Новые методы анализа, основанные на законах электролиза

Естественно, что точные количественные законы электролиза Фарадея послужили основой для создания новых методов анализа, столь необходимых современной химии: ведь прежде чем использовать то или иное вещество на практике, надо выяснить его химический состав и свойства.

По количеству выделившегося при электролизе вещества можно установить суммарное количество электричества. И наоборот, по количеству протекшего электричества можно определить содержание веществ в растворе, толщину гальванических покрытий, окисных пленок и тому подобное. Поскольку потенциалы большинства электродных реакций известны, какие вещества содержатся в растворе определяют и по величине потенциала, при котором протекает реакция.

Кулонометрическим анализом с применением различных кулонметров — приборов для определения количества электричества по выделившемуся количеству ртути, серебра, меди, чаще всего пользуются для определения тяжелых металлов в продуктах и веществах. По существу, такие приборы представляют собой усовершенствованный вид вольтаметров Фарадея. Есть и такая операция «кулонометрическое титрование». Оно заключается в том, что электролитически генерируется реактив, вступающий во взаимодействие с определенным веществом. По количеству электричества, затраченного на титрование вещества, судят о его концентрации. Известны и другие методы, основанные на электролизе (например, гравиметрический электроанализ) и используемые для количественного определения или разделения металлов или для извлечения и концентрирования следов металлов.

Если же надо определить небольшое количество вещества, в ход идет полярографический анализ.
В заводских и институтских лабораториях чаще всего прибегают к титрометрическим объемным методам анализа. Количество вещества определяют по величине добавленного реактива, который нейтрализуется, окисляет, восстанавливает или осаждает исследуемое вещество до достижения момента эквивалентности — так называемой точки титрования. Ее находят при помощи подходящего индикатора или инструментально. В последнем случае конечная точка титрования обнаруживает себя по резкому изменению тока при определенном потенциале электрода, по изменению электропроводности раствора или по изменению потенциала. Разработаны самые различные приборы, многие из них действуют автоматически.

Химикам очень часто требуется контролировать концентрацию ионов водорода, обусловливающую активность или кислотность растворов. В таком контроле возникает нужда, когда ведется постоянное наблюдение за процессами в химической, пищевой и многих других отраслях промышленности. Для этих целей служат потенциометры с ионоселективными электродами разнообразной конструкции.

Почти полвека назад академик Борис Петрович Никольский отметил, что стекло обладает ионообменными свойствами. В водных растворах стекло гидратируется, и если раствор кислый, нейтральный или слабощелочной, ионы водорода в растворе замещают ионы натрия на поверхности стекла. Разность потенциалов на границе раздела стекло — раствор определяется тогда концентрацией водородных ионов. Это свойство (так называемая селективность) используется при создании стеклянных электродов для измерения кислотности растворов. Созданы были не только стеклянные ионоселективные мембраны, но и мембраны, изменяющие числа переноса ионов из фторида лантана, хлорида, бромида, йодида серебра и других веществ. Стало возможным определять концентрацию ионов галогенидов в различных растворах.

Широко пользуются электрохимическими методами медицина  и физиология.  Чтобы определить  разность электрических потенциалов между двумя точками живой клетки, применяют микроэлектроды — тоненькие стеклянные трубочки с металлическими наконечниками, заполненные физиологическим раствором. В свое время исследователи предпринимали попытки измерить содержание кислорода с помощью незащищенного платинового электрода, вводимого в контролируемый орган. Из этого ничего не получилось, так как компоненты крови и других биологических жидкостей адсорбировались на электроде и препятствовали восстановлению кислорода. В катетерных микроэлектродах современной конструкции платиновый (индикаторный) электрод вместе с электродом сравнения помещен в раствор электролита, отделенный от анализируемой крови гидрофобной (несмачиваемой) пористой пленкой из тефлона. Растворенный в крови кислород диффундирует через заполненные газом поры тефлоновой пленки в электродное отделение и восстанавливается на платиновом электроде.

Когда кровь течет через капилляры кровеносной системы, возникают потенциалы течения, являющиеся одним из источников биопотенциалов. Установлено, например, что один из пиков электрокардиограммы обусловлен возникновением потенциалов течения крови в коронарных сосудах сердца. Эти потенциалы измеряют в кардиологических клиниках и лабораториях.

В медицинской практике широко применяют электрофорез. Он служит для разделения белков, аминокислот, антибиотиков, ферментов, антител, для диагностики и контроля за ходом болезни. Столь же распространен и ионофорез — метод введения лекарственных веществ в организм через кожу постоянным током. Известный аппарат «искусственная почка», к которому подключают больного при острой почечной недостаточности, основан на явлении электродиализа. Кровь протекает в узком зазоре между двумя мембранами, омываемыми снаружи физиологическим раствором. Благодаря большой площади мембран и наложенному электрическому полю из крови удаляются шлаки — продукты обмена и распада тканей.