电分析化学与生活

1、仪器分析课堂仪器分析课堂第五小组第五小组电分析化学与生活电分析化学与生活1921年，号称当时“世界工业史上的奇迹”的豪华客轮“泰坦尼克”号由于与冰山的碰撞，沉没海底，直到1985年才被人在北大西洋的洋底发现，重新出现在公众的眼前。据科学家最新研究表明，泰坦尼克号正在面临着它的第二次毁灭彻底地在地球上消失。泰坦尼克号在海底惨遭多个过程的“蹂躏”。泰坦尼克号的快速腐蚀，一定程度上是因为它含有金属物质，可以支持一个电化交换的过程。在维持电子存在方面，铅、铜、黄铜和泰坦尼克号上的其他金属物都强于铁，而铁构成了钢质船体的大部分，从而形成了电化学腐蚀。电分析化学与生活电分析方法在化妆品研究中的应用电分析化

2、学在医学及生物方面的运用电分析化学与食品安全电分析化学与环境监测电分析测定化妆品中含量及成分 例如采用线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)和微分脉冲伏安法(DPV)等电化学手段研究了熊果苷(ABT)在玻碳电极上的电化学行为 熊果苷（Arbutin）又名熊果素、熊果酚苷等，化学名为对-羟基苯-D- 吡喃葡糖苷，是从鸟饭树、酸果蔓和梨树枝等植物中提取得到的一种易溶于水的天然活性物质，它能够迅速渗入肌肤，有效抑制皮肤中酪氨酸酶的活性，阻断黑色素的形成，通过自身与酪氨酸酶（Tyrosinase）的结合，加速黑色素的分解和排泄，从而达到祛除色斑和雀斑的效果。通常，3%的熊果苷膏霜能消除90%以上

3、紫外线引起的晒黑。因其最早来源于天然绿色植物，对细胞不产生毒害、刺激性、致敏性，还有润肤、愈创、杀菌等效果，故被称为是具有“绿色、安全、高效”概念的皮肤美白活性物质。5用电化学分析法对某化妆品样品的用电化学分析法对某化妆品样品的PH、氟离子和氯离子、氟离子和氯离子含量进行检测评价含量进行检测评价 基于电化学聚合在金电极表面固定兔抗人免疫球蛋白G抗体与人免疫球蛋白G及标记有Ru(bpy)2+3 的羊抗人免疫球蛋白G抗体之间发生特异性免疫反应，形成三明治结构，成功建立了用于测定人血清中免疫球蛋白G的电化学发光( ECL)免疫技术。利用此方法测定人免疫球蛋白G含量，浓度在50 g/L2 mg/L范围

4、内与电化学发光强度呈良好的线性关系，线性回归方程为y(a. u.)=48.41+0.09x(g/L) (n=7)；检出限为20 g/L (3)。测得正常人血清中免疫球蛋白G平均含量为11.2 g/L ，结果令人满意电化学的应用电化学的应用医药方面医药方面1.基于电化学聚合固定抗体的电化学发光免疫基于电化学聚合固定抗体的电化学发光免疫 分析法检测人免疫球蛋白分析法检测人免疫球蛋白 电化学治疗肿瘤是通过将治疗电极刺人体内组织，在直流电的作用下产生电解、电渗、电泳反应，使肿瘤组织发生改变，达到治疗目的。 利用电化学分析影响其疗效的临床病理相关因素以及探讨电化学治疗中晚期宫颈癌的可能机制。2.利用电化

5、学治疗中晚期宫颈癌利用电化学治疗中晚期宫颈癌3 .电化学治疗肿瘤电化学治疗肿瘤电化学的应用电化学的应用医药方面医药方面 酶传感器是将对待测底物具有选择性响应的酶层固定在离子选择电极表面上而制成的。待测底物大多是各种有机物，它们在酶的催化作用下，可生成或消耗某些能被电极检测的催化产物。根据电极对催化产物的响应，可测得产物的浓度，从而计算出待测底物的含量。例如临床上血糖和尿糖的检查，测定葡萄糖用的酶传感器所基于的生物化学反应是： 通过电极法测得过氧化氢的生成量或氧气的消耗量，就可计算体液中葡萄糖的含量。 酶传感器的设计形式在不断更新，所使用的酶的种类也日益增多，因此测定物质的范围也越来越广泛，为临

6、床正确诊断与抢救提供了极为可靠的实际参数。 过氧化氢葡萄糖酸氧气葡萄糖葡萄糖氧化酶电化学的应用电化学的应用生物方面生物方面1.酶传感器酶传感器 电化学是研究电子导体(或半导体材料)/离子导体(一般为电解质溶液)或离子导体/离子导体界面结构、界面变化过程与反应机理的一门科学。生命现象最基本的过程是电荷运动，生物电的起因是由于细胞膜内外两侧存在电势差，很多生命现象如人或动物的肌肉运动、细胞的代谢作用、神经的信息传递以及细胞膜的结构与功能都可用电化学原理来解释。生物电池、心电图、脑电图生物电池、心电图、脑电图等则是利用电化学方法模拟生物体内器官的生理规律及其变化过程的实际应用。由上可见，电化学是生命

