重金属的电化学检测技术与应用

个性化教育实习（论

文）

学生：付威学号： 100402101

学院：环境科学与工程学院

专业：环境科学101

题目：重金属的电化学检测技术与应用

指导教师：福祥教授

评阅教师：福祥教授

2014 年 1 月

摘要：近十几年发展起来的表面和界面电分析化学，使得电分析化学跻身于高科技领域，这也促进了电分析化学的发展和在食品、环境、医学和生物工程方面的应用。由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤环境，已引起严重的环境污染。电化学分析法克服了传统重金属检测方法检测仪器昂贵、检测步骤繁琐、检测成本高等不足，已经成为当前快速检测重金属的研究热点。

关键词：重金属电化学检测溶出伏安

1重金属污染及其危害

目前，重金属尚没有严格的统一定义。一般指比重大于5的金属，约有45种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必需，而且所有重金属超过一定浓度对人体都有毒。在环境污染方面的重金属主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属元素。如果重金属元素未经处理就直接排入河流、湖泊或海洋，或者进入土壤中，由于它们不能被生物降解而使这些河流、湖泊、海洋和土壤受到污染。在食物链的生物放大作用下，它们成千百倍地富集，最后进入人体。如鱼类或贝类积累的重金属被人类所食，或重金属被稻谷、小麦等农作物吸收后被人类食用，重金属就会进人体，使人产生重金属中毒，轻则发生怪病(水俣病、骨痛病等)，重则导致死亡。其次，重金属在人体能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒，重金属超标引起的中毒事件不胜枚举。

2重金属检测的样品前处理

在样品中，重金属一般以化合态形式存在。因此，在检测时需要对样品进行前处理，使重金属以离子状态存在于试液中才能进行客观准确地分析。此外，样品的前处理是为了去除干扰因素，保留完整的被测组分，或使被测组分浓缩。传统的方法主要有湿法消化和干法灰化。湿法消化是在适量的食品样品中加入硝酸、高氯酸、硫酸等氧化性强酸，结合加热来破坏有机物。由于高氯酸湿法消解

便于普及，已被广泛采用。但在消化过程中，该法易产生大量的有害气体，存在爆炸的潜在危险；同时，在消解过程中要消耗大量的酸而可能引起较大的空白值。干法灰化是在高温灼烧下使有机物氧化分解，剩余的无机物供测定。此法能降低污染，但消化周期长、耗电多、被测成分易挥发损失；坩埚材料有时对被测成分有吸留作用，致使回收率降低，因此又有很多改进的干法与湿法处理过程。

微波消解作为样品分析的新技术，由于具有消化样品能力强、速度快、消耗化学试剂少、金属元素不易挥发损失、污染小及空白值低等优势，一次样品处理后就可同时测定几种元素。

3重金属检测技术

重金属污染是食品、环境、卫生痕量监测的重要容。目前，微量金属元素的测定已经有了多种较为成熟的检测方法。如光度法、原子吸收光谱法、电感藕合等离子体原子发射光谱法、原子荧光光谱法和电化学分析法。

3.1光度法

光度法[1]是一种传统测定微量金属元素的分析方法。该方法的特点是所需仪器设备简单、价廉，是基层防疫部门常用的重金属检测方法。但是存在极大的缺点: 检测限高，选择性差，且一般只能检测一种组分。若样品中多组分共存时，必须对样品进行组分分离等多个步骤，这样不仅使操作繁琐，而且还会引入误差，达不到快速、准确的分析要求。以上这些缺点使光度法在重金属元素分析中的应用得到限制。

3.2原子吸收光谱法

原子吸收光谱法[2]是较为常用的金属元素检验方法之一，其基本原理是基于原子由基态跃迁至激发态时对辐射光吸收的测量。通过选择一定波长的辐射光源，满足吸收前后辐射光强度的变化与待测元素浓度成一定线性关系，由此可得样品中待测元素的含量。原子吸收光谱法具有灵敏度高、选择性强、分析围广、精密度好及准确性高等特点。但缺点是不利于多种元素同时测定，标准工作曲线的线性围窄，操作复杂，仪器昂贵。

3.3电感耦合等离子体原子发射光谱

电感藕合等离子体原子发射光谱法[2]的工作原理是将先将分析样品在雾化

器中雾化，然后再引入至高频等离子体火焰中激发，此激发光进入分光器，产生光谱，从而得到所分析元素的光谱线，根据数据显示装置的显示值，即可得出样品中各种成分的含量。该检测方法可以同时测定多种元素，可有效消除自吸现象，线性围宽(4一5个数量级)，具有很高的灵敏度和稳定性。缺点是成套仪器设备昂贵，且一般只限于元素分析，而不能确定这些元素在样品中所存在的形态;对于超微量元素的定量分析，灵敏度有待提高。

3.4原子荧光光谱法

原子荧光光谱法[2]的原理是原子蒸气受到强的特征辐射时，由基态跃迁到激发态，再由激发态跃迁回基态而发射出的特征光谱。不同元素的荧光波长不同，因此根据原子荧光强度可测得样品中待测元素含量。该方法具有检出限低、灵敏度高、谱线简单、干扰小、线性围宽及选择性极佳等特点。但缺点是应用围还不够广泛，此外对于荧光的产生过程还需要更深入研究。

3.5电化学分析法[3-5]

电化学分析是应用电化学的基本原理和实验技术，依据物质电化学性质来测定物质组成及含量的分析方法。电化学分析法直接通过测定溶液中电流、电位、电导、电量等各种物理量，研究确定参与反应的化学物质的量。依据过程测定的电参数的不同可分别命名各种电化学分析方法，如电位、电导及伏安分析法等。电化学分析法应用于检测重金属主要包括极谱法和伏安法。

伏安法和极谱分析实际上是一种特殊形式的电解方式，它以小面积的工作电极与参比电极组成电解池，电解含有待测物的稀溶液，根据所得的电流一电压(i 一E)曲线来进行分析。这种根据电流一电压曲线进行分析的方法可以分为两类: 一类是用液态电极作为工作电极，如滴汞电极，其电极表面能够周期性的连续更新，这称为极谱法；另一类是用固定或固态电极作为工作电极，如悬汞电极、石墨电极和铂电极等，这称为伏安法。一般说来，电化学分析法具有设备简单、分析速度快、灵敏度高、选择性好、所需试样量较少及易于控制等特点。目前，在食品元素分析中，溶出伏安法作为一种较为先进的电化学分析方法，将金属元素检测限大幅度地降低，某些金属元素分析的检测限已接近并超越原子吸收光谱法。若采用差分脉冲、方波或相敏交流溶出伏安法，便能更好的消除充电电流，