第十章 极谱分析法.

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在以上因素都恒定的条件下
Ilkoviĉ常数
607nD qm
1 2 2 3
1 6
id kc
极谱定量分析的基础
三、干扰电流以及消除方法
(一)残余电流
(a)微量杂质等所产生的微弱电流
产生的原因:溶剂及试剂中的微量杂质及微量氧等
消除方法:可通过试剂提纯、预电解、除氧等 (b)充电电流(也称电容电流) 影响极谱分析灵敏度的主要因素。 产生的原因:分析过程中由于汞滴不停滴下,汞滴表面积 在不断变化,因此充电电流总是存在,较难消除。 充电电流约为10-7 A的数量级,相当于10-5~10-6mol/L的被 测物质产生的扩散电流。 消除:作图法扣除或仪器的残余电流补偿装置抵消

n
均相氧化还原反应
如:Fe3 e Fe 2
2 络合物的极谱波
MX P
n pb
ne Hg M ( Hg ) pX b
如:HPbO2 2 e H 2O Hg Pb( Hg ) 3OH
3 有机化合物的极谱波
(二)按电极反应的氧化或还原过程区分为 还原波(阴极波)和氧化波(阳极波)
还原波:溶液中的氧化态物质在电极上还原时 所得到的极化曲线。 氧化波:溶液中的还原态物质在电极上氧化时 所得到的极化曲线。
对于可逆波,同一物质在相同的底液条件下, 氧化波和还原波的半波电位相同; 对于不可逆波,由于过电位的存在,氧化波和 还原波的半波电位不相同
电极的析出电位变正,在碱性溶液中可测碱金属、碱土金 属离子。 滴汞作阳极时,因汞会被氧化,故其电位不能超过0.4V。 汞易纯化,但有毒,易堵塞毛细管。
第三节 极谱定量分析
一、扩散电流方程式
1934年,尤考维奇(Ilkovic)推导而得极限扩散 电流方程式即尤考维奇(Ilkovic) 方程式,如下:
电流较大时,参比 电极不能负荷,电位 不再稳定,同时由于 iR较大,校正其较困 难,因此采用三电级 系统 电流在工作电极 和对电极之间流动, 参比电极控制工作电 极的电势。
对电 极
滴汞电 极 参比电 极
EW
R C
W
V外
V=EC-EW+iR
i
电位监测 回路
二、极谱波的形成
i
D E
以电解氯化铅的稀溶液为例:
极谱法 (polarography )使用滴汞电极或其
他表面周期性更新的液体电极作为工作电极时 的特殊伏安法
伏安法(Voltammetry )使用表面不能更新
的液体或固体电极作为工作电极 (悬汞电极、 修饰电极、玻碳电极、汞膜电极、金铂银 电极等)
二、极谱分析法的特点
1.有较高的灵敏度
普通极谱法(10-5~10-2mol/L)
1 / 2
参比电极一般为饱和甘汞电极,DME为负极,SCE为正极
(1) 在极谱分析中,E外=Ea-Ec+iR 而Ea=ESCE iR小 则E外=-Ec(相对SCE) (2)极谱分析中使用SCE,R一般较大(电流小), iR降也相当大,E外≠Ec。那么外加E外固定,施加于 阴极的电位则随iR的变化而变化。
第四节 极谱波的种类及极谱波方程式
一、极谱波的类型
(一)按电极反应的可逆性分成可逆波与不可逆波
根本区别:电极反应是否表现出明显的过电
位,即是否表现出电化学极化
一般认为,电极反应速率常数大于2×10-2cm· s1时为可逆,小于3×10-5cm· s-1时为不可逆,而在两
者之间时为部分可逆或准可逆。
(五)其它干扰电流
叠波 两电活性物的半波电位相差小于0.2 V
消除:改变物质的存在形态,增大半波电位
之差分离或掩蔽
前波 共存物先于被测物在滴汞电极上还原
消除:分离或掩蔽
氢波 溶液中H+的还原 还原电位与溶液的pH
有关,在酸性介质中在-1.2~-1.4V范围
总结:
残余电流可用作图法扣除 其它干扰电流都要在实验中加入适当的试剂 后分别予以消除 为了改善波形、控制溶液的酸度,还需加入 其它一些辅助剂 所以,极谱分析的溶液中含有的各种物 质,如支持电解质、极大抑制剂、除氧剂及 络合剂、缓冲剂等,总称为极谱“底液”。