7、科学中最基础的一门相关学科，因而研究生物电化学具有极其重要的意义。 电化学的应用电化学的应用生物方面生物方面2.生物电化学生物电化学 生物电化学发展非常迅速生物电化学发展非常迅速 ，其研究分别在分子、细胞，其研究分别在分子、细胞和生物组织等三个不同层次上进行。目前的研究领域主要和生物组织等三个不同层次上进行。目前的研究领域主要有以下几个方面有以下几个方面:（1）生物膜与生物界面模拟研究生物膜与生物界面模拟研究 主要研究膜的电化学热力学性质、物质的跨膜传输和生物电的传递等现象。 （2）生物电化应用技术生物电化应用技术 生物分子的电化学行为的研究是生物电化学的一个基础研究领域,其研究目的在于获取生

8、物分子氧化还原电子转移反应的机理,以及生物分子电催化反应机理,为正确了解生物活性分子的生物功能提供基础数据。所研究的生物分子包括小分子如氨基酸、生物碱、辅酶、糖类等和生物大分子如氧化还原蛋白、RNA、DNA、多糖等。电化学的应用电化学的应用生物方面生物方面（3）电化学生物传感器和生物分子器件电化学生物传感器和生物分子器件 传感器与通信系统和计算机共同构成现代信息处理系统。传感器相当于人的感官,是计算机与自然界及社会的接口,是为计算机提供信息的工具。 a.酶电极传感器酶电极传感器 以葡萄糖氧化酶(GOD)电极为例简述其工作原理。在GOD的催化下，葡萄糖(C6H12O6)被氧氧化生成葡萄糖酸(C6

9、H12O6)和过氧化氢。根据上述反应,显然可通过氧电极(测氧的消耗)、过氧化氢电极(测H2O2的产生)和PH电极(测酸度变化)来间接测定葡萄糖的含量。因此只要将GOD固定在上述电极表面即可构成测葡萄糖的GOD传感器。 电化学的应用电化学的应用生物方面生物方面d.d.组织电极与细胞器电极传感器组织电极与细胞器电极传感器 直接采用动植物组织薄片作为敏感元件的电化学传感器称组织电极传感器其原理是利用动植物组织中的酶 c.c.电化学免疫传感器电化学免疫传感器 抗体对相应抗原具有唯一性识别和结合功能。电化学免疫传感器就是利用这种识别和结合功能将抗体或抗原和电极组合而成的检测装置。电化学免疫传感器从结构上

10、可分为直接型和间接型两类。直接型的特点是在抗体与其相应抗原识别结合的同时将其免疫反应的信息直接转变成电信号。 电化学的应用电化学的应用生物方面生物方面b.微生物电极传感器微生物电极传感器 将微生物(常用的主要是细菌和酵母菌)作为敏感材料固定在电极表面构成的电化学生物传感器称为微生物电极传感器(1)含铬废水的处理。含铬废水的处理。采用采用内电解还原法（也是微电解法）内电解还原法（也是微电解法）,将废水通过特定的高效反应器将废水通过特定的高效反应器,金属离子与金属离子与非金属离子被氧化还原并截流在系统中。非金属离子被氧化还原并截流在系统中。电解法处理含铬废水，以铁板为阳极，并用压缩空气搅拌进行电解

11、。电解法处理含铬废水，以铁板为阳极，并用压缩空气搅拌进行电解。之后进入综合调节池之后进入综合调节池,调节调节pH,并与并与PAC进行反应进行反应,最后经沉淀过滤后达标排放。最后经沉淀过滤后达标排放。两者便沉淀下来。值时，pH的氧化铁和氢氧化铬沉淀值不断升高，当达到氢pH溶液的消耗，废水中的氢离子不断被随着电解反映的发生，。在阴极上的还原很微量离子的还原，原绝大部分是由于亚铁实践证明，六价铬的还672614还原将Fe溶解下来的,2阳极反应)2(72614在阴极上还原其次，还有少量六价铬22子放电析出氢气阴极反应：主要是氢离)1(323272622232722FeOHCrFeHOCrCrFeeFe

12、OHCreHOCrHeH电化学的运用环境方面化学凝絮剂化学凝絮剂-PAC 聚合氯化铝是一种高效净水剂，能除菌、聚合氯化铝是一种高效净水剂，能除菌、除臭、脱色等。由于特性优势突出，适用除臭、脱色等。由于特性优势突出，适用范围广，用量可比传统净水剂减少范围广，用量可比传统净水剂减少30%以以上，成本节省上，成本节省40%以上，已成为目前国内以上，已成为目前国内外公认的优良净水剂。此外，聚合氯化铝外公认的优良净水剂。此外，聚合氯化铝还可用于净化饮用水和自来水给水等特殊还可用于净化饮用水和自来水给水等特殊水质的处理，如除铁、除镉、除氟、除放水质的处理，如除铁、除镉、除氟、除放射性污染物、除浮油等。近年

