《项目四电位分析法》课件--.ppt

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1、食品仪器分析技术食品仪器分析技术 谢谢 昕昕 主编主编 目 录绪 论项目一 紫外-可见吸收光谱法及其在食品分析中的应用项目二 红外吸收光谱法及其在食品分析中的应用项目三 原子吸收光谱法及其在食品分析中的应用项目四 电位分析法及其在食品分析中的应用项目五 气相色谱法及其在食品分析中的应用项目六 高效液相色谱法及其在食品分析中的应用项目七 质谱法及其在食品分析中的应用项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用 【知识目标】1.理解电位分析法的基本知识；2.认知常用电位分析法仪器的基本结构、各部件的作用以及日常维护方法；3.理解直接电位法、电位滴定法测定的原理和实验方法；4.掌握标准缓冲溶液的种

2、类及配制方法；5.掌握电位滴定终点的确定方法；6.了解电位分析法在食品分析中的原理及实验技术。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用【技能目标】1.能熟练使用酸度计、离子计和电位滴定装置；2.能够正确的选择电极、使用电极，并对电极进行预处理和安装；3.能对电位分析仪器进行调试、维护和保养，能准确判断仪器的常见故障，能排除仪器的简单故障；4.能熟练准确地确定电位滴定终点；5.能正确规范记录实验数据，熟练计算实验结果，正确填写检验报告；6.能利用电位分析法对食品项目进行定性和定量测定。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用 电位分析法是电化学分析法的一个重要分支，它是在零电流的条件

3、下，通过测定两电极间的电池电动势，进而求得溶液中待测组分含量的方法。电位分析法有两种分析方式：直接电位法和电位滴定法。直接电位法是将指示电极和参比电极一起浸入待测溶液中组成原电池，测量电池电动势，再通过指示电极的电极电位与溶液中被测离子浓度的关系，求得被测组分含量的方法。电位滴定法是在滴定过程中通过测量指示电极电位的变化来确定滴定终点的方法。与其他分析法相比，电位法具有设备简单、操作方便、灵敏度高、选择性好、应用范围广等特点。一、电化学电池一、电化学电池 电化学电池是化学能与电能互相转换的装置，它分为原电池和电解池两类。能自发地将化学能转变成电能的装置称为原电池；而需要从外部电源提供电能迫使电

4、流通过，使电池内部发生电极反应的装置称为电解池。图图41 Cu-Zn原原电电池（池（a）和）和Cu-Zn电电解池（解池（b）示意）示意图图项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用化学电池可用图解法表示：化学电池可用图解法表示：ZnZnSO4（0.1mol/L）CuSO4(0.1mol/L)Cu写电池式的规则：写电池式的规则：左边电极进行氧化反应，为负极；右边电极进行还原反应，为正极。电极的两相界面和不相混的两种溶液之间的界面、都用单竖线“”表示。当两种溶液通过盐桥连接时，则用双竖线“”表示。电解质位于两电极之间。对于有些反应，如气体反应，反应本身不能直接作电极，要用惰性材料作电极，以传导

5、电流，在表示图中要指出何种电极材料（如Pt,Au,C等）。电池中的溶液应注明浓度，如有气体则应注明压力，温度。若不注明系指25和1大气压。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用二二 电极电位与溶液中离子浓度的关系电极电位与溶液中离子浓度的关系 反映电极电位与反应物质浓度之间的关系主要通过能斯特（Nernst）方程式。对于氧化还原体系：其电极电位的能斯特方程式为:式中，标准电极电位；R气体常数，8.3145J/molK；T热力学温度，K；n电极反应中转移的电子数；F法拉第(Faraday)常数，96486.7C/mol；电极反应平衡时氧化态（

6、Ox）和还原态（Red）时的浓度。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用 对于金属电极而言，由于还原态是固态金属，它的浓度是一常数，定为1，在温度为25时，将常用对数代替自然对数。工作电池电动势为：这就是电位分析法的测量原理。图图4-2电极电位测量体系电极电位测量体系 项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用三三 直接电位法直接电位法（一）（一）方法原理方法原理 直接电位法应用最早最广泛的是测定溶液的pH值。工作电池可表示为：pH玻璃电极玻璃电极待测溶液待测溶液饱和甘汞电极（饱和甘汞电极（SCE）25时工作电池的电动势为 只要测出工作电池电动势E，并求出K值，就可以计算试液的pH

7、。实际工作中，用已知pH的标准缓冲溶液为基准，通过比较标准缓冲溶液工作电池的电动势Es和待测溶液工作电池的电动势Ex来确定待测溶液的pH。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用25时，Es和Ex分别为：采用同一支pH玻璃电极和饱和甘汞电极，在同样测量条件下，则上式中KsKx。将二式相减得 上式称为pH实用定义实用定义，它是采用直接比较法来测定溶液pH的。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用（二）（二）pH标准缓冲溶液标准缓冲溶液 pH标准缓冲溶液是具有准确pH的缓冲溶液，是pH测定的基准。我国国家标准物质研究中心确定了水溶液的pH工作基准，它们分别由七种六类标准缓冲物质组成。

