Elektrochemické metódy v analytickej chémii (N-mCAL-129/22)

Študent získa informácie o elektrochemických metódach v analytickej chémii, ich princípe a klasifikácii. Vie popísať základné referenčné a indikačné elektródy v rovnovážnej potenciometrii; potenciometrické titračné krivky a jednotlivé kroky elektródového procesu. Pozná Faradayove zákony a spôsoby akumulácie analytov v stripping voltampérometrií. Porozumie vzťahom medzi elektrickými veličinami a koncentráciou látok; javom, ktoré ovplyvňujú vynútený prenos náboja na elektróde; rozdielnej charakteristike reverzibilnej a ireverzibilnej elektródovej reakcie; rozdielom medzi kapacitným a faradayickým prúdom a vplyvom rôznych parametrov na voltampérometrické stanovenie látok. Po úspešnom ukončení procesu vzdelávania študent je schopný použiť priamu rovnovážnu potenciometriu s využitím ISE na stanovenie koncentrácie látok pomocou kalibrácie a pomocou prídavkov štandardu; nájsť vhodné podmienky na priame potenciometrické stanovenia pomocou ISE; stanoviť koeficient selektivity ISE; využívať a optimalizovať voltampérometrické metódy v chemickej analýze; vyhodnotiť signál získaný rôznymi voltampérometrickými metódami; efektívne pracovať s vedeckou literatúrou a prezentovať vlastnú prácu a riešiť príklady z elektroanalytickej chémie.

Sylabus prednášok

1. Elektroanalytická metóda, elektrické veličiny, základné pojmy (elektrochemický článok, elektróda, elektródový dej, elektroaktívna častica). Prenos elektrónov. Energetická hladina. Klasifikácia elektroanalytických metód.
2. Rovnovážna potenciometria. Potenciál, elektromotorická sila (EMS), elektródový potenciál, Nernstova rovnica, štandardný potenciál, formálny potenciál, meranie EMS (pH-metre), referenčné a indikačné elektródy. Potenciometrické titrácie, titračné krivky.
3. Iónovoselektívne elektródy (ISE). Definícia a klasifikácia, elektrochemická membrána, transfer iónov, Donnanov a Nernstov potenciál, materiály membrán a konštrukcia ISE, kalibrácia, selektivita ISE, Nikolského-Eisenmanova rovnica, metódy stanovenia koeficientu selektivity, praktické využitie ISE, meranie pH.
4. Vynútený prenos náboja v rozhraní elektródy s roztokom. Elektródový proces, transportné mechanizmy, polarizačné krivky. Elektrická dvojvrstva, kapacitný prúd. Faradayove zákony.
5. Chronoampérometria s napäťovým skokom. Cotrellova rovnica, kapacitný prúd, praktické obmedzenia. Pulzná voltampérometria.
6. Lineárna a cyklická voltampérometria. Reverzibilné a ireverzibilné oxidačno redukčné systémy.
7. Diferenčne pulzná voltampérometria. Štvorcovovlnová (square-wave) voltampérometria.
8. Chronopotenciometria a tenkovrstvová coulometria.
9. Rozpúšťacia (stripping) voltampérometria, spôsoby koncentrovania analytov.
10. Konduktometria a vysokofrekvenčné metódy.
11. Vybrané aplikácie elektroanalytických metód. 

Hodnotenie predmetu

Maximálny počet 100 bodov

1. Prednáška, max. 40 bodov:
   
   • záverečný písomný test

2. Cvičenie, max. 40 bodov:
   
   • aktívna účasť na cvičeniach (5b)
   • výsledky experimentálnej práce sumarizované v protokoloch (30b)
   • záverečná písomná previerka

3. Seminár, max. 20 bodov:
   
   • zahŕňa vypracovanie a prezentáciu seminárnej práce

Celkové hodnotenie predmetu

Podmienky pre absolvovanie cvičení a seminárov

Študijný poriadok Univerzity Komenského v Bratislave, Prírodovedeckej fakulty Článok 4, odsek 9

• ak študent príde na cvičenie nepripravený alebo v priebehu cvičenia sa bude chovať neadekvátne, poruší bezpečnosť pri práci a ohrozí tým svoje zdravie alebo zdravie svojich kolegov, vyučujúci ho môže vylúčiť z cvičenia bez nároku na náhradné odcvičenie úlohy
• študent musí absolvovať všetky laboratórne cvičenia,
• v prípade neúčasti študenta na cvičeniach, musí študent dokladovať dôvod svojej neúčasti, inak mu vyučujúci nemusí uznať zápočet a študent následne nebude pripustený ku skúške
• ak študent vymešká cvičenie a vyučujúci uzná jeho dôvody ako opodstatnené, docvičovanie úloh resp. získanie bodov stratených kvôli neúčasti sa bude riešiť individuálne na základe okolností a písomnej dohody medzi študentom a vyučujúcim
• študenti majú nárok na jeden náhradný termín (spravidla v 13. týždni semestra), počas ktorého si môžu docvičiť vymeškané úlohy (okrem prípadov menovaných v prvom bode)
• študent je povinný nahlásiť ešte pred absolvovaním cvičenia každú skutočnosť, ktorá by mohla ohroziť bezpečnosť a zdravie ľudí v laboratóriu alebo spôsobiť materiálne škody 
• ak študent vymešká viac ako jeden seminár bez dôveryhodného dokladovania dôvodu neúčasti, vyučujúci mu nemusí uznať zápočet a študent následne nebude pripustený ku skúške
• ak niektorý seminár alebo cvičenie odpadnú v dôsledku sviatkov alebo dekanského/rektorského voľna, body získateľné za tieto aktivity sa odpočítajú z maximálneho počtu bodov a percentuálna úspešnosť študenta sa vypočíta pomocou zníženého maximálneho počtu dosiahnuteľných bodov.

Ostatné problémy sa budú riešiť v zmysle Študijného poriadku UK v Bratislave zverejneného na webovej stránke fakulty.

Odporúčaná literatúra

• A.J. Bard a kol.: Electrochemical methods, Fundamentals and Applications,John Wiley & Sons, INC., 2001
• C.G. Zoski (ed.): Handbook of Electrochemistry, Elsevier, Amsterdam, 2007
• E. Beinrohr: Prietokové elektroanalytické metódy v praxi, 2 Theta, Český Těšín, 2013
• J. Cazes, Ewing´s Analytical Instrumentation Handbook: Marcel Dekker, New York, 2005
• D. A. Skoog, F. J. West, F. J. Holler, S. R. Crouch: Analytical Chemistry. An Introduction. Saunders Coll. Publ. 2000
• P. Klouda, Moderní analytické metody, Nakl. P. Klouda Ostrava, 2.vyd. 2002
• R. Kellner, J-M. Mermet, M. Otto, Analytical Chemistry, John Wiley & Sons Australia, Ltd, 2013
• Cvičenie: návody na www.analytika.sk

Laboratórne cvičenia

1. Cyklická voltampérometria
2. Chronoampérometria
3. Chronopotenciometria
4. Square-wave voltampérometria
5. Rozpúšťacia voltampérometria
6. Rovnovážna potenciometria s ISE
7. Vnútroelektródová coulometrická titrácia
8. Diferenčne pulzná voltampérometria
9. Prietoková rozpúšťacia chronopotenciometria