Электрохимические методы аналитической химии основаны на измерении и
изучении процессов переноса заряда между электрическим электродом и
исследуемым веществом. Эти методы характеризуются высокой
чувствительностью, возможностью количественного определения микро- и
наномолярных концентраций, а также широким спектром применения для
анализа как органических, так и неорганических соединений. Классификация
электрохимических методов осуществляется по различным критериям, включая
тип измеряемой величины, характер исследуемого процесса и способ
регистрации сигнала.
1. Потенциометрические методы
Основной принцип: измерение электрического
потенциала электрода относительно эталонного электрода в системе,
находящейся в состоянии электростатического равновесия. Потенциал
зависит от активности определяемого иона в растворе.
Ключевые особенности:
- Не требуют протекания значимого тока;
- Позволяют определять ионы с высокой специфичностью при использовании
селективных электродов;
- Обеспечивают быстрый и точный контроль концентраций.
Примеры методов:
- Ионометрия с использованием стеклянных, ионообменных и газообменных
электродов;
- Флуоресцентно-потенциометрические методы на основе мембранных
электродов;
- Электроды рН, ионселективные электроды для катионов и анионов.
2. Амперометрические методы
Основной принцип: измерение тока, возникающего в
результате окислительно-восстановительных реакций на рабочем электроде
при заданном потенциале.
Ключевые особенности:
- Используются для количественного определения веществ, способных к
окислению или восстановлению;
- Позволяют проводить анализ как в стационарных, так и в динамических
условиях (например, при подаче реагента);
- Чувствительность напрямую связана с величиной тока, которая
пропорциональна концентрации вещества.
Основные разновидности:
- Токовые методы постоянного потенциала: измерение
стационарного тока при фиксированном потенциале;
- Полярографические методы: запись зависимости тока
от изменяемого потенциала (включая классическую дроповую полярографию и
модифицированные формы);
- Амперометрия при переменном потенциале: повышение
селективности за счёт модуляции напряжения.
3. Вольтамперометрические
методы
Основной принцип: регистрация зависимости
электрического тока от потенциала рабочего электрода при контролируемом
изменении напряжения.
Ключевые особенности:
- Обеспечивают детальную информацию о кинетике электрохимических
процессов;
- Позволяют идентифицировать вещества по потенциалам их окисления и
восстановления;
- Часто используются для изучения сложных многокомпонентных
систем.
Разновидности:
- Линейная вольтамперометрия: постепенное изменение
потенциала с фиксированной скоростью;
- Циклическая вольтамперометрия: многократное
циклическое изменение потенциала для исследования обратимости
реакций;
- Импульсные методы: потенциал подается серией
кратких импульсов, что повышает чувствительность и разрешение.
4. Кондуктометрические методы
Основной принцип: измерение электропроводности
раствора, которая изменяется при реакции анализируемого вещества с
реагентом или при изменении ионного состава.
Ключевые особенности:
- Чувствительны к ионной силе раствора;
- Применимы для определения сильных электролитов, а также для
мониторинга реакции нейтрализации;
- Простота измерений сочетается с возможностью автоматизации.
Примеры методов:
- Титриметрическая кондуктометрия;
- Эндпойнтовая регистрация при реакциях осаждения и
комплексообразования;
- Динамическая кондуктометрия для кинетического анализа.
5. Электрохимическая
импедансометрия
Основной принцип: измерение комплексного
сопротивления системы при подаче переменного сигнала различной
частоты.
Ключевые особенности:
- Позволяет исследовать интерфейсные процессы на электроде;
- Используется для изучения кинетики переноса заряда, диффузионных
процессов и адсорбции;
- Высокая информативность при анализе сложных многокомпонентных
систем.
Области применения:
- Анализ коррозионной стойкости материалов;
- Исследование биологических и полимерных систем;
- Разработка сенсоров и биосенсоров.
6. Классификация по типу
электрода
- Металлические электроды: прямое окисление или
восстановление вещества на поверхности металла;
- Ионообменные и селективные электроды: измерение
активности ионов через мембрану;
- Газовые электроды: определение растворённых газов
(например, кислород, аммиак) на основе специфической реакции.
7. Классификация
по характеру измеряемого сигнала
- Статические методы: измерение потенциала или тока
без существенного изменения системы;
- Динамические методы: регистрация изменения
потенциала, тока или проводимости во времени при протекании химической
реакции или при варьировании внешних условий.
Электрохимические методы анализа формируют мощный инструмент для
качественного и количественного исследования химических соединений. Их
классификация отражает разнообразие физических принципов, измеряемых
величин и способностей к селективному определению веществ в сложных
средах.