8、这七种六类标准缓冲物质分别是：四草酸钾、酒石酸氢钾、邻苯二甲酸氢钾、磷酸氢二钠磷酸二氢钾、四硼酸钠和氢氧化钙。这些标准缓冲物质按GB/T 9724-2007化学试剂 pH值测定通则配制出的标准缓冲溶液的pH均匀地分布在014的pH范围内。表3-1列出了六类标准缓冲溶液040时相应的pH，供使用时查阅。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用表4-1 不同温度时各标准缓冲溶液的pH值 pH温度试剂名称及浓度0.05 mol/L四草酸钾饱和酒石酸氢钾0.05 mol/L邻苯二甲酸氢钾0.025 mol/L磷酸氢二钠-0.025 mol/L磷酸二氢钾0.01 mol/L四硼酸钠饱和氢氧化钙01

9、.67-4.006.989.4613.4251.67-4.006.959.4013.21101.67-4.006.929.3313.00151.67-4.006.909.2712.81201.68-4.006.889.2212.63251.683.564.016.869.1812.45301.693.554.016.859.1412.30351.693.554.026.849.1012.14401.693.554.046.849.0611.98 一般实验室常用的标准缓冲物质是邻苯二甲酸氢钾、混合磷酸盐（Na2HPO4-KH2PO4）及四硼酸钠，在25时，其pH分别为4.01、6.86和9.18

10、。配制标准缓冲溶液的实验用水应符合GB/T 6682-2008中三级水的规格。配好的pH标准缓冲溶液应贮存在玻璃试剂瓶或聚乙烯试剂瓶中，硼酸盐和氢氧化钙标准缓冲溶液存放时应防止空气中CO2进入。标准缓冲溶液一般可保存23个月。若发现溶液中出现浑浊等现象，不能再使用，应重新配制。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用四四 电位滴定法电位滴定法 电位滴定法是根据滴定过程中指示电极电位的突跃来确定滴定终点的一种滴定分析方法。电位滴定法与直接电位法不同，它测量的是电池电动势的变化情况，其定量参数是滴定剂的体积，因此在直接电位法中影响测定的一些因素如不对称电位、电动势测量误差等在电位滴定中可得以

11、抵消。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用电位滴定装置示意图 当采用电位滴定法测定待测离子时，将对待测离子或滴定剂有电位响应的离子选择电极与参比电极组成工作电池。滴定开始时，随着滴定剂的加入，由于待测离子与滴定剂之间发生化学反应，待测离子浓度不断变化，造成指示电极电位也相应发生变化。在化学计量点附近，由于待测离子浓度发生突变，指示电极的电位也相应发生突变。因此，测量电池电动势的变化，可以确定滴定终点。最后根据滴定剂浓度和终点时滴定剂消耗体积计算试液中待测组分含量。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用 五五 永停终点法永停终点法 永停终点法是电位滴定法的一个特例，原理有所不同

12、。它是利用在氧化还原滴定过程中，由于溶液中可逆电对的生成或消失，使得终点指示回路中的电流迅速增大或减小，引起检流计指针突然偏转，从而指示滴定终点的到达。例如用S2O32-滴定I2，在滴定开始到化学计量点前，溶液中存在I2 I-可逆电对，此时有电流流过溶液；滴定到终点时，溶液中的I2均被还原为I-；过量半滴S2O32-时，溶液中存在S4O62-S2O32-不可逆电对，所以电流立即变为零，即电流计指针偏回零，此即滴定终点，终点后再滴加S2O32-溶液，电流永远为零，电流计指针永远停在零点。所以称它为“永停”终点法。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用 反之，若以I2滴定S2O32-，在理

13、论终点前，溶液中存在S4O62-S2O32-不可逆电对，溶液中无电流流过，电流计指针指零，过了终点，多余的半滴I2与溶液中的I-构成I2I-可逆电对，产生电解反应，电流计指针立即产生较大的偏转，表示终点已经达到。卡尔-费休永停终点法是最准确、最专一的测定水分的方法，尤其适用于深色样品及含微量、痕量水分样品的检测，广泛应用于面粉、茶叶、砂糖、人造奶油、蜂蜜、乳粉、动植物油脂等中水分含量的检测。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用学习情景一学习情景一 电位分析法仪器的认知与操作电位分析法仪器的认知与操作应知词汇：应知词汇：参比电极参比电极 指示电极指示电极 饱和甘汞电极饱和甘汞电极 银银

