Электрохимические методы анализа

Электрохимические методы анализа – совокупность методов качественного и количественного анализа, основанных на электрохимических явлениях, происходящих в исследуемой среде или на границе раздела фаз и связанных с изменением структуры, химического состава или концентрации анализируемого вещества. Электрохимические методы анализа делятся на пять основных групп: потенциометрию, вольтамперометрию, кулонометрию, кондуктометрию и диэлектрометрию.

Потенциометрия объединяет методы, основанные на измерении эдс обратимых электрохимических цепей, когда потенциал рабочего электрода близок к равновесному значению. Потенциометрия включает редоксметрию (группа методов количественного химического анализа, основанных на применении окислительно-восстановительных реакций), ионометрию и потенциометрическое титрование.

Вольтамперометрия основана на исследовании зависимости тока поляризации от напряжения, прикладываемого к электрохимической ячейке, когда потенциал рабочего электрода значительно отличается от равновесного значения. По разнообразию методов вольтамперометрия – самая многочисленная группа из всех. Электрохимические методы анализа, широко используются для определения веществ в растворах и расплавах (например, полярография, амперометрия).

Кулонометрия объединяет методы анализа, основанные на измерении количества вещества, выделяющегося на электроде в процессе электрохимической реакции в соответствии с законами Фарадея. Различают потенциостатическую и гальваностатическую кулонометрию, причём последняя включает прямой и инверсионный методы, электроанализ и кулонометрическое титрование.

К кондуктометрии относятся методы, в которых измеряют электропроводность электролитов (водных и неводных растворов, коллоидных систем, расплавов, твёрдых веществ). Кондуктометрический анализ основан на изменении концентрации вещества или химического состава среды в межэлектродном пространстве; он не связан с потенциалом электрода, который обычно близок к равновесному значению. Кондуктометрия включает прямые методы анализа (используемые, например, в солемерах) и косвенные (например, в газовом анализе) с применением постоянного или переменного тока (низкой и высокой частоты), а также хронокондуктометрию, низкочастотное и высокочастотное титрование.

Диэлектрометрия объединяет методы анализа, основанные на измерении диэлектрической проницаемости вещества, обусловленной ориентацией в электрическом поле частиц, обладающих дипольным моментом. Методы диэлектрометрии применяют для контроля чистоты диэлектриков, например для определения малых количеств влаги [45].

Явления поляризации могут быть и вредны, и полезны. Например, при электролизе они повышают расход электроэнергии, а при работе гальванического элемента понижают отдачу электроэнергии; зато при коррозии могут вести к торможению нежелательных процессов [46].

Потенциодинамический метод получил широкое распространение, как наиболее удобный метод изучения кинетики электродных процессов. Он заключается в получении и анализе анодных и катодных поляризационных кривых, то есть установление зависимости силы поляризующего тока от заданного значения потенциала. Установив для ряда значений потенциала соответствующие значения силы тока, строят кривые, отражающие зависимость плотности тока от потенциала, т.е. потенциодинамические кривые катодной и анодной поляризации. Снятие поляризационных кривых при изучении коррозионных процессов преследует различные цели. К ним можно отнести изучение кинетики катодного и анодного процессов, установление оптимальной величины защитного тока при применении катодной защиты, графический метод расчета скорости коррозии, исследование явления пассивности и другие.

В качестве альтернативных методов коррозионных исследований применяются также потенциостатический и гальваностатический методы. Методы различаются по способу снятия поляризационных кривых. Задавая и поддерживая постоянное значение плотности внешнего тока электрода, и фиксируя, устанавливающийся при каждой плотности тока значения потенциала, получают так называемую гальваностатическую кривую.

Если наоборот, поддерживают значение потенциала и измеряют устанавливающуюся плотность тока, то получают потенциостатическую кривую.

Наиболее простым прибором для снятия потенциодинамических поляризационных кривых является потенциостат. По мнению исследователей, потенциостат обладает ценными достоинствами: низкой стоимостью, высокой точностью, простой схемой.