线性扫描伏安法测定废水中的镉离子含量

线性扫描伏安法测定废水中的镉

摘要：本实验利用线性扫描伏安法扫描废水中镉离子浓度，使用铋膜碳电极为工作电极，

Ag/AgCl电极为参比电极，Pt为辅助电极的三电极系统，在CHI660A电化学工作站采用常规峰电流对镉离子浓度作回归方程，结果测得：对常规峰进行处理后得方程y = 356.44x +

0.0348，相关系数R2达0.9997，测得含量为50.40 mg.L-1。此法精度高、迅速、灵敏，结果令人满意。

关键词：线性扫描伏安法镉离子常规峰电流半微分峰电流

1.引言

镉（Cadmium）是一种重金属，与氧、氯、硫等化学元素形成无机化合物分布于自然界中。人体健康的危害主要来源于工农业生产所造成的环境污染。镉在工业中有广泛应用，如电池、电镀合金、油漆和塑料等的生产和使用。镉对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼及血液系统均可产生毒性，且环境中的镉不能生物降解，所以现今镉的污染已经处于较为严重的状况[1]。

目前国家对于镉离子分析的标准测定方法有：无火焰原子吸收分光光度法、火焰原子吸收分光光度法、双硫脉分光光度法[2]。

伏安法和极谱法是一种特殊的电解方法。以小面积、易极化的电极为工作电极，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。使用滴汞电极或其他表面能够周期性更新的液体电极者称极谱法,使用表面静止的液体或固体电极者称伏安法。伏安法由极谱法发展而来，后者是伏安法的特例。极谱法的使用涉及到汞，毒性问题较为严重；且若采用极谱法，则需要消除氧波（加入Na2SO3、抗坏血酸、通惰性气体或N2保护）和极谱极大（加入一些表面活性物质如明胶、PVA、Triton X-100等）的干扰，过程较为繁琐。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[3]。

伏安法作为一种非分析方法，主要用于研究各种介质中的氧化还原过程、表面吸附过程以及化学修饰电极表面电子转移机制。伏安法选择性和灵敏度较高，而且随着低成本的电子放大装置出现，伏安法开始大量用于医药、生物和环境分析中[4]。相对于其他测定痕量镉的方法包括ICP-AES[5]，火焰原子光谱法[2]等，这些方法同样需要绘制回归方程，相对误差较大（在1%-5%左右），相关系数R一般比较低。而采用线性伏安法仪器造价低廉、灵敏度高、有一定精确度、测试速度快、维护成本较低、携带方便。

综上所述，本实验中将采用线性扫描伏安法对废水样品中镉离子浓度进行测量。

2.实验部分

2.1 试剂与仪器

2.1.1. 仪器

CHI750A 电化学工作站；三电极系统；铋膜电极为工作电极，Ag/AgCl 电极为参比电极，Pt 为辅助电极。

2.1.2. 试剂

5000 mg L-1硝酸铋（A.R.）储备液；5000 mg L-1溴化钾（A.R.）储备液；醋酸-醋酸钠缓冲液（pH = 4.7）：醋酸钠 83 g 溶于水，加冰醋酸 60 mL，加水稀释至 1000 mL；镀铋液（500mg L-1）：量取 5 mL 硝酸铋储备液和 5 mL 溴化钾储备液于 50 mL 容量瓶中，再用醋酸-醋酸钠缓冲液稀释至 50 mL；0.5 mg mL-1Cd2+标准溶液；样品溶液：含 Cd2+的废

2.2 实验步骤

2.2.1 铋膜修饰玻碳电极的制备

1）取少量 Al2O3粉末于鹿皮上，滴加少量超纯水使其形成悬浊液。将玻碳电极置于其上反

复打磨抛光（必要时用 2 mol L-1硝酸溶液浸泡 20 min）。用超纯水冲洗电极，并用滤纸擦干备用（注意不要碰到玻碳电极表面）。

2）取适量铋溶液于电解池中，插入三电极，连接好电极线。

3）依次打开计算机、电化学工作站，选择电流-时间曲线法(Setup- Technique-Amperometryi-t Curve)，镀铋膜参数设置（Setup—Parameters）如图一。镀

好的玻碳铋膜电极保存在超纯水中备用。

图1 镀铋膜参数

2.2.2. 测量方法

（1）取 6 个 25 mL 容量瓶，用吸量管分别准确加入 0、0.5、1.5、2.5、3.5 和 5 mL Cd2+标准溶液，再醋酸-醋酸钠缓冲溶液稀释至刻度，摇匀。

（2）选择线性扫描伏安法（Setup--Technique-Linear Sweep oltammetry），参数设置（Setup--Parameters）如图二：

图2、线性扫描伏安法参数设置

（3）溶液由稀至浓倒入电解池中进行测定。点击“电化学工作站”工具栏上的“Run”图标，电位扫描过程开始。扫描结束后，点击工具栏中的“Data Plot”图标，这时将自动给出伏安峰的“Ep-峰电流”等数据。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。

（4）测定未知液（未知液已含醋酸-醋酸钠支持电解质，可直接倾入电解池进行测定。）2.2.3. 清洗电极

实验结束后，应清洗玻碳铋膜电极以便下次使用，选择电流- 时间曲线法(SetupTechnique-Amperometry i-t Curve)，清洗电极参数设置（Setup—Parameters）如图三：

图三清洗参数设置

2.2.4注意事项

（1）溶液要新鲜配制，贮汞瓶中汞要纯净，并用超纯水水封。

（2）操作时要注意保护汞膜电极。若汞膜损坏，则伏安波波形会变差（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。

（3）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。

（4）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。

（5）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.实验结果及讨论

3.1数据记录与结果计算

表1 Cd2+标准溶液和未知溶液的浓度对应电流峰高值