14、-氯化银电极氯化银电极 离子选择电极离子选择电极 玻璃电极玻璃电极 酸度计酸度计 离子计离子计 定位定位 斜率斜率 仪器校正仪器校正 二点校正法二点校正法 基本操作基本操作 维护与保养维护与保养项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用一一 电位分析法仪器基本结构电位分析法仪器基本结构 电位分析法的装置主要由参比电极与指示电极、高阻抗毫伏计（酸度计或离子计）、电磁搅拌器等组成。在使用电位滴定法测量溶液中离子浓度时，还要有相应的滴定装置。直接电位法和电位滴定法的仪器装置如图4-3所示。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用（a）直接电位法装置示意图 （b）电位滴定装置示意图图 4-3

15、 电位分析法装置示意图（一）参比电极和指示电极（一）参比电极和指示电极1 参比电极参比电极 参比电极是用来提供电位标准的电极。对参比电极的要求要有“可逆性”、“重现性”、“稳定性”。标准氢电极是所有参比电极中重现性最好的，称为参比电极的一级标准。但因是气体电极，且铂电极中的铂黑易中毒而失活，制备和操作难度较高，因此常规工作中很少应用。电位分析法中最常用的参比电极是甘汞电极和银-氯化银电极，尤其是饱和甘汞电极(SCE)，它们的电位值是以标准氢电极为参比电极测定的。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用 (1)甘汞电极 甘汞电极由金属汞、Hg2Cl2-Hg混合物以及KCl溶液组成。其结构如

16、图4-4(a)所示。电极由两根玻璃套管组成，内玻璃管的上端封接一根铂丝，铂丝插入纯汞中，下层装有甘汞和汞(Hg2Cl2-Hg)的糊状混合物；下端连接一层多孔物质。外套管装入KCl溶液，电极下端与待测溶液接触部分是熔接陶瓷芯或玻璃砂芯等多孔物质。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用图图4-4(a)饱和甘汞电极饱和甘汞电极 项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用 甘汞电极的电极反应为：根据能斯特方程，25时电极电位：可见，当温度一定时，甘汞电极的电位取决于Cl-溶液的浓度。表4-2给出了不同浓度KCl溶液制得的各类参比电极的电位值。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用

17、表4-2 25时常用参比电极的电极电位KCl溶液浓度0.1mol/L1 mol/L饱和甘汞电极的电极电位/V0.33650.28280.2438银-氯化银电极的电极电位/V0.28800.22230.2000 由于饱和KCl溶液浓度易控制，所以常用饱和KCl溶液电极，称为饱和甘汞电极（SCE）。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用使用饱和甘汞电极（使用饱和甘汞电极（SCE）应注意以下问题：）应注意以下问题：使用前应检查玻璃弯管处是否有气泡，若有气泡应及时排除掉，否则将引起仪器读数不稳定。电极内饱和KCl溶液的液位应至少浸没内电极，同时电极下端要保持有少量KCl晶体存在，以保证内参比溶

18、液是饱和溶液，不足时加以补加。使用前应先取下电极下端口和上侧加液口的小胶帽，不用时及时戴上。检查电极下端陶瓷芯毛细管是否畅通。先将电极外部擦干，然后用滤纸紧贴瓷芯下端片刻，若滤纸上出现湿印，则证明毛细管未堵塞。安装电极时，电极应垂直置于溶液中，一般来说内参比溶液的液面应较待测溶液的液面高，以防止待测溶液向电极内渗透，引起内参比溶液的污染。饱和甘汞电极在温度改变时常显示出滞后效应，因此不宜在温度变化太大的环境中使用。同时当待测溶液中含有Ag+、S2-、Cl-及高氯酸等物质时，应加置盐桥。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用(2)银银-氯化银电极氯化银电极 将表面覆盖有氯化银层的金属银丝

19、（或棒）浸入已知浓度的氯化物溶液中，即构成Ag-AgCl电极，其结构如图4-4(b)所示。该电极的电极反应为:25时，电极电位表达式为：可见，在一定温度下，银-氯化银电极的电极电位同样也取决于Cl-的浓度。25时，不同浓度Cl-溶液的银-氯化银电极的电位如表4-2所示。图4-4(b)银-氯化银电极 项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用 表表4-2 25时常用参比电极的电极电位时常用参比电极的电极电位KCl溶液浓度0.1mol/L1 mol/L饱和甘汞电极的电极电位/V0.33650.28280.2438银-氯化银电极的电极电位/V0.28800.22230.2000项目四项目四 电位

