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1、2.转换元件,传感器的组成,敏感元件,转换元件,+,什么是传感器？,能感受或响应规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号（光、电）的器件或装置,转换元件,电转换元件,光转换元件,转换元件的分类,电 位,电转换元件,电 流,电 导,电位法,电流法（伏安法）,电导法（阻抗法）,定义：通常是由指示电极、参比电极和待测溶液构成原电池，直接测量电池电动势并利用能斯特方程来确定物质含量的方法。,电位法的概念,电池电动势与试液中离子的活度之间的关系,直接电位法：测定原电池的电动势或电极电位，利用能斯特方程直接求出待测物质含量的方法。电位滴定法：向试液中滴加可与被测物发生氧化还原反应的试剂，以电极电位的变化
2、来确定滴定终点，根据滴定试剂的消耗量间接计算待测物含量的方法。,电位法的分类,原电池,定义：自发地将化学能转化为电能的装置,形成条件：（1）有活泼性不同的两个电极（2）两电极都接触电解质溶液（3）构成闭合回路（4）在电极表面上能发生自发进行的 氧化还原反应,水果原电池,水果原电池,相对电极电位,规定：将标准氢电极作为负极与待测电极组成电池，电位差即该电极的相对电极电位，比标准氢电极的电极电位高的为正，反之为负；,在298.15 K 时，以水为溶剂，当半电池的所有反应物活度都为1时的相对电极电位。,标准电极电位,表,定量关系：能斯特方程,电极电位与溶液中的离子活度的关系为：,定量关系：能斯特方程
3、,Ox+ne-=R,电极反应：,参比电极,电位不受试液组成变化的影响，具有恒定的数值,1.标准氢电极,最精密的参比电极，它的电位规定在任何温度下都是0 V，但氢电极制作麻烦，氢气需净化，且易爆炸，压力的控制等难于满足要求。,由金属Hg和Hg2Cl2及KCl溶液组成的电极,参比电极,2.饱和甘汞电极,甘汞电极的电极电位主要决定于Cl-活度，当电极内溶液的Cl-活度一定，甘汞电极电位固定。,半电池符号：Hg，Hg2Cl2（固）KCl电极反应：Hg2Cl2+2e-=2Hg+2Cl-电极电位(25)：,25时甘汞电极的电极电位(对SHE),温度校正，对于SCE，t 时的电极电位为：Et=0.2438-
4、7.610(t-25)（V）,参比电极,3.银-氯化银电极,半电池符号：Ag，AgCl（固）KCl 电极反应：AgCl+e-=Ag+Cl-电极电位（25）：EAgCl/Ag=E AgCl/Ag-0.059lgaCl-,银丝镀上一层AgCl沉淀,浸在一定浓度的KCl溶液中，即构成银-氯化银电极,温度校正，（标准Ag-AgCl电极），t 时的电极电位为：Et=0.2223-610-4(t-25)（V）,25时银-氯化银电极的电极电位（对SHE）,指示电极,电位随待测离子活度不同而变化的电极,1.金属-金属离子电极,电极电位为：EAg+/Ag=E Ag+/Ag+0.059lgaAg+,由金属浸入含有
5、该金属离子的溶液组成。例如:Ag-AgNO3电极(银电极)，Zn-ZnSO4电极(锌电极)等。,电极反应为：Ag+e-Ag,第一类电极的电位仅与金属离子的活度有关,2.金属-金属难溶盐电极,这类电极电位较稳定，重现性好，在电位分析中既可用作指示电极更常用作参比电极。,由金属表面带有该金属难溶盐的涂层，浸在与其难溶盐有相同阴离子的溶液中组成。例如:Ag-AgCl电极，甘汞电极等。其电极电位随溶液中难溶盐的阴离子活度变化而变化。,注意：能与金属的阳离子形成难溶盐的其它阴离子的存在，将产生干扰。,3.汞电极,根据溶液中同时存在的Hg2+和Mn+与EDTA间的两个配位平衡，可以导出以下关系式：,金属汞
6、（或汞齐丝）浸入含有少量Hg2+-EDTA配合物及被测金属离子的溶液中所组成。,电池符号为：HgHgY2-,MY(n-4),Mn+,可以看出，在一定条件下，汞电极仅与Mn+有 关，可用作以EDTA滴定Mn+的指示电极,汞电极适用的pH范围是2-11，若溶液pH11，将产生HgO沉淀，若pH2，HgY2-不稳定。,惰性金属电极一般由惰性材料如铂、金或石墨作成片状或棒状，浸入含有均相和可逆的同一元素的两种不同氧化态的离子溶液中组成,4.零类电极(或称氧化还原电极)惰性金属电极,例如：将铂片插入Fe3+和Fe2+的溶液中，,电池符号为：PtFe2+，Fe3+,电极反应为：Fe3+e Fe2+,电极电
7、位为：,上述指示电极都属于金属基电极，其电极电位主要来源与电极表面的氧化还原反应，受到氧化剂、还原剂等多种因素的影响。目前应用更多的指示电极为薄膜电极,5、膜电极(或称离子选择性电极),仅对溶液中特定离子有选择性响应（离子选择性电极）,特 点,是一个称为选择膜的敏感元件,单晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜等,膜电极的关键,敏感元件,膜内外被测离子活度的不同而产生电位差,工作原理,膜内外被测离子活度的不同而产生电位差,工作原理,E1=E+Slga1-ERE1,E2=E+Slga2-ERE2,E=E1-E2=Slga1-ERE1-Slga2+ERE2=ERE2-ERE1-Slga2+Slga1
8、=K+Slga1,膜内外被测离子活度的不同而产生电位差,工作原理,E1=E-Slga1-ERE1,E2=E-Slga2-ERE2,E=E1-E2=-Slga1-ERE1+Slga2+ERE2=ERE2-ERE1+Slga2-Slga1=K-Slga1,外参比电极被测溶液(ai未知)内充溶液(ai一定)内参比电极,（敏感膜）,内外参比电极的电位值固定，且内充溶液中离子的活度也一定，则电池电动势为：,将膜电极和参比电极一起插到被测溶液中，则电池结构为:,测量装置,测量与校正,校正图和直接读数,E,lgF-,测量与校正,标准加入法,设cx为未知浓度，Vx为未知浓度溶液的体积 cs为标准溶液浓度，Vs
9、为标准溶液的体积,加入标准溶液前测定电池电动势，有：,加入标准溶液后测定电池电动势，有：,测量与校正,标准加入法,前、后所测定电池电动势相减，有：,测量与校正,格兰（Gran）图,Gran作图法,多次加入标准溶液：,思考题：,电池符号为：Pt|Fe3+,Fe2+|Cu2+|Cu,试写出两个半电池的电极反应。常用的参比电极有哪些？它们需具有什么特性？常用的指示电极有哪些？试阐述各个指示电极的工作原理及适用范围。试推导能斯特方程的简化形式E=K+Slgc,并说明K,S的含义。,思考题：,5.有一原电池，参比电极为饱和甘汞电极，指示电极为一支浸入锌离子溶液的锌棒，在298 K的温度下，测得该原电池的电池电动势为-1.03V。求锌离子的浓度。,6.用Ca2+选择电极对样品中Ca2+的浓度进行检测，实验数据如下，试计算样品中Ca2+的浓度。,