i
D
E
C
i
d
i
1
A
B
ir
F
E
E/V(vs.SCE)
扩 散 电 流
电流急剧上升阶段 i∝( [Pb2+]- [Pb2+]0)/ 或 i=k([Pb2+]- [Pb2+]0) 扩散 过程说明 4.极限扩散电流阶段(DE) :完全浓差极化 id=k [Pb2+]这是极谱分析的定量基础 5. 半波电位 (E1/2) :扩散电流为极限扩散电流一半处 时的滴汞电极的电位。定性分析的依据
(四) 极谱极大
在极谱分析过程中产生的一种特殊现象,即 在极谱波刚出现时,扩散电流随着滴汞电极电位 的降低而迅速增大到一极大值,然后下降稳定在 正常的极限扩散电流值上。这种突出的电流峰之 为“极谱极大”。 产生的原因:溪流运动。影 响半波电位及扩散电流测定 消除方法:加表面活性剂 (明胶、聚乙烯醇等)
氧波的消除方法
惰性气体驱O2通常通入高纯N2气,有时也可
通H2气,也可在酸性溶液中通CO2 。
强酸性溶液
加入还原铁粉或Na2CO3 以驱 O2;在弱酸性溶液中也可以加入抗坏血酸或盐 酸羟胺把O2还原。 去,(在酸性介质中,形成SO2会在电极上 还原,故不宜使用)
碱性或中性溶液中加入Na2SO3,把O2还原除
(二)电解条件的特殊性
电解条件的特殊性:有利于浓差极化
1.极化电极表面积小,电流密度就很大,单位面积
上电极反应的离子数量就很多,C0易于趋于零; 2.被分析溶液的浓度要低, C0也易于趋于零; 3.静止溶液,易于电极表面形成扩散层;
溶液三种传质方式:电迁移、对流、扩散 三种对应电流:迁移电流、对流电流、扩散电流
A C D E 滴 汞 电 极
B i/uA
+ 1.5 1.0 0.5 0 0 c a -0.4 -0.8 -1.2 -1.6 零电荷点
b
+
Ede/V
充电电流的产生
0.1mol· L-1KCl溶液的充电电流曲线
AC点重合时,短路,SCE充正电,DME带正电,吸引负离 子,形成双电层,产生与还原电流方向相反的负充电电流。 C向B移动,DME得负电,充电电流逐渐减小,到c点时为 零。 C再逐渐向B移动,外电压充负电,DME带负电,吸引正离 子,形成双电层,产生与还原电流方向相同的正充电电流,b 点后,K+迅速还原,电流迅速增大。
极谱催化波(10-11~10-8mol/L); 2.分析速度快、易自动化。 3.重现性好。 4.应用范围广。能在滴汞电极上产生氧化还原反应的 物质均可测定。
第二节 极谱分析法的基本原理
一、极谱仪装置
铂丝
C
i
i
D E
d
i
1
E V
滴汞瓶
A B
ir
F
E
E/V(vs.S
CE)
硅橡胶管 毛细管
极谱法的基本装置和电路 滴汞电极
扩散电流常数
1 2
q
2 3 1 6 m
t
6 c id (max) 7
极谱定量分析基本关系式:尤考维奇 (Ilkoviĉ)方程式
二、影响扩散电流的的因素
(一)毛细管特性 qm2/3t1/6
id kh
1
2
极谱波是否为扩散 波的判据
汞柱高度
(二)电解液组成 影响扩散系数 (三)温度 影响除n之外的各项
(三)按进行电极反应的物质区分
1 简单离子的极谱波
(1) M n ne Hg M ( Hg ) 如:Pb2 2e Hg Pb( Hg )
生成汞齐
(2) M n ne M
(3) M
n
金属状态沉积在滴汞电极上
如:Ni 2 2e Ni
e M
θ
2
(10 6)
[Pb]0滴汞电极表面上汞齐中铅的浓度; [Pb2+]0 铅离 子在滴汞电极表面的浓度;
电解过程中,扩散电流为:
i K s ([Pb ] [Pb ]0 )
2
2
(10- 7)
[Pb2+]为溶液本体浓度。在达到完全浓差极化 时, 电极表面[Pb2+]0趋于零;则极限扩散电流为:
R ne nH RHn


多数有氢参加
二、极谱波方程式
极谱波方程式: 描述极谱波上电流与电位之间关系。 (一)简单金属离子的极谱波方程式: (可逆;受扩散控制;生成汞齐) Mn+ +ne +Hg = M(Hg)(汞齐)
RT [Pb ] 0 Ed e E ln 2F [Pb] 0