20、分析法及应用电位分析法及应用 2 指示电极指示电极 指示电极是指在电位分析法中其电极电位随溶液中待测离子浓度的变化而变化，并按能斯特方程指示出待测离子浓度的电极。可以作为指示电极的电极共有以下几类：（1）金属金属-金属离子电极金属离子电极 它是由能发生可逆氧化反应的金属与该金属离子的溶液组成的电极体系。发生的电极反应为：25时的电极电位为：项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用（2）金属）金属-金属难溶盐电极金属难溶盐电极 它由金属、该金属难溶盐和难溶盐的阴离子溶液组成。发生的电极反应为：25时的电极电位为：（3）汞电极）汞电极 它是由两种金属与相应的难溶盐或难离解的配离子组成的电极体

21、系。25时的电极电位为：项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用（4）惰性金属电极）惰性金属电极 它是由惰性导电材料铂、金、石墨等插入含有氧化还原电对(如Fe3+Fe2+，Ce4+Ce3+，I3-I-等)物质的溶液中构成的电极。其电极反应为：25时的电极电位为：（5）离子选择性电极）离子选择性电极 离子选择性电极（ISE）是一种电化学传感器，它是由对溶液中某种特定离子具有选择性响应的敏感膜及其他辅助部分组成，所以又称为膜电极。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用图图4-5 离子选择性电极构造离子选择性电极构造 1）氟离子选择性电极）氟离子选择性电极 氟离子选择性电极属于晶体膜电

22、极。其敏感膜为LaF3单晶，同时晶体中还掺入少量的EuF2和CaF2，以提高其导电性，管内装0.1 mol/L NaF和0.1 mol/L NaCl溶液作内参比溶液，以Ag-AgCl电极作内参比电极。由于晶体中晶格缺陷而形成空穴，空穴的大小、形状和电荷分布只允许某种特定的离子在其中移动而导电，其他离子不能进入空穴，从而显示了敏感膜的选择性。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用根据能斯特方程，25时，氟电极的电极电位为：图图4-6 氟离子选择电极基本结构氟离子选择电极基本结构 氟离子选择性电极有很好的选择性，线性范围10-110-6 mol/L，阴离子中除OH-和LaF3发生反应释放出

23、F-干扰外，均无明显干扰。测定时一般需要控制pH在56之间。另外在实际测量过程中，Al3+、Fe3+也会对实验产生干扰，通常用柠檬酸盐的缓冲液来控制溶液的pH和消除干扰。2）pH玻璃电极玻璃电极 pH玻璃电极属于非晶体膜电极，它是测定溶液pH的一种常用指示电极，电极的敏感膜是在SiO2基质中加入Na2O、CaO烧结而成的特殊玻璃膜，厚约0.080.1mm，膜内密封0.1 mol/L HCl作为内参比溶液，在内参比溶液中插入银-氯化银电极作内参比电极。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用图图4-7 pH 玻璃电极基本结构玻璃电极基本结构 玻璃电极使用前，必须在水溶液中浸泡活化24小时以

24、上。此时玻璃外表面吸收水产生溶胀，形成很薄的水合硅胶层，在水合硅胶层中H+与Na+发生交换反应。当玻璃电极外膜与待测溶液接触时，膜内外生成三层结构，即中间的干玻璃层和两边的水合硅胶层如图4-8所示。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用图图4-8 pH 玻璃电极膜电位形成示意图玻璃电极膜电位形成示意图项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用根据能斯特方程，25时，pH玻璃电极膜电位：因内参比溶液中H+浓度值固定不变，即为定值，因此 pH玻璃电极的使用有一定的范围，在测定pH1的溶液时测得的pH比实际值偏高，这种误差称为“酸差”，这主要是因为在强酸溶液中水分子浓度减小，使H+传递困

25、难，pH增高。在测定pH10的溶液时测得的pH比实际值偏低，这种误差称为“碱差”，产生碱差是由于H+浓度太小，其他阳离子在溶液和界面间可能进行交换而使得pH偏低，主要是Na+的干扰较显著，这种误差又称为“钠差”。使用玻璃电极时还应注意如下事项：使用玻璃电极时还应注意如下事项：使用前要仔细检查所选电极的球泡是否有裂纹，内参比电极是否浸入内参比溶液中，否则不能使用。若内参比溶液内有气泡，应稍晃动以除去气泡。初次使用或久置重新使用玻璃电极时，应将电极玻璃球泡浸泡在蒸馏水或0.1 mol/L HCl溶液中活化过夜。玻璃电极的使用期一般为一年。在长期使用或贮存中会“老化”，老化的电极不能再使用。玻璃电极

