PřF:C7050 Elektroanalytické metody - Informace o předmětu

C7050 Elektroanalytické metody

Rozsah

2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučováno kontaktně

Vyučující

prof. RNDr. Jan Hrbáč, Ph.D. (přednášející)
prof. RNDr. Přemysl Lubal, Ph.D. (přednášející)

Garance

prof. RNDr. Přemysl Lubal, Ph.D.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta

Rozvrh

Čt 8:00–9:50 C14/207

Předpoklady

Základy analytické a fyzikální chemie ve formě předmětů C4050 Analytická chemie II, C4020 Fyzikální chemie II, C4660 Fyzikální chemie I, C5160 Fyzikální chemie - praktikum.

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Analytická chemie (program PřF, N-CHE)
• Fyzikální chemie (program PřF, N-CHE)

Cíle předmětu

Cílem výuky je seznámit studenty s elektroanalytickými metodami a možnostmi jejich využití v analytické praxi. Kromě klasifikace metod (konduktometrie, potenciometrie, elektrogravimetrie, coulometrie, voltametrické a amperometrické metody) je kladen důraz na vysvětlení fyzikálně-chemických principů těchto metod a na jejich uplatnění v chemické analýze. Absolvováním tohoto kurzu budou studenti vybaveni znalostmi základů elektroanalytických metod využitelných v laboratořích základního a aplikovaného výzkumu.

Výstupy z učení

Studenti získají teoretické a praktické znalosti v oblasti elektroanalytických metod.

Osnova

• 1. Úvod – historický přehled, literatura. Základní pojmy a veličiny (náboj, napětí, proud, odpor a vodivost, kapacita, indukčnost). Elektroaktivní molekula/částice, elektrochemický potenciál, Nernstova rovnice, napětí článku. Rozdělení elektroanalytických metod.
  2. Konduktometrie a dielektrimetrie. Teorie - (pohyblivost iontů, měrná vodivost, molární vodivost elektrolytu, disociace, Kohlrauschův zákon). Praktické provedení - konduktometrická cela a její zapojení. Využití konduktometrie (monitorování kvality vod, sledování průběhu reakcí, konduktometrické titrace). Vysokofrekvenční konduktometrie. Dielektrimetrie.
  3. Elektroanalytické separační metody. Elektroforéza, izotachoforéza, izoelektrická fokusace. Teoretické základy, instrumentace.
  4. Potenciometrie I. Teorie - Galvanický článek, poločlánek, elektrodový potenciál, Nernstova rovnice, potenciál kapalinového spoje, Donnanův potenciál, napětí článku. Praktické provedení - indikační a referenční poločlánky (elektrody – I, II, III druhu). Měření napětí článku, pH- a pX-metry.
  5. Potenciometrie II. Iontově selektivní elektrody - ISE. Definice a klasifikace ISE, materiály membrán, konstrukce ISE, selektivita ISE. Nikolskeho-Eisenmanova rovnice, metody stanovení koeficientu selektivity. Praktické využití ISE. Měření pH. Moderní potenciometrické senzory – „solid contact“ ISE, ISFET, LAPS.
  6. Elektrogravimetrie a coulometrie. Faradayovy zákony elektrolýzy. Elektrogravimetrie - pracovní a pomocné elektrody, vlastnosti vyloučeného povlaku, potenciostat, galvanostat, elektrogravimetrie za konstantního napětí nebo proudu, elektrolytické separace, vnitřní elektrolýza. Coulometrie – princip metody, srovnání coulometrie a elektrogravimetrie. Rozdělení coulometrických metod podle pracovního režimu, stanovení počtu přenášených elektronů, určení tloušťky galvanických povlaků. Coulometrické titrace.
  7. Voltametrie a amperometrie I. Teorie - elektrodová dvojvrstva, kapacitní a faradayický proud, Butler-Volmerova a Tafelova rovnice, semiinfinitní lineární difúze, difúzní přepětí a IR spád. Cyklická voltametrie – tříelektrodové zapojení, materiály elektrod a jejich potenciálové okno. Reverzibilita voltamogramu – Randles-Ševčíkova a Delahayova rovnice. Základní mechanismy cyklické voltametrie - EC notace. Amperometrie - Cottrellova rovnice.
  8. Voltametrie a amperometrie II. Voltametrie s kapající rtuťovou elektrodou – polarografie, pulsní a AC metody, tast-polarografie, stripping analýza. Normální pulsní voltametrie/polarografie, diferenční pulsní voltametrie/polarografie, square wave voltametrie/polarografie, AC voltametrie. Stripping analýza. Pulsní amperometrie.
  9. Voltametrie a amperometrie III. Voltametrie s rotující diskovou elektrodou, hydrodynamický voltamogram, Levičova rovnice, využití RDE při studiu kinetiky elektrochemických reakcí apod. Voltametrie s mikroelektrodami – radiální difúze. Galvanostatické techniky – chronopotenciometrie. Amperometrické senzory s membránou (Clarkova elektroda, biosenzory, plynové senzory).
  10. Impedanční metody. Reálná a imaginární hodnota impedance, Nyquistův a Bodeho diagramy, ekvivalentní obvod elektrochemické nádobky, elektrochemické impedanční spektrum (EIS), vyhodnocení impedančních dat.
  11. Kombinované techniky. Elektrochemická detekce v kapalinové chromatografii a kapilární elektroforéze, elektrogenerovaná chemiluminiscence, elektrochemické mikrováhy (EQCM), skenovací elektrochemická mikroskopie, spektroelektrochemie (UV-VIS, IR, Raman, EPR, MS), sonoelektrochemie, bipolární elektrochemie.
  12. Aplikace elektroanalytických metod v chemickém výzkumu. Potenciometrické titrace, titrační křivky a několik způsobů jejich vyhodnocení. Využití elektroanalytických metod pro stanovení různých fyzikálně-chemických parametrů (např. rovnovážné/rychlostní konstanty, difúzní koeficient, aj.). Speciační analýza.