13、来聚合氯化射性污染物、除浮油等。近年来聚合氯化铝已发展成为技术成熟、市场销量大的净铝已发展成为技术成熟、市场销量大的净水剂，并有逐步取代传统净水剂的趋势。水剂，并有逐步取代传统净水剂的趋势。 （2）.在含有氰化物的废水中，在碱性的环境中，电解在含有氰化物的废水中，在碱性的环境中，电解生成的亚铁离子与氰根生成亚铁氰化络合物，生成的亚铁离子与氰根生成亚铁氰化络合物，OHCNFeFeCNFeOHFeOHFeOHOOHFeCNFeFeCN12)()(3)(4)(42)(4)(63644633222462最终，氧化亚铁被继续氧化，在压缩空气搅拌下，氢亚铁。，亚铁离子生成氢氧化同时，在微碱性条件下 COD

14、即（即（Chemical Oxygen Demand）是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表它是表示水中还原性物质多少的一个指标。示水中还原性物质多少的一个指标。水中水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量（因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严氧量越大

15、，说明水体受有机物的污染越严重。重。 (3)酸碱废水的处理。酸碱废水的处理。 酸碱废水不仅含有多种重金属离子酸碱废水不仅含有多种重金属离子,还有油渍、有还有油渍、有机添加剂等机添加剂等,而且水量大、酸度也大。为了去除有而且水量大、酸度也大。为了去除有机物机物,降低中和沉淀时碱的用量降低中和沉淀时碱的用量,采用采用中和过滤塔中和过滤塔中和与二氧化氯氧化的方法中和与二氧化氯氧化的方法对酸碱废水进行预处对酸碱废水进行预处理。理。 处理完成后汇入综合调节池与其他废水一起作进处理完成后汇入综合调节池与其他废水一起作进一步处理。该废水中的污染物除酸碱度外主要是一步处理。该废水中的污染物除酸碱度外主要是油脂

16、类污染物油脂类污染物,这也是这也是CODCr的主要构成的主要构成,处理不当处理不当将直接影响出水的排放指标将直接影响出水的排放指标,因此本工艺主要通过因此本工艺主要通过氧化处理工艺使得该类污染物最大程度的氧化处理工艺使得该类污染物最大程度的氧化和氧化和分解分解,从而改变其稳定形态从而改变其稳定形态,再通过絮凝过滤处理。再通过絮凝过滤处理。电镀污泥的处理电镀污泥的处理 （1）电镀污泥的固化）电镀污泥的固化/稳定化技术稳定化技术 （2）电镀污泥的热化学处理技术）电镀污泥的热化学处理技术 热化学处理技术热化学处理技术(如焚烧、离子电弧及微波如焚烧、离子电弧及微波等等)是在高温条件下对废物进行分解是在

17、高温条件下对废物进行分解,使其中使其中的某些剧毒成分毒性降低的某些剧毒成分毒性降低,实现快速、显著实现快速、显著地减容地减容,并对废物的有用成分加以利用。并对废物的有用成分加以利用。酸浸法处理电镀污泥的工艺流程酸浸法处理电镀污泥的工艺流程 微电解微电解(电凝聚电凝聚)是在外电压作用下是在外电压作用下,利用可溶性阳利用可溶性阳极（通常选用铁或铝）产生大量阳离子极（通常选用铁或铝）产生大量阳离子,对电镀废对电镀废水进行凝聚沉降水进行凝聚沉降,将金属电极置于待处理的废液中将金属电极置于待处理的废液中,然后通以直流然后通以直流,此时金属阳极发生氧化反应此时金属阳极发生氧化反应,产生产生的阳离子在水中水

18、解、聚合生成一系列多核水解的阳离子在水中水解、聚合生成一系列多核水解产物而起凝聚作用。产物而起凝聚作用。 同时阴极上产生的还原能力极强的新生态氢可与同时阴极上产生的还原能力极强的新生态氢可与废水中的污染物起还原反应或生成氢气废水中的污染物起还原反应或生成氢气,在阳极上在阳极上也有可能有氧气放出也有可能有氧气放出,氢气和氧气以微气泡的形式氢气和氧气以微气泡的形式出现出现,在水处理过程中与悬浮颗粒接触可获得良好在水处理过程中与悬浮颗粒接触可获得良好的粘附性能的粘附性能,从而提高水处理效率。也成为从而提高水处理效率。也成为电浮离电浮离。1、电化学分析是食品生产控制、理论研究的新型重要工具电分析化学与食品安全电分析化学与食品安全 由于电极品种仍限于一些低价离子（主要是阳离子），因此在实际应用中还受到一定的限制；另一方面，电极电位值的重现值受实验条件变化影响较大，其标准曲线不及光度法测定的曲线稳定。由于这些因素的影响，目前许多已制成的离子电极，其实际应用的潜力尚未充分发挥