26、玻璃膜很薄，容易因为碰撞或受压而破裂，使用时必须特别小心。玻璃球泡沾湿时可以用滤纸吸去水分，但不能擦拭。玻璃球泡不能用浓H2SO4溶液、洗液或浓乙醇洗涤，也不能用于含氟较高的溶液中，否则电极将失去功能。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用3）敏化离子选择性电极）敏化离子选择性电极 敏化离子选择性电极是在基本电极上覆盖一层膜或其他活性物质，通过电极界面的某种反应，将试液中待测物质转变成能被基本电极响应的离子。这类电极主要有气敏电极、生物膜电极等。常见的气敏电极如 CO2气敏电极，它是用 pH玻璃电极作为指示电极，中介液为0.01 mol/L的碳酸氢钠。二氧化碳与水作用生成碳酸，从而影响

27、碳酸氢钠的电离平衡来指示CO2。以香蕉组织为敏感膜做成的生物膜组织电极，可以测定食品中草酸和儿茶酚的含量。以猪肝组织做成的组织电极可以测定猪肝中丝氨酸的含量。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用(二二)酸度计和离子计酸度计和离子计 酸度计和离子计是一种高阻抗的电子管或晶体管式的直流毫伏计。它们既可以测量溶液的酸度以及待测离子的浓度，又可以用作毫伏计测量电池电动势。可分为普通型、精密型和工业型3类，读数精度在0.10.001pH之间，图4-9给出了PHS-3C型酸度计和数字式pH离子计的结构示意图。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用（a）PHS-3C型酸度计 （b）数字式离

28、子计图图4-9 常用酸度计和离子计结构示意图常用酸度计和离子计结构示意图二二 测量仪器及使用方法测量仪器及使用方法（一）酸度计的使用1 仪器使用前准备 打开仪器电源开关预热20min。检查、处理pH玻璃电极和饱和甘汞电极后，将电极对装在电极夹上，接上电极导线。2 溶液pH的测量（1）仪器的校正 根据GB/T 9724-2007规定，校正酸度计方法有“一点校正法”和“二点校正法两种。实验中常采用二点校正法。二点校正法则是先用一种pH接近7的标准缓冲溶液“定位”，再用另一种接近被测溶液pH的标准缓冲液调节“斜率调节器，使仪器显示值与第二种标准缓冲液的pH相同(此时不动定位调节器)。经过校正后的仪器

29、就可以直接测量被测试液。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用 以二点校正法为例校正酸度计。将电极对插入一个pH=6.86（25）的标准缓冲溶液中，将功能键选择“pH”位置，调节“温度”调节器使仪器显示该标准缓冲溶液的温度值。将“斜率”调节器顺时针转到最大位置，轻摇试杯，待电极达到平衡后，调节“定位”调节器，使仪器读数为该标准缓冲溶液pH值6.86。取出电极对，用蒸馏水清洗电极，并用滤纸吸干，再插入另一接近待测溶液pH的标准缓冲溶液（常用25时，pH为4.01或9.18）中。保持“定位”调节器位置不动，旋动“斜率”调节器，使仪器显示为该标准缓冲溶液在测量温度下的pH值。校正结束后，“定

30、位”和“斜率”调节器均不能再动。移去标准缓冲溶液，清洗电极，并用滤纸吸干电极外壁水。（2）测量试液的pH 测出待测试液的温度，调节“温度”调节器使仪器显示该温度。将电极插入被测试液中，轻摇试杯以促使电极平衡。待数字显示稳定后读取并记录被测试液的pH值。平行测定两次，并记录。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用(二二)PXJ型数字式离子计的使用方法型数字式离子计的使用方法 1.将离子性选择电极、参比电极依次接在仪器上，将仪器选择开关拨至pX挡，打开电源开关。调节温度补偿至当前溶液的温度。2.选择两种已知pX的标准溶液，使得被测对象的pX在两标准溶液的 pX之间。将电极浸入浓度较大的一种

31、标准溶液中，调节定位旋钮使仪器显示为零。3.将指示电极和参比电极用蒸馏水冲洗干净，并擦干，插入浓度较小的溶液中，调节斜率旋钮使显示器上指示值为另种标准溶液pX之差pX值。将两电极仍插入该溶液中，接着再调定位调节器使显示器指示出该溶液的pX值，此时斜率补偿及定位调节完毕。在测量过程中，该两旋钮应保持不动。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用三三 酸度计及离子计的维护与保养酸度计及离子计的维护与保养1 仪器应安放在干燥，无振动，无酸碱腐蚀性气体，环境温度稳定（一般在5-45之间）的地方。2 仪器的输入端（指示电极插座）必须保持干燥清洁。仪器不用时，将Q9短路插头插入插座，防止灰尘及水汽浸

