线性扫描伏安法测定废水中的镉离子.doc

线性扫描伏安法测定废水中的镉离子中山大学摘要：镉用于电底、制造合金等；镉氧化的电极电位高，故可用作铁、钢、铜之保护膜，广用于电镀上，并用于充电电池、电视映像管、黄色颜料及作为塑料德尔安定剂。镉化合物可用于杀虫剂、杀菌剂、颜料、油漆等之制造业。镉同时也是影响人体健康的重金属元素。镉对人体组织和器官的危害是多方面的，主要阵对肾脏、肝脏。本实验中采用了线性扫描伏安法测定未知液体中的镉离子浓度，此法精度高，迅速，灵敏且仪器简单便宜。关键词：镉离子 伏安法 线性扫描 极谱法 电极 电化学工作站1. 前言镉离子的分析测定方法有多种，国标方法（GB 5009.152003）中有：石墨炉原子吸收光谱法；原子吸收分光光度法；比色法；原子荧光法 。采用电化学方法来可以测定镉离子含量，所谓电化学方法，即通过测量组成的电化学电池待测物溶液所产生的一些电特性而进行的分析。其优点是精度高，测量稳定，灵敏度高且仪器简单便宜。本实验采用了线性扫描伏安法来测定废水中的镉离子，伏安法和极谱法是一种特殊的电解方法。以小面积、易极化的电极作工作电极，以大面积、不易极化的电极为参比电极组成电解池，电解被分析物质的稀溶液，由所测得的电流电压特性曲线来进行定性和定量分析的方法。当以滴汞作工作电极时的伏安法，称为极谱法，它是伏安法的特例。通过测定来绘制标准曲线，再测定样品，从而得到样品中的镉离子含量。通过本实验来达到以下目的：1.学习CHI750A电化学工作站的操作使用。2.熟悉汞膜电极的制备，掌握线性扫描伏安法的基本原理。3.掌握线性扫描伏安法测定废水中痕量镉的方法。2. 实验部分2.1 仪器与试剂；仪器：50ml容量瓶6个，电解池6个，CHI750A电化学工作站；三电极系统：汞膜电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，Pt电极为辅助电极。试剂：汞（A.R.）；2mol/L HCl溶液。0.5mg/mL Cd2+标准溶液；样品溶液；含Cd2+废水样品（已含1.0mol/L HCl）。2.2 实验方法 汞膜电极的制备1） 将金盘电极（直径1 mm）在金相砂纸上打磨、抛光，使露出金表面。2） 抛光后的金电极在二次水中超声波清洗5 min。3） 将清洗干净的金电极端面浸入储汞瓶的汞中30秒后，柔和搅动金电极，取出，即可见金盘电极的端面上蘸涂了一层半球形的汞膜。4） 将该蘸汞电极置于空白底液中，在-0.30 -0.80 V电位范围内循环扫描5周，浸泡在二次水中备用。 电化学工作站准备：一次打开计算机、电化学工作站主机的电源。将工作电极、参比电极和辅助电极连线与电化学检测池的对应电极正确连接。电化学工作站预热10 min。运行 CHI750A 电化学工作站。并设置参数。 取 6 个 50 mL容量瓶，用吸量管分别准确加入0、2 mL、4 mL、6 mL、8 mLCd2+标准溶液，再于各瓶中加入25 mL 2 mol/L HCl 溶液，用水稀释至刻度，摇匀。 溶液由稀至浓倒入电解池中进行测定。每个样品溶液测三次，取其平均值作为峰电流数据。点击“Save as”图标将伏安图保存在指定的目录下。点击“Convolution”-Semi-derivative进行伏安数据的半微分处理，记录峰高。 测定未知液的峰电流（未知液已含HCl支持电解质，可直接倾入电解池进行测定）。3. 