基本の原理

    上期我們聊到伏安法，知道了是捷克化學(xué)家Heyrovsky發(fā)明了極譜技術(shù)后，才促進(jìn)了伏安法的廣泛應(yīng)用。那么今天我們來(lái)聊聊極譜法到底是一個(gè)什么樣的神奇方法呢？

    簡(jiǎn)單說(shuō)，極譜法就是一種特殊的伏安法，它使用滴汞電極或其他表面能周期性更新的液體電極（作為陰極）取代傳統(tǒng)的表面不能自我更新的固態(tài)（或液態(tài)）電極而作為工作電極（極化電極）。

極譜法一般采用三電極系統(tǒng)：

對(duì)電極：Pt電極

參比電極：飽和甘汞電極（SCE）或Ag-AgCl電極

工作電極：滴汞控制裝置（0.5-10秒一滴），玻璃毛細(xì)管（內(nèi)徑20-100 μm）

同時(shí)，還需通入氮?dú)?，脫去溶液中的氧氣?/span>

這種滴汞工作電極，因?yàn)槊娣e很小，在電解時(shí)電流密度就會(huì)很大，電極附近的可還原物質(zhì)（如金屬陽(yáng)離子，Cd²⁺、Fe³⁺等）的濃度幾乎為零，于是因溶液中的濃度差而產(chǎn)生了濃差極化。此時(shí)，當(dāng)我們控制恒定的電位進(jìn)行電解時(shí)，所測(cè)得的極限擴(kuò)散電流（Limiting Diffusion current）就與被測(cè)的可還原物質(zhì)的濃度成正比關(guān)系，同時(shí)根據(jù)極限電流的躍升電位（半波電位，Half-wave potential），就可以對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行定性和定量了。

定性：E_1/2 - 半波電位

定量：I_d（極限擴(kuò)散電流）=I_l（極限電流） - I_r（殘余電流）

廣泛の應(yīng)用

極譜法因其簡(jiǎn)便、快速、操作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的日常檢測(cè)監(jiān)測(cè)工作中。

目前，我國(guó)現(xiàn)行與極譜法相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并不多，約15個(gè)，主要應(yīng)用在環(huán)境水質(zhì)、合金、礦石分析領(lǐng)域：

極譜法更多的在行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，現(xiàn)行約24個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

極譜法也少量出現(xiàn)在地方標(biāo)準(zhǔn)中：

在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)海水中の應(yīng)用

我國(guó)是一個(gè)海洋資源大國(guó)，正常自然條件下，海水中的重金屬含量是很低的，是不會(huì)對(duì)海洋生態(tài)造成影響的。然而，隨著人類(lèi)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，越來(lái)越多的工業(yè)廢水和生活污水被排入到海洋中，由于廢水和污水中含有大量的重金屬污染物，排入到海洋中后被海洋中的浮游生物吸收，進(jìn)入到生物鏈中，對(duì)海洋中的生物造成了很大的影響，在通過(guò)食物鏈影響到人類(lèi)健康。因此，對(duì)海水中重金屬含量的監(jiān)測(cè)檢測(cè)，快速而準(zhǔn)確地掌握海水中痕量重金屬元素的動(dòng)態(tài)變化，是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要任務(wù)之一。

目前，在海水中重金屬檢測(cè)方面有兩個(gè)主要的標(biāo)準(zhǔn)：

《GB 17378.4-2007 海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第4部分：海水分析》

《DB21/T 3081-2018 海水中銅、鎘、鉛、鋅的連續(xù)測(cè)定 - 極譜法》

以2019年1月25日遼寧省發(fā)布實(shí)施的《DB21/T 3081-2018 海水中銅、鎘、鉛、鋅的連續(xù)測(cè)定 - 極譜法》標(biāo)準(zhǔn)為例，該標(biāo)準(zhǔn)采用極譜法，那就讓我們看看AMEL 4330系統(tǒng)是如何應(yīng)用在海水中金屬離子的檢測(cè)中的。

儀器配置：

AMEL 4330或4330/P

工作電極WE：汞電極

參比電極RE：Ag/AgCl電極

對(duì)電極CE：Pt電極

參數(shù)設(shè)置：

模式：DPS

掃描電位范圍：-1.15~0.00 V

富集電位：-1.15 V

富集時(shí)間：120~300 s

脈沖幅度：0.05 V

氮吹時(shí)間：300 s

掃描速率：10~100 mV/s

特征峰電壓：Cu -0.30 V、Cd  -0.72 V、Pb -0.52 V、Zn -1.10 V

操作步驟：

1. 樣品前處理：用HNO₃或NaOH調(diào)節(jié)海水樣品pH=4.00~6.00范圍，并通過(guò)恒溫水浴鍋控制溫度在10.0~35.0 ℃；如果海水樣品中有明顯的漂浮物等雜質(zhì)，采用0.45 μm水性濾膜過(guò)濾。

2. 準(zhǔn)確量取10.00 mL樣品于反應(yīng)池中測(cè)定，記錄Cu、Cd、Pb、Zn的峰電流值，再參考本底測(cè)定值選擇并加入10.0~200 μL Cu、Cd、Pb、Zn標(biāo)準(zhǔn)混合使用溶液后測(cè)定，并記錄加標(biāo)后Cu、Cd、Pb、Zn的峰電流值。

結(jié)果計(jì)算：

海水樣品中Cu、Cd、Pb、Zn的濃度分別按下式計(jì)算：

- 海水中Cu、Cd、Pb、Zn的濃度，μg/L；

I - 加入標(biāo)準(zhǔn)混合使用溶液前Cu、Cd、Pb、Zn的峰電流值，nA；

 - Cu、Cd、Pb、Zn標(biāo)準(zhǔn)混合使用溶液的濃度，mg/L；

V_x - 加入銅、鎘、鉛、鋅標(biāo)準(zhǔn)混合使用溶液的體積，μL；

I’ - 加入銅、鎘、鉛、鋅標(biāo)準(zhǔn)混合使用溶液后Cu、Cd、Pb、Zn的峰電流值，nA；

V - 測(cè)定用海水樣品的體積，mL。

總結(jié)

極譜法因其檢測(cè)原理決定，先天具有高選擇性、抗干擾性、耐高鹽背景，非常適用于復(fù)雜液體樣品中的離子檢測(cè)，無(wú)需繁瑣的樣品前處理，操作簡(jiǎn)便快速，靈敏度高，運(yùn)行成本低，能夠滿足對(duì)地表水、地下水、海水等水質(zhì)的日常環(huán)境檢測(cè)監(jiān)測(cè)需求。

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