32、入。3 仪器应在通电预热后进行测量。长时间不用的仪器预热时间要长。平时不用时，最好每隔1-2周通电一次，以防潮而影响仪器的性能。4 仪器使用时，各调节器的旋动不可用力过猛，按键开关不要频繁按动，以免发生机械故障或破损。调节器不可旋动过位，以免损坏电位器。5 测量时，电极引入导线应保持静止，否则会引起测量不稳定。6 仪器不能随便拆卸。每隔一年应有计量部门或有资格的单位进行检定，检定合格后方可使用。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用四四 常见故障的分析和排除常见故障的分析和排除 1 若电源接通，但显示屏数字乱跳。故障原因可能是仪器输入端开路，这时应该插上短路插头或电极插头。2 定位器能

33、调pH 6.86，但不能调pH 4.01。故障原因可能是电极失效或pH标准缓冲溶液配制不准。排除方法是更换电极或重新配制pH标准缓冲液。3 斜率调节器不起作用，旋动时仪器读数不变。原因可能是斜率电位器坏，此时应该更换斜率电位器。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用学习情景二学习情景二 电位滴定法实验技术电位滴定法实验技术应知词汇应知词汇 总酸 电位滴定法 终点 E-V曲线 一阶微商 二阶微商 总离子强度缓冲液（TISAB）标准曲线法 标准加入法 格式作图法项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用典型实例典型实例 一一 食品中总酸的测定食品中总酸的测定 GB/T 12456-20

34、08(第二法第二法)食品中有机酸含量的多少，直接影响食品的风味、色泽、稳定性和品质的高低。食品中的酸度通常用总酸度（滴定酸度）、有效酸度、挥发酸度来表示。总酸度是指食品中所有酸性物质的总量，包括已离解的酸浓度和未离解的酸浓度，国标采用标准碱液来滴定，并以样品中主要代表酸的百分含量表示。有效酸度指样品中呈离子状态的氢离子的浓度，用pH计采用直接电位法进行测定，用pH值来表示。挥发性酸度指食品中易挥发部分的有机酸。如乙酸、甲酸等，可用直接或间接法进行测定。GB/T 12456-2008(第二法)采用电位滴定法测定食品中总酸含量。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用1 方法提要 根据酸碱中

35、和原理，用碱液滴定试液中的酸，溶液的电位发生“突跃”时，即为滴定终点。按碱液的消耗量计算食品中的总酸含量。2 试剂和溶液2.1 试剂和分析用水 所有试剂均使用分析纯试剂；分析用水应符合GB/T 6682-2008规定的二级水规格或蒸馏水，使用前应经煮沸、冷却。2.2 pH 8.0缓冲溶液 根据HG/T 4015-2008中华人民共和国化工行业标准，量取0.1000mol/L氢氧化钠溶液46.1mL和0.2mol/L磷酸二氢钾溶液25.0mL，注入100mL容量瓶中，稀释至刻度。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用2.3 0.1mol/L 盐酸标准滴定溶液配制：取盐酸9mL，注入 10

36、00mL水中，摇匀。标定：称取于270-300高温炉中灼烧至恒重的工作基准试剂无水碳酸钠0.2g，溶于50mL水中，加 10滴溴甲酚绿一甲基红指示液，用配制好的盐酸溶液滴定至溶液由绿色变为暗红色，煮沸2min，冷却后继续滴定至溶液再呈暗红色。同时做空白试验。盐酸标准滴定溶液的浓度c(HCl)数值以摩尔每升(mol/L)表示，按下式计算:式中:m无水碳酸钠的质量的准确数值，单位为克(g);V1 盐酸溶液的体积的数值，单位为毫升(mL);V2空白试验盐酸溶液的体积的数值，单位为毫升(mL);M一无水碳酸钠的摩尔质量的数值，单位为克每摩尔(g/mol)M(1/2Na2CO3)=52.994。项目四项

37、目四 电位分析法及应用电位分析法及应用2.4 0.1mol/L氢氧化钠标准滴定溶液 配制：称取 110g氢氧化钠，溶于 100mL无二氧化碳的水中，摇匀，注入聚乙烯容器 中，密闭放置至溶液清亮。用塑料管量取上层清液5.4mL，用无二氧化碳的水稀释至1000mL，摇匀。标定：称取于105-110电烘箱中干燥至恒重的工作基准试剂邻苯二甲酸氢钾0.75g，加无二氧化碳的水50mL溶解，加2滴酚酞指示液(10g/L)，用配制好的氢氧化钠溶液滴定至溶液呈粉红色，并保持30s。同时做空白试验。氢氧化钠标准滴定溶液的浓度c(NaOH)，数值以摩尔每升(mol/L)表示，按下式计算 式中:m 邻苯二甲酸氢钾的

