คูลอมเมทรีและอิเล็กโตรกราวิเมทรี

คูลอมเมทรีและอิเล็กโตรกราวิเมทรีเป็นการหาปริมาณสารวิเคราะห์โดยการอิเล็กโทรไลซิสจนหมดสิ้น และวัดประจุที่ใช้ไปหรือมวลที่ตกตะกอน

Definition

คูลอมเมทรีและอิเล็กโตรกราวิเมทรีเป็นวิธีการทางอิเล็กโทรอะนาไลติกที่ใช้หาปริมาณสารวิเคราะห์โดยการเปลี่ยนสารนั้นให้สมบูรณ์ที่ขั้วไฟฟ้า และวัดตามลำดับคือประจุไฟฟ้ารวมที่ผ่านไป หรือมวลของสารที่ตกตะกอน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมวิธีการอิเล็กโทรอะนาไลซิสแบบอิเล็กโทรไลซิสจำนวนมาก: คูลอมเมทรีแบบควบคุมศักย์ไฟฟ้าและควบคุมกระแสไฟฟ้า, การไทเทรตแบบคูลอมเมทรีที่สร้างสารไทแทรนต์ด้วยไฟฟ้า, และอิเล็กโตรกราวิเมทรีที่สารวิเคราะห์ถูกตกตะกอนเชิงปริมาณบนขั้วไฟฟ้าและชั่งน้ำหนัก โดยจะกล่าวถึงข้อกำหนดของการอิเล็กโทรไลซิสที่สมบูรณ์และมีประสิทธิภาพทางกระแสไฟฟ้า และความน่าสนใจของวิธีการเหล่านี้ในฐานะเทคนิคหลักที่ไม่ต้องสอบเทียบ

Core questions

• กฎของฟาราเดย์ทำให้ประจุเป็นมาตรวัดปริมาณสารวิเคราะห์โดยตรงได้อย่างไร?
• เหตุใดคูลอมเมทรีและอิเล็กโตรกราวิเมทรีจึงสามารถใช้เป็นวิธีการหลักที่ไม่ต้องสอบเทียบได้?
• อะไรคือสิ่งที่จำเป็นสำหรับการอิเล็กโทรไลซิสที่สมบูรณ์และมีประสิทธิภาพทางกระแสไฟฟ้า?
• การไทเทรตแบบคูลอมเมทรีสร้างสารไทแทรนต์ในแหล่งกำเนิด (in situ) ด้วยความแม่นยำสูงได้อย่างไร?

Key theories

กฎการอิเล็กโทรไลซิสของฟาราเดย์

ปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาที่ขั้วไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับประจุที่ผ่านไป โดยสัดส่วนถูกกำหนดโดยค่าคงที่ฟาราเดย์และจำนวนอิเล็กตรอนในปฏิกิริยา ซึ่งทำให้ประจุที่วัดได้หรือมวลที่ตกตะกอนเป็นมาตรวัดปริมาณสารวิเคราะห์ที่แน่นอน โดยไม่จำเป็นต้องมีการสอบเทียบภายนอก

Mechanisms

สารวิเคราะห์จะถูกอิเล็กโทรไลซิสจนสมบูรณ์ที่ขั้วไฟฟ้าทำงาน ในคูลอมเมทรี ประจุรวมที่ต้องการ—วัดโดยตรงที่ศักย์ไฟฟ้าควบคุม หรือเป็นกระแสไฟฟ้าคูณด้วยเวลาที่กระแสไฟฟ้าควบคุม—จะให้ปริมาณของสารวิเคราะห์ผ่านกฎของฟาราเดย์ โดยมีเงื่อนไขว่าประสิทธิภาพของกระแสไฟฟ้าจะต้องเกือบหนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์ ในการไทเทรตแบบคูลอมเมทรี กระแสไฟฟ้าคงที่จะสร้างสารไทแทรนต์ที่ทำปฏิกิริยากับสารวิเคราะห์ และเวลาที่ถึงจุดยุติจะกำหนดประจุ ในอิเล็กโตรกราวิเมทรี สารวิเคราะห์จะตกตะกอนเป็นของแข็งบนขั้วไฟฟ้าที่ชั่งน้ำหนักไว้ ซึ่งการเพิ่มขึ้นของมวลจะใช้ในการหาปริมาณสารนั้น

Clinical relevance

วิธีการคูลอมเมทรีเป็นพื้นฐานของการหาปริมาณที่แม่นยำ เช่น การวิเคราะห์น้ำแบบ Karl Fischer และการวัดคลอไรด์ และทำหน้าที่เป็นวิธีการอ้างอิงและวิธีการหลักในการรับรองมาตรฐาน ในขณะที่อิเล็กโตรกราวิเมทรีใช้สำหรับการหาปริมาณโลหะที่แม่นยำ เช่น ทองแดง

History

พื้นฐานเชิงปริมาณคือกฎการอิเล็กโทรไลซิสของฟาราเดย์ในศตวรรษที่ 19 อิเล็กโตรกราวิเมทรีเป็นหนึ่งในวิธีการทางเครื่องมือแรกสุดสำหรับการหาปริมาณโลหะ คูลอมเมทรีแบบควบคุมศักย์ไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าคงที่ ซึ่งพัฒนาและจัดระบบในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 โดยเฉพาะโดย Lingane ได้สร้างการไทเทรตและการวิเคราะห์แบบคูลอมเมทรีให้เป็นเทคนิคหลักที่แม่นยำ

Key figures

• Michael Faraday
• Karl Fischer
• James J. Lingane

Seminal works

• harris2020
• skoog2017
• bard2001

Frequently asked questions

เหตุใดคูลอมเมทรีและอิเล็กโตรกราวิเมทรีจึงถูกเรียกว่าวิธีการหลัก?

วิธีการเหล่านี้อาศัยกฎของฟาราเดย์ ซึ่งเชื่อมโยงปริมาณสารวิเคราะห์โดยตรงกับประจุหรือมวลที่วัดได้ผ่านค่าคงที่พื้นฐาน ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องสอบเทียบกับมาตรฐานของสารวิเคราะห์ และสามารถใช้รับรองการวัดอื่นๆ ได้ด้วยตนเอง

ประสิทธิภาพของกระแสไฟฟ้าในคูลอมเมทรีหมายถึงอะไร?

คือสัดส่วนของประจุที่ผ่านไปซึ่งใช้ในปฏิกิริยาของสารวิเคราะห์ที่ต้องการ สำหรับผลลัพธ์ที่แม่นยำ กระแสไฟฟ้าเกือบทั้งหมดจะต้องขับเคลื่อนปฏิกิริยานั้น โดยไม่มีปฏิกิริยาข้างเคียงที่ใช้ประจุ