Literatura

• Analytická příručka. Díl I [Zýka, 1988]. Edited by Jaroslav Zýka. 4. upr. vyd. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1988, 678 s. info
• ČERMÁKOVÁ, Ludmila a Jaroslav ZÝKA. Analytická chemie méně běžných prvků. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1990, 176 s. ISBN 80-7066-050-3. info
• BRETT, Christopher M. A. a Ana Maria Oliviera BRETT. Electroanalysis. Oxford: Oxford University Press, 1998, 88 s. ISBN 0198548168. info
• BARD, Allen J. a Larry R. FAULKNER. Electrochemical methods : fundamentals and applications. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, 2001, xxi, 833. ISBN 0471043729. info
• Bard, A.J., Stratman, M. Encyclopedia of Electrochemistry, Instrumentation and Electroanalytical Chemistry, Vol.3, Wiley-VCH,2001
• WANG, Joseph. Analytical electrochemistry. 3rd ed. Hoboken, N.J.: Wiley-VCH, 2006, xvi, 250. ISBN 0471678791. info
• Electroanalytical methods : guide to experiments and applications. Edited by Fritz Scholz - A. M. Bond - R. G. Compton - Dirk A. Fiedler - György. Second, revised and extended. Heidelberg: Springer, 2010, xxvii, 359. ISBN 9783642425318. info
• JANATA, Jiří. Principles of chemical sensors. 2nd ed. Dordrecht: Springer, 2009, xv, 373. ISBN 9780387699301. info
• DVOŘÁK, Jiří a Jiří KORYTA. Elektrochemie. 3., dopl. a rozš. vyd. Praha: Academia, 1983, 410 s. URL info
• BAREK, Jiří, František OPEKAR a Karel ŠTULÍK. Elektroanalytická chemie. 1. vyd. Praha: Karolinum, 2005, 188 s. ISBN 8024611465. info
• Electromigration techniques : theory and practice. Edited by Boguslaw Buszewski - Ewelina Dziubakiewicz - Michal Szumski. Heidelberg: Springer, 2013, xxi, 357. ISBN 9783642350429. info

Výukové metody

Přednáška. Kladen důraz na fyzikálně-chewmické principy elektroanalytických metod a jejich aplikaci v chemické analýze.

Metody hodnocení

Prezentace, písemná a ústní zkouška.

Další komentáře

Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.

• Statistika zápisu (nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2024/C7050