Analisi dei metalli nelle acque Metodi polarografici Costanzo Salvatore, Itis Leonardo Da Vinci V° chimici

INTRODUZIONE Lo scopo dell’attività svolta nei laboratori di analisi, è quello di determinare la quantità di Rame, Piombo e Zinco nelle acque con particolari metodi elettrochimici

Analisi dei metalli Alte concentrazioni strumentale volumetrica Basse concentrazioni Alte concentrazioni strumentale volumetrica Elettrochimica Non distrugge la matrice Spettrofotometrica Più costosa Distrugge la matrice Più economica

La polarografia è una tecnica elettrochimica basata sulla misura dell’intensità di corrente catodica o anodica (generata da una riduzione o un’ossidazione) a seguito di una ddp imposta su un elettrodo

Il cuore del polarografo è una cella dove pescano tre elettrodi: STRUMENTAZIONE Il cuore del polarografo è una cella dove pescano tre elettrodi: Elettrodo di lavoro, su cui è fatta avvenire la scarica elettrodica Elettrodo di riferimento, a calomelano o ad argento cloruro Contro elettrodo per assicurare il contatto elettrico

Cella polarografica

Gli elettrodi Elettrodo Elettrodo di di lavoro riferimento controelettrodo

Analisi qualitativa Ogni coppia redox ha un suo potenziale di riduzione, E0 I potenziali non coincidono perché, come sappiamo gli ioni in soluzione li troviamo Complessati: o con l’acqua o col cloruro. Quando s’impone una ddp dall’esterno che è prossima all’E0 avviene la scarica Che libera elettroni (corrente elettrica) la cui intensità è proporzionale alla quantità di specie in soluzione.

Il polarogramma E’ il tracciato che si ottiene dalla scansione elettrodica il quale porta in ascissa la ddp e in ordinata l’intensità di corrente

…La forma del polarogramma Consideriamo una qualsivoglia reazione di riduzione ad esempio quella degli ioni Cadmio: Cd2+ +2e-  Cd (Hg) Quando il potenziale si trova a valori lontani da quello di scarica, L’intensità di corrente che circola è bassa, mentre quando ci avviciniamo al potenziale della semicoppia l’intensità di corrente (CORRENTE LIMITE DI DIFFUSIONE) inizia ad aumentare fino ad un massimo che corrisponde al potenziale di picco

CORRENTE LIMITE DI DIFFUSIONE? E’ la corrente che circola nel circuito quando il sistema si trova in regime di sola diffusione, perché essendo la velocità di riduzione maggiore di quella migratoria, l’affluenza di ioni all’ elettrodo è funzione solo del gradiente di concentrazione che si genera.

Metodi di analisi Voltammetria differenziale ad impulsi (dpv)   Applicando al microelettrodo di mercurio una serie periodica di impulsi di tensione di durata e ampiezza costanti si ottiene un’elevata prestazione della tecnica.

Come si esegue un’analisi polarografica? Si sciacquano gli elettrodi Per verificarne la purezza si può registrare un suo polarogramma Si pone il campione in cella Si aggiunge l’elettrolita di supporto (solido o in soluzione molto conc) L’intervallo di potenziale, La velocità d’impulso e il tempo di degassamento Si impostano i parametri di scansione:

E per la determinazione quantitativa Si registra il polarogramma E per la determinazione quantitativa si procede col metodo delle aggiunte standard

Aggiunte standard? Il metodo dell’aggiunte standard consiste nell’aggiungere progressivamente aliquote note di standard, si registra il segnale di ogni aggiunta e grazie alla legge di Ilkovic si elabora un grafico che fornisce direttamente la concentrazione incognita

La legge di Ilkhovic Questa lega l’intensità di . corrente che I = KC Circola, alla concentrazione della specie in soluzione I = KC Facendo opportuni passaggi matematici si arriva all’equazione di una retta che tiene conto anche delle aggiunte I(V0+Vst) =KC0V0 +KCSTVST

ESPERIENZA Visto che si prevede Si prelevano 20 ml di acqua una bassa concentrazione dell’analita Si prelevano 20 ml di acqua di rubinetto e si aggiunge l’elettrolita di supporto solido (0,30 g di KCl) Si registra il polarogramma Dopodiché si procede con l’aggiunta di standard e con l’annotazione dell’altezza dei picchi

Concentrazione soluzione standard. Pb2+ Cu2+ Zn2+ 2,034*10-6 M 2.043 *10-6 M

Analita + 5.5 ml di standard

Elaborazione dati Campione V0 ml I Cu2+ I Pb2+ Biancoanalita 30 5,29 30 5,29 Agg 1 5,5 45,44 24,70 Agg 2 9,5 48,52 47,64 Agg 3 13,5 53 53,6

  Elaborazione dati per la retta Y= I(V0 + Vst) X = Cst Vst   PIOMBO Y = 5,29 ( 20/1000) = 0,1058 ANALITA ( 20ml) 0 ml standard X = 0 Y = 24,70 (20+5,5)/1000 = 0.630 X = 2.034*10-5 * 5.5/1000 = 1.11*10-7 +5.5 ml standard Y = 47,64(20+9.5)/1000 = 1,40 +9.5 ml standard X = 2.034*10-5 * 9.5*10-3 =1.93 *10-7 Y = 56(20+13.5)/1000 = 1.87 +13.5 ml standard X = 2.034*10-5 * 13.5/1000 = 2.74 *10-7  

L’intercetta negativa corrisponderà PIOMBO x y 0,1058 1,11 0.630 1.93 1.87 1.40 2.74 L’intercetta negativa corrisponderà alla concentrazione incognita di piombo

RAME L’equazione della retta di tendenza è y = 0.6654x +0.0414   Y=0 x =(-0.0414/0.6654) = 6.22 *10-9 M = 6.22*10-3 μM RAME X Y 0.6 1.12 1.15 1.94 1.43 2.75 1.77

Y = 0.4201X + 0.6273 Y = 0 X= -0.6273/0.4201 =1.49 * 10-7 = 1,49*10-1 M , Zinco x y 9.7 13.15 8.36 17.06 16.33 20.77 24.308 CZn=9.5512/0.4587 =20.8223 *10-7 M = 2.082M

Espressione dei risultati Zn2+ Cu2+ Pb2+ 2.082  M   1,49*10-1 M 6.22*10-3 M

Salvatore Costanzo Itis “Leonardo Da Vinci” V ° Chimici A.S 2006\2007