Кулонометрический метод. 
Измерение концентрации вещества

Метод основан на измерении тока или количества электричества при электролизе исследуемого вещества или вещества, реагирующего с измеряемым компонентом. Метод кулонометрического анализа разделяют на две группы: метод кулонометрического титрования и метод кулонометрии при контролируемом потенциале. Обе группы имеют одну принципиальную основу, но различаются по аппаратурному оформлению и технике определений.

Метод кулонометрического титрования состоит в электрохимическом получении некоторого промежуточного компонента (титранта), способного быстро и в соответствии со стехиометрическим соотношением реагировать с анализируемым компонентом газовой смеси. По силе тока генерирования титранта судят о концентрации. Такие газоанализаторы предназначены для определения малых концентраций сернистых соединений в анализируемой смеси или в воздухе производственных помещений [1].

На рис. 1.2 дана схема электрохимической ячейки газоанализатора (ЭХГ) для непрерывного определения малых концентраций SO2 в газовых смесях.

Рис. 1.2 — Схема ячейки электрохимического газоанализатора

Анализируемый газ непрерывно барботирует через ячейку (1) газоанализатора, заполненную подкисленным раствором KJ. В раствор опущены две пары идентичных электродов: индикаторный платиновый (5) и каломельный сравнительный (6). Электроды служат для измерения окислительно-восстановительного потенциала, по величине которого контролируют процесс титрования. Два одинаковых платиновых электрода (2) подключены к источнику постоянного тока и служат для электролиза раствора KJ. В результате электролиза выделяется титрант — молекулярный йод, который окисляет SO2 с образованием серной кислоты. Если количество SO2, поступающего с потоком пробы в ячейку в единицу времени, эквивалентно количеству J2, получаемого от электролиза, то окислительно-восстановительный потенциал системы соответствует конечной точке титрования. При этом сила тока электролиза пропорциональна концентрации SO2. для измерения силы тока предназначен стандартный автоматический электронный потенциометр. При нарушении эквивалентности между количествами поступившего SO2 и выделившегося J2 изменяется окислительно-восстановительный потенциал системы и по сигналу потенциометрического датчика (4) регулирующее устройство (3) изменит силу тока электролиза [3].

Метод кулонометрии при контролируемом потенциале состоит в измерении силы тока при электролизе раствора, содержащего определяемое вещество, причем потенциал измерительного электрода во время электролиза поддерживают в таких пределах, что определяемый компонент реагирует полностью. Примером реализации этого метода является газоанализатор для анализа микроконцентрации сернистого газа.

Рис 1.3 — Схема ячейки кулонометрического газоанализатора

Ячейка анализатора (рис 1.3) содержит измерительный электрод (1) и два вспомогательных электрода (6). Вспомогательные электроды отделены ионообменными мембранами (5) от измерительного электрода и от камеры (2) с запасным электролитом, в которой находится электрод очистки (3). Соединительные каналы а) и б) обеспечивают поддержание уровня электролита в камере измерительного электрода. Анализируемая смесь подается в камеру измерительного электрода через отверстие, радиально расположенные в нижней части трубки (4). На дне камеры под электродом всегда находятся несколько кусочков элементарного йода, где они медленно растворяются. При барботировании газовой смеси через электролит сернистый газ восстанавливает йод до йодида, который затем окисляется на измерительном электроде. В качестве электролита используют 5%-ный раствор серной кислоты [3].