38、质量的准确数值，单位为克(g);V1 氢氧化钠溶液的体积的数值，单位为毫升(mL);V2空白试验氢氧化钠溶液的体积的数值，单位为毫升(mL);M一邻苯二甲酸氢钾的摩尔质量的数值，单位为克每摩尔(g/mol)M(KHC8H4O4)=204.22。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用2.5 0.01mol/L氢氧化钠标准滴定溶液 量取100mL 0.1mol/L氢氧化钠标准滴定溶液（2.4）稀释到1000mL（用时当天稀释）。2.6 0.05 mol/L氢氧化钠标准滴定溶液 量取100mL 0.1mol/L氢氧化钠标准滴定溶液（2.4）稀释到200mL（用时当天稀释）。2.7 0.05

39、mol/L盐酸标准滴定溶液 量取100mL 0.1mol/L盐酸标准滴定溶液（2.3）稀释到200mL（用时当天稀释）。3 仪器和设备3.1 酸度计：精读0.1（pH)3.2 玻璃电极和饱和甘汞电极 3.3 电磁搅拌器3.4 组织捣碎机3.5 研钵3.6 水浴锅3.7 冷凝管项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用4 试样的制备4.1 液体样品 不含二氧化碳的样品：充分混合均匀，置于密闭玻璃容器内。含二氧化碳的样品：至少取200g样品于500mL烧杯中，置于电炉上，边搅拌边加热至微沸腾，保持2min，称量，用煮沸过的水补充至煮沸前的质量，置于密闭玻璃容器内。4.2 固体样品 取有代表性的

40、样品至少200g，置于研钵或组织捣碎机中，加入与样品等量的煮沸过的水，用研钵研碎，或用组织捣碎机捣碎，混匀后置于密闭玻璃容器内。4.3 固、液体样品 按样品的固、液体比例至少取200g，用研钵研碎，或用组织捣碎机捣碎，混匀后置于密闭玻璃容器内。5 试液的制备5.1 总酸含量小于或等于4g/kg的试样 将试样（4）用快速滤纸过滤。收集滤液，用于测定。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用5.2 总酸含量大于4g/kg的试样 称取10g50g试样（4），精确至0.001g，置于100mL烧杯中。用80煮沸过的水将烧杯中的内容物转移到250mL容量瓶中（总体积约150mL）。置于沸水浴中煮沸

41、30min（摇动2次3次，使试样中的有机酸全部溶解于溶液中），取出，冷却至室温（约20），用煮沸过的水定容至250mL。用快速滤纸过滤。收集滤液，用于测定。6 分析步骤6.1 果蔬制品、饮料、乳制品、饮料酒、淀粉制品、谷物制品和调味品等试液 称取20.000g50.000g试液（5），使之含0.035g0.070g酸，置于150ml烧杯中，加40mL60mL水。将酸度计电源接通，指针稳定后，用pH 8.0的缓冲溶液（2.2）校正酸度计。将盛有试液的烧杯放到电磁搅拌器上，浸入玻璃电极和甘汞电极。按下pH读数开关，开动搅拌器，迅速用0.1mol/L 氢氧化钠标准滴定溶液（如样品酸度低，可用0.01

42、 mol/L或0.05 mol/L氢氧化钠标准滴定溶液）滴定，随时观察溶液pH的数值变化。接近滴定终点时，放慢滴定速度。一次滴加半滴（最多一滴），直至溶液的pH达到终点。记录消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积的数值（V3）。同一被测样品应测定两次。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用6.2 蜂产品 称取约10g混合均匀的试样，精确至0.001g，置于150mL烧杯中，加80mL水。用0.05mol/L氢氧化钠标准滴定溶液以5.0mL/min的速度滴定。当pH到达8.5时停止滴加。继续加入10ml 0.05mol/L氢氧化钠标准滴定溶液的总体积数值（V3）。立即用0.05mol/L盐酸标准

43、滴定溶液反滴定至pH为8.2。记录消耗0.05mol/L盐酸标准滴定溶液的体积数值（V5）。同一被测样品应测定两次。6.3 空白试验6.1和6.2的操作都应用水代替试液做空白试液，记录消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积数值（V4）。各种酸滴定终点的pH:磷酸8.78.8；其他酸。8.30.1项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用7 结果计算结果计算7.1 按6.1操作步骤的结果计算 食品中总酸的含量以质量分数X1计，数值以克每千克（g/kg）表示，按式（3-22）计算：（3-22）式中：c2氢氧化钠标准滴定溶液浓度的准确的数值，单位为摩尔每升（mol/L）；V3滴定试液时消耗氢氧化钠标准滴

44、定溶液的体积的数值，单位为毫升（mL)；V4空白试验时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积的数值，单位为毫升（mL)；K酸的换算系数：苹果酸，0.067；乙酸，0.060；酒石酸，0.075；柠檬酸，0.064；柠檬酸，0.070（含一分子结晶水）；乳酸，0.090；盐酸，0.036；磷酸，0.049；F1试液的稀释倍数；m1试样的质量的数值，单位为克（g）。计算结果表示到小数点后两位。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用7.2 按6.2操作步骤的结果计算 食品中总酸的含量以质量分数X2计，数值以克每千克（g/kg）表示，按式（3-23）计算：（3-23）式中：c2氢氧化钠标准滴定溶液浓度

