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.

Vyučující

prof. RNDr. Libuše Trnková, CSc. (přednášející)
prof. RNDr. Přemysl Lubal, Ph.D. (přednášející)

Garance

prof. RNDr. Přemysl Lubal, Ph.D.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Libuše Trnková, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta

Rozvrh

Út 8:00–9:50 C12/311

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 se základními elektroanalytickými metodami a ukázat jim, jaké jsou možnosti jejich využití v analytické praxi. Kromě klasifikace metod (potencimetrie, polarografie a voltammetrie, cyklická voltammetrie, chrono-potenciometrie a chronoamperometrie, elektrogravimetrie, coulometrie, rozpouštěcí techniky, konduktometrie, ampérometrické a konduktometrické titrace) a elektrodových systémů (rtuťové, pevné, pastové a chemicky modifikované elektrody) je důraz kladen na prezentaci fyzikálně-chemických principů těchto metod a na jejich uplatnění v chemické analýze. Jinými slovy studenti absolvováním tohoto kurzu budou vybaveni znalostmi základů elektroanalytických metod pro laboratoře základního a aplikovaného výzkumu.

Výstupy z učení

Studenti získají teoretické a praktické znalosti v oblasti elektroanalytických metod.

Osnova

• 1. Úvod - krátký historický přehled, literatura. Elektroanalytická metoda, použité elektrické veličiny, základní pojmy (elektrochemický článek, elektroda, elektrodový děj, elektroaktivní částice, migrace, difúze, konvekce, stacionární děj, elektrochemický potenciál). Přenos elektronu, Fermiho energetická hladina. Klasifikace elektroanalytických metod.
  2. Potenciometrie. Potenciál, elektromotorická síla (EMS), elektrodový potenciál, Nernstova rovnice, význam standardního potenciálu,formální redoxní potenciál, způsoby měření EMS, pH- a pX-metry, indikační elektrody a referentní elektrody. Potenciometrické titrace, titrační křivky a několik způsobů jejich vyhodnocení.
  3. Iontově selektivní elektrody - ISE. Definice a klasifikace ISE, elektrochemická membrána, transfer iontů, Donnanův a Nernstův potenciál, materiály membrán a konstrukce ISE, pevné a kapalné membrány, plynové a enzymové ISE, kalibrace ISE a jejich selektivita, Nikolského- Eisenmanova rovnice, metody stanovení koeficientu selektivity, praktické využití ISE. Měření pH, konvenční stupnice pH, měrné elektrody pro měření pH, kalibrace pH-metru.
  4. Elektrolýza. Základní pojmy (galvanický článek kontra elektrolyzér, anoda, katoda, polarizace elektrod, přepětí, druhy přepětí a jejich význam, ideálně polarizovatelná a ideálně nepolarizovatelná elektroda, depolarizátor). Polarizační křivky a jejich záznam, materiály indikačních elektrod. Butler-Volmerova rovnice, Tafelova a Cottrellova rovnice.
  5. Elektrogravimetrie. Princip metody, pracovní a pomocné elektrody, vlastnosti vyloučeného povlaku, potenciostat, galvanostat, elektrogravimetrie za konstantního napětí nebo proudu, elektrolytické separace, vnitřní elektrolýza.
  6. Coulometrie. Princip metody, srovnání coulometrie a elektrogravimetrie, Faradayovy zákony, elektrochemický ekvivalent, rozdělení coulometrických metod podle pracovního režimu, stanovení počtu přenášených elektronů, metoda určení tloušťky galvanických povlaků. Coulometrická titrace.
  7. Polarografie a voltametrie. Klasická polarografie a voltametrie, princip, rtuťová kapající elektroda, nádobky, anodicko-katodické zapojení, vyhodnocení polarografických křivek, polarografické proudy (difúzní, kapacitní, kinetický, katalytický, adsorpční), proudová maxima, rovnice reverzibilní katodické vlny a logaritmická analýza, derivační polarografie, tast-polarografie, střídavá a square wave polarografie a voltametrie. Pulzní metody, princip normální (NPP) a diferenčně pulzní (DPP) polarografie a voltametrie.
  8. Cyklická voltametrie. Anodická, katodická a adsorptivní rozpouštěcí voltametrie. Proces reverzibilní (Randles-Ševčíkova rovnice) a ireverzibilní (Delahayova rovnice). Chronopotenciometrie a chronoampérometrie.
  9. Hydrodynamické a mikroelektrody. Steady state. Studium kinetiky chemických reakcí. Elektrochemická katalýza. Mechanismus elektrodových procesů. Elektrická dvojvrstva a její vliv na rychlost reakce na nabitém fázovém rozhraní. Modely elektrické dvojvrstvy.
  10. Konduktometrie a dielektrimetrie. Základní pojmy (absolutní rychlost pohybu iontu, elektrolytická pohyblivost, individuální iontová vodivost, molární vodivost elektrolytu, Kohlrauschův zákon). Konduktometrická titrace. Vysokofrekvenční konduktometrie. Dielektrimetrie. Princip metody a její použití.
  11. Impedanční metody. Reálná a imaginární hodnota impedance, Nyquist diagram, ekvivalentní obvod elektrochemické nádobky, elektrochemické impedanční spektrum (EIS), vyhodnocení impedančních dat, stanovení heterogenní rychlostní konstanty.
  12. Elektroanalýza s použitím moderních elektrochemických metod: elektrochemické mikrováhy (Quartz Crystal Microbalance QCM), skenovací elektrochemická mikroskopie (scanning tunneling microscopy STM, atomic force microscopy - AFM), spektroelektrochemie (UV-vis, IČ, Raman), sonoelektrochemie, elektrochemiluminiscence.

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
• KLOUDA, Pavel. Moderní analytické metody. 2., upr. a dopl. vyd. Ostrava: Pavel Klouda, 2003, 132 s. ISBN 8086369072. info
• Bard, A.J., Stratman, M. Encyclopedia of Electrochemistry, Instrumentation and Electroanalytical Chemistry, Vol.3, Wiley-VCH,2001

Výukové metody

Přednáška. Kladen důraz na fyzikálně-chewmické principy elektroanalytických metod a jejich aplikaci v chemické analýze. Součástí zkoušky je vystoupení studenta s prezentaci na jedno z vybraných témat z elektroanalytických metod.

Metody hodnocení

Prezentace, ústní zkouška. Zkouška bude realizována prezenčně nebo distančně podle aktuální epidemiologické situace.

Informace učitele

Přednáška. Kladen důraz na fyzikálně-chemické principy elektroanalytických metod a jejich aplikaci v chemické analýze. Součástí zkoušky je vystoupení studenta s prezentaci na jedno z vybraných témat z elektroanalytických metod.

Další komentáře

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

• Statistika zápisu (podzim 2020, nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2020/C7050