id K s [Pb ]
id i [Pb ]0 Ks
2
2
(10- 8)
由上得电极表面[Pb2+]0的表示式为:
(10- 9)
根据法拉第电解定律:还原产物的浓度(汞齐)与 通过电解池的电流成正比,析出的金属从表面向汞 滴中心扩散,则: i K a ([Pb] (10- 10) 0 - 0)
电子转移数
A 汞流速度(mg/s) 电活性物 的浓度 (mmol/L)
imax 708 nD q c m τ
1/ 2 2/3 1/ 6
滴汞周期(s)
12 2 3 16 m
电活性物在溶液中的 扩散系数(cm2/s)
τ=t时:
imax 708nD q
t
c
平均极限扩散电流
毛细管常数
id 607 nD
i [Pb] 0 Ka
将(11)和(9)代入(6)式得
Ede E θ 0.059V K a 0.059V id i lg lg 2 KS 2 i
2 2
(10- 11)
(10 12)
1/ 2
三、极谱过程的特殊性
特殊:电极和电解条件的特殊
(一)电极的特殊性
使用两支不同性能的电极 化,面积较小。
Eed U外
极化电极(DME):电位随外加电压的变化而变 去极化电极(参比电极):表面积较大,没有明显
的浓差极化现象,电位稳定,不随外加电压而变化 。
极谱波的产生:由于在极化电极上出现浓差极化 现象而引起的。其电流-电位曲线称为极化曲线。
(二) 迁移电流
产生的原因: 由于带电荷的被测离子(或带极性的分子)在静 电场力的作用下运动到电极表面所形成的电流。 消除方法:加强电解质。
加强电解质后,被测离子所受到的电场力减小。
作为支持电解质的条件 在溶剂中有相当大的溶解度,使电解液具备足 够的导电性自身不参与电化学反应,不与体系中 的其他成分发生反应,不影响界面双电层的变化
加入大量支持电解质 保持溶液静止
四、滴汞电极的特点
汞是液态金属,具有均匀的表面性质。 滴汞的表面不断更新,其和周围的溶液始终保持新鲜── 保证同一外加电压下的电流的重现和前后电解不相互影响。 汞电极对氢的超电位比较大──可在酸性介质中进行分析。
多数金属可以与汞生成汞齐而不沉积在电极表面,且滴汞
第十章 极谱分析法
Polarographic analysis
第一节 极谱分析法概述
一、极谱分析法的发展
伏安与极谱分析法 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。
思路:减少流经阴极的电流,减少参比电极的及整 个回路的电阻(目的:减少iR值) 三电极系统提出: 工作电极(working electrode) 参比电极(reference electrode) 辅助(对)电极(counter electrode) 辅助电极一般使用பைடு நூலகம்性贵金属材料如铂丝等
三电级系统
5×10-4mol/LPbCl2的
0.1mol/LKCl溶液并通N2除溶
A
B
C
i
d
i
1
F
ir
解氧
E
E/V(vs.SCE)
1/2
1、残余电流(AB),外加电压还未达到被分 析物质的分解电压时通过电解池的微小电流 (ir)。
2. 电流上升阶段(BD) 阴极 Pb2++2e-+Hg=Pb (Hg) 阳极 2Hg+2Cl-=Hg2Cl2+2e2 [Pb ]0 0.059V θ Eed E lg 2 [Pb(Hg)] 0
(三) 氧电流
室温下,O2在水中的溶解度约为10~20mg· L-1。 电解后,O2在电极上两步被还原,产生两个高度相 等的极谱波。
第一个波 E1/2= -0.2V (V,SCE) O2+2H++2e ⇌ H2O2 (中性或酸性溶液) O2+2H2O+2e ⇌ H2O2+2OH- (碱性溶液) 第二个波 E1/2= -0.8V (V,SCE) H2O2+2H++2e ⇌ 2H2O (中性或酸性溶液) H2O2+2e ⇌ 2OH(碱性溶液)
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