专业实验实验报告

专业实验实验报告循环伏安法测定奶瓶中双酚A的含量实验目的：学习循环伏安法测定电极反应参数的基本原理和方法。熟悉仪器的使用并根据所测数据获得回归方程。根据BPA的氧化峰电流与其浓度呈正比的定量依据，测定奶瓶中双酚A的含量。实验原理：循环伏安法（CV）是一种常用的电化学研究方法。由于它仪器简单、操作简便、谱图解析直观，因此常常是进行实验的首选方法。该方法是将循环变化的、以三角波形扫描的电压施加于工作电极与参比电极之间，记录工作电极上得到的电流与施加电流的关系曲线，根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象和电极反应动力学。溶液中的电解质会离解出阴、阳离子，在外电场作用下发生定向移动产生电流使整个回路导通。在电场的作用下，阴、阳离子分别向阳极、阴极移动，并在电极表面发生氧化或还原反应。如果电极反应的速度足够快以致使得当离子刚移动到电极表面的反应区便立刻被反应掉，即电极表面总是处于缺少反应物的状态，这时电极表面的反应是可逆的，能量损失较小。凡是能够测出电流电压关系获得电流-电压（I-U）曲线的方法都可成为伏安法。循环伏安法便是让电压做循环变化同时测出电流的改变的方法。如以等腰三角形的脉冲电压加在工作电极上，得到的电流-电压曲线包括两个分支，如果前半部分电位向阴极方向扫描，电活性物质在电极上还原，产生还原波，那么后半部分电位向阳极方向扫描时，还原产物又会重新再电极上氧化，产生氧化波。因此一次三角波扫描，完成一个还原和氧过程的循环，电流-电压曲线称为循环伏安图。如果电活性物质可逆性差，则氧化波与还原波的高度就不同，对称性也较差。BPA在裸电极上的Ep方程为式中：Ep——底物氧化峰电位；E0——标准电位；k0——标准异构速率常数；电子转移系数；nα——电子反应数；v——扫描速率；其他符号具有通常的意义。双酚A(BPA)是酚类环境雌激素的一种，它具有类雌激素活性且含有酚类结构特征的环境内分泌干扰物。对人类和野生动物的内分泌系统产生不良影响且具有不同程度的毒性作用。本实验基于BPA在SWCNT修饰电极上具有明显的电催化作用，简便、快捷、测定准确且成本较低。双酚A是具有电化学活性的物质，含有酚羟基，在一定条件下可以被电化学氧化，在工作电极上具有很好的电化学循环伏安响应。BPA在玻碳电极上具有一对氧化还原峰，阳极峰电流和阴极峰电流分别用Ipa和Ipc表示，阳极峰低昂为和阴极峰电位分别用Epa和Epc表示。根据峰电位可以进行定性分析，计算峰电位之间的差值，判断BPA在工作电极上反应的可逆性。而峰电流是定量分析的依据。25℃时，发生不可逆反应；BPA的峰值电流可通过计算得，即Ip=(2.99×105)n(αnα)1/2AC0*D1/2v1/2式中：n——氧化还原反应电子转移数；A——电极工作面积；C0——浓度；D——物质在溶液中的扩散系数；其他符号具有通常意义。据此，在一定实验条件下，BPA的峰电流与其浓度呈正比，这是进行定量分子的依据。实验仪器、试剂：实验仪器：电化学工作站；三电极系统：玻碳电极（GCE）、对电极（铂电极），参比电极（饱和甘汞电极（SCE））；砂纸；超声波清洗器；滤纸；移液枪；pH计；电子分析天平；容量瓶；玻璃棒；滴管；干燥箱；量筒；烧杯等。试剂：单壁碳纳米管（SWCNT）；双酚A；纯乙醇；pH=8.5的PBS缓冲液；铁氰化钾溶液；饱和KCl溶液；四个不同品牌的奶瓶；乙酸乙酯等。实验步骤：回归方程的绘制工作电极的预处理将玻碳电极加抛光粉在砂纸表面小心轻轻打磨至光亮，用混酸(V(HNO3):V(H2O)=1:1)冲洗干净，后分别在纯乙醇和蒸馏水中用超声波清洗10min。用滤纸吸去附着在电极表面的水珠。将1mg酸化了的单壁碳纳米管（SWCNT）溶解在乙醇溶液中，用超声搅拌促进溶解，形成黑色悬浊液。用移液枪移取20µL该溶液于电极表面，在室温下干燥备用。BPA标准溶液的配制双酚A（BPA）溶于纯乙醇配成2.2×10－3mol/L储备液；（BPA分子量228，将5.0gBPA用纯乙醇溶于10mL容量瓶中，浓度约为2.2×10－3mol/L，于4℃温度下保存）实验时用pH8.5的1mol/LPBS稀释成一系列浓度梯度，采用逐级稀释的方法。循环伏安测定室温条件下，以SWCNT修饰电极为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在pH=8.5的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中，于70mV先富集300s后，再以扫描速度50mV/s进行循环伏安测定。得不同BPA浓度溶液的氧化峰电流值Ip。奶瓶中BPA含量的测定样品预处理取四个不同品牌的奶瓶（体积=250毫升），在奶瓶中加入100℃水100mL；振荡30min后得到水样。这些水样用于对BPA的浸出试验，在这样的情况下，BPA是不可能被检测到的。BPA分子具有较强的极性，根据相似相溶原理，采用极性较强的溶剂乙酸乙酯来提取奶瓶中的BPA。采用浓缩提取法，再分别在四个不同品牌的奶瓶中加入5.00mL乙酸乙酯，继续振荡30min。乙酸乙酯用蒸发法除去，再用1mLPBS稀释，所得样品进行循环伏安测定。从这个提取步骤，所得BPA的最终浓度已为先前浓度的40倍。同时进行加标回收实验，计算回收率。得溶液的氧化峰电流值Ip。循环伏安测定室温条件下，以SWCNT修饰电极为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在pH=8.5的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中，于70mV先富集300s后，再以扫描速度50mV/s进行循环伏安测定。平行测定3至5次。实验数据及处理：根据BPA的氧化峰电流（Ip）与其浓度在1.0×10-8～2.0×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系，回归方程为Ip(A)=3.768×10-6+0.722C（R=0.9954），检出限为5.0×10-9mol/L。相同条件下，同一电极平行测定2.2×10-6mol/L的BPA溶液5次，相对标准偏差（RSD）为4.3%。所有实验均在室温（20-25℃）下进行。所有数据，除非另有规定，都为三至五个重复实验测量的平均值。浓缩后仍未检测到BPA的氧化峰电流值。采用标准加入法后，BPA检出量如下表所示，计算回收率及标准偏差，如下：样品BPA加入量/μMBPA检出量/μM回收率（%）相对标准偏差（%）15.04.9±0.398.0±6.05.810.010.3±0.5103.0±5.05.525.05.1±0.2102.0±4.04.310.09.8±0.498.0±4.04.135.05.2±0.1104.0±2.04.610.09.7±0.297.0±2.05.145.04.8±0.296.0±4.05.310.010.1±0.3101.0±3.03.2由表可得，BPA的回收率在96%～104%之间，其相对标准偏差在3.2%～5.8%。注意事项：电极打磨后，可在10nmol/L的铁氰化钾溶液中进行循环伏安表征；当峰电位差在70mV以下时，表明电极打磨干净。实验完毕，关闭仪器，除去