差分脉冲阳极溶出伏安法测定溶液中金属离子全解

差分脉冲阳极溶出伏安法测定溶液中 Zn2+ Pb2+ Cd2+

姓名：魏双李红欣宋杨张宝峰

班级：应用化学13-1

指导教师：***

摘要

随着工业的迅速发展，重金属污染已经成为日益严重的环境污染问题之一，由于重金属不易被生物代谢，容易积蓄在生物体内，造成重金属中毒。因此，重金属的检测显得尤为重要。电化学中的溶出伏安法具有仪器设备简单、灵敏度高、选择性好等优点，广泛地应用于重金属的检测。本论文采用采用差分脉冲溶出伏安法实现了水样中痕量铅、镉、锌的检测。详细研究了铅、镉、锌离子在玻碳电极上的电化学响应行为。实验结果表明：在pH =4.8缓冲溶液中，-1.4 V恒电位下搅拌，静置10 s后正向电位扫描，铅离子在-0.64 V左右出现阳极溶出峰，镉离子在-0.87 V左右出现阳极溶出峰，锌离子在-0.11 V左右出现阳极溶出峰。在最优化实验条件下，铅、镉、锌溶出峰电流与其浓度呈良好的线性关系，实了水样中痕量铅、镉、锌离子的检测。

关键字：差分脉冲阳极溶出伏安法；电化学工作站CHI832；三电极系统；锌；铅；镉。

1.前言：

1.1 重金属离子的危害

重金属元素铅和镉在水体中普遍存在且可长期蓄积危害人体健康。随着人类活动的加剧，环境污染严重，重金属污染事故频发。2005年广东北江流域的镉污染事故、2008年湖南湘江的镉污染事故、2009年陕西凤翔的血铅事件，以及2012年龙江的镉污染事故，都表明了加强对重金属的监测和预警已成为我国环境监测的重点。铅和镉在线检测分析方法目前主要有分光光度法和电化学阳极溶出法。分光光度法易实现自动化，适合应用于在线分析仪，但其灵敏度不足，无法满足铅和镉的痕量分析；电化学溶出伏安法灵敏度高、设备结构简单，被广泛应用于重金属的在线检测中【1-5】。

金属离子镉(Cd2+)和铅(Pb2+)作为重金属污染源可以对生物机制产生毒性作用从而对人类身体健康造成了严重的威胁。其中 Pb 的毒性主要来源于其模仿功

能，它可以占据细胞中 Ca 依赖蛋白中 Ca的结合位点(如钙调节蛋白和蛋白激酶 C)，导致相应的生理功能不可修复[6]。接触少量的 Cd2+，可以导致肾功能失调、骨质疏松、肺气虚、肝损伤和高血压等急性或慢性疾病[7-9]。因此探索灵敏、快速和简单的分析方法对于精确监控 Cd2+和 Pb2+的含量具有重要意义。

1.2 检测方法研究进展

目前通常使用的重金属检测方法一般有化学检测法和仪器分检测法．化学检测法通常是将待测样品与某种化学试剂直接发生化学反应，通过生成物的颜色。生成物在溶液中的聚集状态来判断．为了保证分析方法的顺利完成和分析结果的可靠性，即既无检失又无过度检出，所用的化学反应必须符合下列要求：1，反应产物和反应过程必须具有良好的外显效果，这是定性检出的最关键问题，主要表现在视觉和嗅觉的可感知性上；2，反应要进行得相当完全，这种内部效果是外显效果的基础13，反应对某待检出离子是专属的或具有良好的选择性，即不受共存的其它离子的干扰．化学检测法往往受到反应灵敏度的影响，而灵敏度又往往受到反应时间、反应时的温度、试剂的浓度和溶液的PH值的影响．化学检测通常只能作为一种定性分析和常量分析．随着科学仪器和计算机技术的快速发展，仪器分析在现代分析测试中越来越显出其强大的作用．仪器分析就是采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来确定物质的化学组成、成分含量及化学结构，并且各自形成比较独立的方法原理及理论基础的一类分析方法嗍．重金属离子的定量检测一般包括下列方法：1，原子吸收光谱法，它是以测量气态基态原子外层电子对共振线的吸收为基础的分析方法，原子吸收光谱法是一种成分分析法，可对60多种金属元素进行定量分析，其检测限可达ng／ml，相对标准偏差为1～2％，该法主要用于低含量元素的定量检测；2，紫外可见分光光度法，利用重金属离子与显色剂发生配合作用形成有色配合物，在特点波长下，通过测童有色配合物的吸光度来测量重金属的含量．此外，通常认可的重金属分析方法还有：微谱分(MS)、原子荧光法(AFS)、电感耦合等离子体(ICP)、X荧光光谱法(XRF)、电感耦合等离子质谱法(ICP—MS)法等．不过，这些分析方法都要求借助比较贵重的仪器。样品前期准备工作比较繁琐，现场检测难度较大等．而近年来发展较快的电化学方法在重金属离予检测方面由于

其灵敏度高、仪器比较简单、操作方便，是一种很好的痕量分析手段而受到人们越来越多的青睐．本文就重点来介绍这种分析方法的原理和工作步骤。

1.3金属检测的电化学方法

电化学法是近年来发展较快的一种方法，它以经典极谱法为依托，在此基础上又衍生出示波极谱、阳极溶出伏安法等．由于电化学法的检测限较低，测试灵敏度较高，值得推广应用．

极谱分析法是捷克物理化学家海洛夫斯基1922年首先提出的一种电化学分析方法，由于其在发明和发展极谱分析过程的突出贡献而荣获1959年诺贝尔化学奖．自1925年海洛夫斯基和方志益三制造出全世界第一台极谱仪以来，经过几十年的发展，极谱仪器和分析方法都有了长足的进展．在仪器方面，已经从经典极谱发展到交流极谱、示波极谱、方波极谱和脉冲极谱等新的仪器品种；分析方法上，发展了极谱催化波、平行和H催化波、固定电极溶出伏安等新方法；电极材料方面，从开始的滴汞电极到悬汞电极、玻碳电极、银基汞膜电极、多孔电极和纳米材料电极等．

经典极谱中，每滴汞周期的电解电压变化只有约几个毫伏，电压变化小，每滴汞生成与滴落导致地充放电电流其数值只相当10-5mol／L离子还原所产生的电流．因此，经典极谱带有明显的局限性：严重影响对于微量或痕量组分的测定；经典极谱耗时较长，耗汞量较多；分辨率低，其要求相邻离子的半波电位相差要大于100mv；不可逆波产生干扰．

阳极溶出伏安法是一种灵敏度很高、用于痕量组分的电化学分析法．溶出伏安法包含电解富集和电解溶出两个过程．电解富集过程：将工作电极固定在产生极限电流电位上进行电解，使被测物质富集在电极上．为了提高富集效果，可同时使电极旋转或搅拌溶液以加快被测物质快速达到电极表面．富集物质的量取决于电极电位、电极面积、电解时间和搅拌速度等因素．溶出过程：在富集结束静止一段时间后，再在工作电极上施加一个反向电压进行电位扫描，使原来富集在电极上的物质重新氧化为离子进入溶液，在氧化过程中将产生氧化电流，记录下电压一电流曲线(即伏安曲线)．该曲线呈峰形，其峰值电流与溶液中被测离子的浓度成正比，这正是溶出伏安法进行定量分析的依据，而峰值电位可作为定性分析的有力证据．阳极溶出伏安法通常采用汞和汞膜电极[10-11]，由于汞电极具