实验结果及讨论3.1数据记录与结果计算表1：线性扫描伏安法测定废水中的镉Cd2+ 浓度/mg.mL-1常规半微分(d1/2i/dt1/2)/(A.s-1)1/2峰电流值 A /1e-6A峰电流值 A /1e-6A0.00000000000.020.6750.7260.7010.5860.5880.5850.7000.5860.041.3271.3561.3781.1421.1751.1951.3541.1710.061.9131.9311.9351.5831.6121.6221.9261.6060.082.3792.3632.3541.8571.8641.8442.3651.855未知液1.5621.5541.5571.1751.1611.1741.5581.170测定结果/mg.L-149.745.3图1：线性扫描伏安特性曲线（常规）图2：线性扫描伏安特性曲线（经半微分处理） 图3： 常规峰电流标准曲线由常规峰电流值得上述标准曲线，代入未知液的峰电流值，得Cd2+ 浓度为49.7 mg.L-1 图4：半微分峰电流标准曲线由半微分峰电流值得上述标准曲线，代入未知液的峰电流值，得Cd2+ 浓度为45.3 mg.L-13.2实验讨论3.2.1 注意事项溶液要新鲜配制，贮汞瓶（称量瓶）中汞要纯净，并用超纯水水封。操作时要注意保护汞膜电极。若汞膜层损坏，则伏安没波波形会变差（表现为半峰宽变宽或无峰），这时汞膜电极需重新处理和准备。为更好地消除汞膜电极的记忆效应，在测试废水样品前，先做空白实验。仪器使用完毕后，将参比电极和辅助电极用蒸馏水冲洗并和滤纸拭干，带好保护帽。将汞膜电极用蒸馏水冲洗后保存于一个盛少量蒸馏水的烧杯中（端面浸入水面下），留下次实验待用。如汞膜电极长期不用，则在细金相砂纸上（洒少量硫磺粉）打磨电极表面除去汞，清洗后保存。3.2.2 问题讨论从标准曲线上可以看出，测量点的线性程度很差：R=0.96966 SD= 0.10208主要问题是在绘制线性扫描伏安特性曲线（图2）的时候，没有选定好数据，特别是Cd2+ 浓度为0.06mg/mL的半微分曲线的选定很不理想，由图1的常规线性扫描伏安特性曲线可以看出，金电极、汞膜的状态很好，而半微分曲线的选定上，0.06mg/mL明显与其他的几个峰有偏差，直接导致了在绘制峰电流标准曲线的时候线性程度很差，R=仅为0.96966。方法改进：如果测出的常规峰电流伏安曲线表明电极、汞膜的状态很好，那么在选取适当的重叠半微分曲线时就不能一味求快，马马虎虎地完成实验，必须挑选最合适的曲线再进行重叠，否则会导致在数据处理时标准曲线的拟合度过低，影响待测液的测量。.3.2.3思考题（1）为什么线性扫描伏安法的i-E曲线显得光滑无锯齿状，而普通极谱波却带锯齿状？答：本实验采用线性扫描伏安法技术，通过半微分（Semi-derivative）处理，可以将伏安波的半峰形转化成峰形，改善了峰形和峰分辨率，显得光滑无锯齿状。（2） 极谱法和伏安法有何区别？答：极谱法与伏安法的区别： 伏安法和极谱法是一种特殊的电解方法。以小面积、易极化的电极作工作电极，以大面积、不易极化的电极为参比电极组成电解池，电解被分析物质的稀溶液，由所测得的电流电压特性曲线来进行定性和定量分析的方法。当以滴汞作工作电极时的伏安法，称为极谱法，它是伏安法的特例。（3）本实验中设置的静止时间较长，为30秒，目的是什么？答：目的是为了消除前次测定后所带来的误差，提高实验的精度。（4）消除氧波和极谱极大的干扰一般采用什么方法？为什么本实验无需特别处理？答：消除极谱极大：加入可使表面张力均匀化的极大抑制剂，通常是一些表面活性物质如明胶、PVA、Triton X-100等。 消除氧波：1) 通入惰性气体如H2、N2、CO2 (CO2仅适于酸性溶液);2) 在中性或碱性条件下加入Na2SO3，还原O2;3) 在强酸性溶液中加入Na2CO3，放出大量二氧化碳以除去O2；或加入还原剂如铁粉，使与酸作用生成H2，而除去O2；4) 在弱酸性或碱性溶液中加入抗坏血酸。5) 分析过程中通N2保护（不是往溶液中通N2）。由于线性扫描伏安法扫描的速度比较快，氧波和前波的干扰很小，可不除氧，前放电物质存在也不干扰测定。 由于采用了三电极体系，有效地减少了iR电位降带来的不良影响。（5）与其他测定痕量镉的分析方法相比，本实验方法有何优缺点？答：本实验采用的不是经典直流极谱法（滴汞电极），而是单扫描极谱法。优点：仪器造价低廉，灵敏度高，有一定精确度，测试速度快