45、的准确的数值，单位为摩尔每升（mol/L）;c3盐酸标准滴定溶液浓度的准确的数值，单位为摩尔每升（mol/L）;V3滴定试液时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积的数值，单位为毫升（mL)；V4空白试验时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积的数值，单位为毫升（mL)；V5反滴定时消耗盐酸标准滴定溶液的体积的数值，单位为毫升（mL)；K酸的换算系数：苹果酸，0.067；乙酸，0.060；酒石酸，0.075；柠檬酸，0.064；柠檬酸，0.070（含一分子结晶水）；乳酸，0.090；盐酸，0.036；磷酸，0.049；F2试液的稀释倍数；m2试样的质量的数值，单位为克（g）。计算结果表示到小数点后两位。8 允

46、许差同一样品两次测定结果之差不得超过两次测定平均值得2%。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用二二 电位滴定终点的确定方法电位滴定终点的确定方法(一一)E-V曲线法曲线法 以加入滴定溶液的体积V(mL)为横坐标，以相应的电动势E(mV)为纵坐标，绘制E-V曲线。(见图4-10a)(二二)EV-曲线法曲线法 将一系列的EV对作图，可得到一呈峰状曲线(见图4-10b)，曲线最高点由实验点连线外推得到，其对应的体积为滴定终点时标准滴定溶液所消耗的体积(即Ve)。(三三)二阶微商法二阶微商法 计算二阶微商2EV2值，用2EV2对滴定体积V作图，得到图（4-10c）的二阶微商曲线。项目四项目四

47、 电位分析法及应用电位分析法及应用图4-10 电位滴定终点确定的三种方式 三三 定量分析方法定量分析方法 测定离子浓度的定量分析方法主要有标准曲线法、标准加入法、格式作图法等。在实际测量中，为了调节溶液在合适的pH范围内和消除杂质对反应的干扰，实验测定过程中要加入总离子强度调节缓冲剂，其英文缩写为“TISAB”。其作用主要有：1 保持待测试液和标准溶液有较大且相对稳定的离子强度，使各溶液体系中被测离子的浓度近视等同于离子活度；2 保持待测试液和标准溶液在合适的pH范围内，满足离子选择性电极的要求；3 掩蔽干扰离子，消除共存离子的干扰。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用 例如，在用氟

48、离子选择性电极测定水中的F-时，所加入的TISAB的组成为：NaCl(1 mol/L)，HAc(0.25 mol/L)、NaAc(0.75 mol/L)及柠檬酸钠(0.001 mol/L)。其中NaCl溶液用于保持溶液有较大且相对稳定的离子强度；HAc-NaAc组成缓冲体系，使溶液pH保持在氟离子选择性电极适合的pH(5-6)范围之内；柠檬酸钠作为掩蔽剂消除Fe3+、Al3+的干扰。需要注意的是，所加入的TISAB中不能含有能被所用的离子选择性电极所响应的离子。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用1.标准曲线法标准曲线法 标准曲线法广泛用于试样中待测离子浓度的测定。实际操作时，配制一

49、系列含有不同浓度的待测离子的标准溶液，在各标准溶液中依次加入相同量TISAB，将离子选择性电极和参比电极依次插入各标准溶液中，在同一条件下，测出各标准溶液的电动势E，然后以所测得电动势E为纵坐标，以浓度的对数lgci(或负对数值)为横坐标，绘制E-lgci的关系曲线。如图4-11所示。在相同的条件下测出待测溶液的电动势Ex值，再从所绘制的标准曲线上查出Ex所对应的lgcx，通过数学运算换算为待测离子的浓度值cx。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用图4-11 E-lgci的关系曲线图 标准曲线法主要适用于大批同种试样的测定。对于要求不高的少数试样，也可用与pH测定原理相似的直接比较法

50、来测定。即配制一个浓度与待测试液相近的标准溶液，在相同条件下，分别测出Es与Ex，然后通过如下公式计算求出。式中，S为电极的斜率，其值可通过两份不同浓度标准溶液在相同条件下测量出的E值用 求得。项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用项目四项目四 电位分析法及应用电位分析法及应用2 标准加入法 标准加入法又称为增量法或添加法，即将一定体积（小体积）和一定浓度（大浓度）的标准溶液加入到一定体积的样品溶液中，分别测量标准加入前后的电动势E，从而求出待测液浓度值cx。具体做法如下：设某试液体积为Vx，其待测离子浓度为cx，在一定条件下测得其电动势为Ex，则：向该溶液中准确加入一小体积Vs（约为