,K+ )= 1.010-11 ，在pH=5的溶液中，若要使測(cè)定的誤差小于0.1%，允許Na+存在的最高濃度是（ ）。A、1.010-6mol/L B、2.010-3mol/L C、1.010-4mol/L D、

19、4.010-4mol/L8. 若K (Li+,K+ )= 4.010-4 ，說明此11. 玻璃電極在使用前需在水中浸泡24小時(shí)以上。其目的是（ ）A. 消除不對(duì)稱電位。 B. 消除液接電位 C. 清洗電極 D. 使不對(duì)稱電位減小并處于穩(wěn)定值12. 用離子選擇電極進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需用磁力攪拌器攪拌溶液，這是為了（ ）A. 減小濃差極化 B. 加快響應(yīng)速度 C. 使電極表面保持干凈 D. 消除液接電位。13. 測(cè)定pH約為4的硫酸阿托品滴眼液，最好選擇（ ）標(biāo)準(zhǔn)緩沖液定位A. 草酸三氫鉀（1.68） B. 鄰苯二甲酸氫鉀（4.00）C. 混合磷酸鹽（6.86） D. 硼砂（9.18）11. 玻璃電極在

20、使用前需在水中浸泡24小時(shí)以上。其目的是（14. pH計(jì)的“校正”旋鈕不具有的作用是（ ）A. 校正溫度的影響 B. 抵消SCE的電極電位C. 抵消指示電極的電極常數(shù) D. 抵消玻璃電極的不對(duì)稱電位15. 在電位法中作為指示電極，其電位應(yīng)與被測(cè)離子的濃度（ ）。A 無關(guān) B 成正比 C 的對(duì)數(shù)成正比 D 符合能斯特公式的關(guān)系 16. 離子選擇電極在使用時(shí)，每次測(cè)量前都要將其電位清洗至一定值，即固定電極的預(yù)處理?xiàng)l件，這樣做的目的是（ ）A 避免存儲(chǔ)效應(yīng)（遲滯效應(yīng)或記憶效應(yīng)） B 消除電位不穩(wěn)定性 C 清洗電極 D 提高靈敏度14. pH計(jì)的“校正”旋鈕不具有的作用是（ ）15. 填充：1. 離子

21、選擇性電極一般由 、 、 和 四個(gè)部分所組成。2. 在直接電位法中使用標(biāo)準(zhǔn)加入法定量，加入標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積要 ，濃度要 。4. 根據(jù)IUPAC的建議，離子選擇性電極分為兩大類，即 和 。3. pH玻璃電極的電極電位與試液pH值的關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 。5. 各種離子選擇電極的電極膜具有與 和 相同的離子。其膜電位產(chǎn)生的機(jī)理是 。6. 溶液pH值測(cè)定時(shí)，通常采用玻璃電極作 電極，用飽和甘汞電極作 電極。填充：2. 在直接電位法中使用標(biāo)準(zhǔn)加入法定量，加入標(biāo)準(zhǔn)溶液的7. 在直接電位法中，若試樣基質(zhì)組成復(fù)雜，變動(dòng)性大時(shí)，常使用“總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖劑”。其作用是維持標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液具有相同的 和 。8.

22、用離子選擇電極以“一次加入標(biāo)準(zhǔn)法”進(jìn)行定量分析時(shí)，應(yīng)要求加入標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積要 濃度要 ，這樣做的目的是 。9. 在直接電位法中，由于離子選擇性電極的電位是依賴于離子的 度而不是 度，只有當(dāng)離子 固定不變時(shí)，電位才與 度的 值成直線關(guān)系。10. pH玻璃電極的膜電位來源于 ，而不象SCE那樣來源于 。7. 在直接電位法中，若試樣基質(zhì)組成復(fù)雜，變動(dòng)性大時(shí)，常使用判斷：1. 堿差是指當(dāng)溶液pH9時(shí)，pH的測(cè)量值高于真實(shí)值而產(chǎn)生的正誤差。（ ）2. 在直接電位法中，離子的價(jià)態(tài)（n）越高，電動(dòng)勢(shì)測(cè)量的相對(duì)誤差越小。（ ）3.（ ）離子選擇電極的電極電位與被測(cè)離子活度或濃度符合Nernst方程 既 ISE與C之間呈線性關(guān)系。4.（ ）普通玻璃電極不能用于測(cè)定pH9的溶液，這是由于OH在電極上響應(yīng)。判斷：2. 在直接電位法中，離子的價(jià)態(tài)（n）越高，電動(dòng)勢(shì)測(cè)量簡(jiǎn)答：1. 在溶液pH測(cè)量中，不