УДК 541.13
ИНВЕРСИОННАЯ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЯ ЖЕЛЕЗА, КОБАЛЬТА И НИКЕЛЯ НА ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОДАХ
ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»
*****@***ru
Среди современных методов и средств, которыми располагает аналитическая химия, достаточно заметное место по широте и частоте использования занимают методы электрохимического анализа, в частности метод инверсионной вольтамперометрии. Однако при совместном электроосаждении двух и более металлов на поверхность индифферентного электрода, возможно проявление различного рода взаимодействий между компонентами, которые отражаются на виде вольтамперных кривых, а также на результатах анализа. Поэтому изучению электрохимического поведения бинарных систем в рамках инверсионной вольтамперометрии уделяется большое внимание. Особый интерес представляет электрохимия наноразмерных бинарных систем металлов (Fe - Co, Fe - Ni) широко применяемых в качестве магнитных систем и катализаторов, в частности влияние фазового состава, морфологии и размера частиц на характер электрохимического отклика при анодном окислении наноразмерных металлических систем в раствор электролита. Закономерности электрохимического поведения указанных систем смогут быть использованы для разработки методик анализа (включая фазовый анализ) металлов и сплавов вольтамперометрическим методом, а так же для электролитического получения бинарных металлических систем сложного фазового состава. Прежде чем исследовать электрохимическое поведение бинарных систем необходимо рассмотреть процессы индивидуального окисления и восстановления металлов. Для этого вначале необходимо подобрать условия (потенциал и время накопления, фоновый электролит, рН), при которых будет происходить катодное восстановление металлов на поверхности твердых электродов (графитового, стеклоуглеродного) и последующее анодное окисление, дающее стабильный и воспроизводимый электрохимический отклик.
Вольтамперометрическое изучение поведения ионов металлов подгруппы железа выполнено с использованием полярографа ПУ - 1 с интерфейсным блоком «Графит» при работе с электродной системой в трёхэлектродном режиме. В качестве индикаторного электрода использовали торцевой графитовый электрод, в качестве вспомогательного - стержневой стеклоуглеродный электрод с большей относительно графитового площадью поверхности, электродом сравнения служил хлоридсеребряный электрод. Для перемешивания исследуемого раствора использовали магнитную мешалку. В качестве электролизёра применялся стаканчик объёмом 30 см3 .
В задачи входило получение калибровочных зависимостей для железа, кобальта и никеля при их индивидуальном присутствии в различных фоновых электролитах, с целью выбора такого электролита, в котором возможно совместное осаждение с последующим растворением бинарных систем железо-кобальт и железо-никель. Однако при использовании графитового электрода в качестве индикаторного мы столкнулись с проблемами при получении аналитических сигналов – пиков окисления металлов в одних и тех же условиях (либо железо, либо кобальт и никель в выбранном фоновом электролите не дают отклика).
Процесс электролиза проводился при заданном потенциале в течение 60 секунд, после чего следовала стадия успокоения (10 секунд), а электрохимическое растворение металлов с поверхности индикаторного электрода и регистрация вольтамперограмм производилось при линейно меняющемся потенциале. Скорость линейной развертки потенциала 105 мВ/с, амплитуда развертки 2,5В.
В условиях индивидуального электроосаждения получены линейные зависимости токов пиков окисления никеля и кобальта от концентрации их ионов в 0,1 М растворе HNO3, аммиачном буферном растворе, боратном буферном растворе, однако пиков окисления железа в указанных условиях наблюдать не удается. В табл.1 и 2 представлены характеристики пиков и полученных градуировочных зависимостей.
Таблица 1
Параметры пиков анодного окисления металлов с поверхности графитового электрода в различные электролиты.
Металл | Потенциал пика, В | |||
Аммиачный буферный раствор | Боратный буферный раствор | 0,1 М KOH + 0,01 М винная кислота | 1 М KOH + 0,1 М винная кислота | |
Железо | – | – | -0,640 | -0,825 |
Кобальт | -0,375 | -0,375 | – | – |
Никель | -0,425 | -0,425 | – | – |
Таблица 2
Уравнения градуировочных зависимостей токов пиков окисления металлов от концентрации соответствующих ионов в растворе
Металл | Аммиачный буферный раствор | Боратный буферный раствор | 1 М KOH + 0,01 М винная кислота | 1 М KOH + 0,1 М винная кислота |
Железо | – | – | I = 145,7c(Fe2+) – 236,3 мкА | I= 112,5c(Fe2+) – 168,7 мкА |
Кобальт | I = 516,1c(Co2+) – 695,2 мкА | I = 109,5c(Co2+) – 272,3 мкА | – | – |
Никель | I = 56,6c(Ni2+) – 105,3 мкА | I = 11,2c(Ni2+) – 34,6 мкА | – | – |
При индивидуальном электроосаждении пики окисления железа зарегистрированы только в растворе 1 М KOH + 0,01 М винная кислота, получена зависимость тока пика от концентрации ионов железа, имеющая линейный характер, но в данных условиях пики кобальта и никеля в изученном интервале концентраций не формируются.
Научный руководитель – доктор хим. наук, профессор, чл.-корр. РАН ; научный консультант – к. х. н., доцент Иванова Н. В. ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»
