极谱分析法
极谱分析法
2.影响扩散电流的因素
只有保持扩散电流方程式中的常数项K不变，才能使极 限扩散电流与待测物质的浓度成正比。影响常数项K的 主要因素有毛细管特性m2/3t1/6( m为汞滴流速mg· －1；t s 为滴汞周期s),m和t的任何改变都会引起扩散电流的变化， 而汞滴流速与汞柱高度有一定的关系，因此在测量标准 溶液和未知试样时，应使用同一支毛细管，并且在同样 的汞柱高度下记录极谱图； 扩散电流方程式中除了电子转移数n与温度无关，其它 各项都受温度的影响，但在一般情况下，若将温度变化 控制在±0.5℃范围内，则由于温度变化而引起扩散电流 的误差不大于1%，否则应采用恒温装置； 溶液的组成影响扩散系数D，特别是溶液的粘度影响扩 散系数，因而也影响扩散电流，因此，应保持标准溶液 和试样溶液的组分基本相一致 。
(4)氧电流或氧波
在试液中溶解的少量氧也很容易在滴汞电极上 还原，并产生两个极谱波，由于它们的波形很 倾斜，延伸很长，占据了0～-1.2V极谱分析最 有用的电势区间，重叠在被测物质的极谱波上， 干扰很大，称其为氧电流或氧波。 消除氧电流的方法有①通入惰性气体如N2，驱 除溶解氧，②或在中性和碱性溶液中加入亚硫 酸钠还原氧，③或在酸性溶液中加入还原性铁 粉与酸作用生成氢来驱除氧。
(2)迁移电流:来源于电解池的正极和负极对被测离子的 静电引力或排斥力。在受扩散速度控制的电解过程中， 产生浓差的同时必然产生电位差，使被测离子向电极 迁移，并在电极上还原而产生电流，因此观察到的电 解电流为扩散电流与迁移电流之和，而迁移电流与被 测物质无定量关系，必须消除。 消除方法：一般向电解池加入大量电解质，由于负离 子对溶液中所有正离子都有静电引力，所以用于被测 离子的静电引力就大大地减弱了，从而使由静电引力 引起的迁移电流趋近于零，达到消除迁移电流的目的， 所加入的电解质称为支持电解质，只起导电作用，不 参加电极反应，因此也叫惰性电解质，如KCl、NH4Cl 等
极谱分析法的原理及应用
极谱分析法的原理及应用1.背景介绍极谱分析法是一种基于原子（或分子）的能级结构和光谱的分析方法。
通过观察物质在特定能级和波长范围内的吸收、发射、散射等现象，可以得到物质的组成、结构和性质信息。
极谱分析法广泛应用于物理、化学、生物、地质等领域的研究和实践中。
2.原理介绍2.1 原子结构任何物质的原子都由核和电子组成。
核质子数决定了原子的元素，而核外的电子则决定了原子的化学性质。
每个电子都有一组特定的能级（或轨道），电子在这些能级上可以处于不同的激发态。
当电子从低能级跃迁到高能级时，会吸收特定波长的光；当电子从高能级跃迁到低能级时，会辐射特定波长的光。
2.2 能级结构原子的能级结构是由电子的能量级别和相应的波函数所决定的。
每个能级都对应着一组量子数，例如主量子数、角量子数、磁量子数等。
不同的能级对应着不同的能量和轨道形状，电子在不同的能级上具有不同的激发态。
2.3 光谱现象当物质受到激发或激光照射时，会发生吸收、发射或散射光的现象。
吸收光谱是物质吸收特定波长光的现象，可以用于分析物质的组成和浓度。
发射光谱是物质在受到激发后辐射出特定波长光的现象，可以用于分析物质的结构和性质。
散射光谱是物质对入射光的散射，可以用于研究物质的粒子大小和测定溶液中的颗粒物质。
3. 应用领域极谱分析法在许多领域都有广泛的应用。
下面列举了几个典型的应用领域：3.1 化学分析极谱分析法可以用于分析物质的组成、浓度和结构。
例如，通过测量样品对特定波长光的吸收光谱，可以确定样品中特定元素的浓度。
通过测量样品的紫外-可见吸收光谱，可以推断样品的结构和反应动力学等信息。
3.2 环境监测极谱分析法可以用于监测环境中的污染物。
例如，通过测量空气中颗粒物的散射光谱，可以分析颗粒物的大小和浓度。
通过测量水样的发射光谱，可以检测水中的有机物和无机物的种类和浓度。
3.3 生物医学研究极谱分析法在生物医学研究中有广泛的应用。
例如，通过测量生物体组织的红外吸收光谱，可以研究组织中的化学成分和结构。
极谱分析法
0
i K ( Pb2 Pb2 0 )
极限扩散电流
当滴汞电极表面的Pb2+迅速还原，[Pb2+]0 趋于零，此时主体浓度和电极表面之间的浓度 差达到极限情况，达到完全浓差极化，此时电 流不再随外加电压的增加而增加，曲线呈现一 平台，此时产生的电流称极限扩散电流。
id K Pb
根据浓差极化的要求，一些惰性导体制成的微电极，例 如：铂微电极或石墨电极，但因为固体表面不能保持新 鲜状态，每次电解后，可能有沉积的金属残留其上，使 电极的性质改变，不能保证高度的再现性。其次，对于 固体微电极，在测量每一电位下的扩散电流时，其电流 数值不是恒定的，随着时间的增加，电极表面反应物质 生成的扩散层厚度也相应增加，导致浓差梯度减小，扩 散电流下降。 滴汞电极解决了上述问题，汞滴不断下滴，电极 表面始终是新鲜的。
迁移电流 由于离子受静电引力作用，使更多的 离子趋向电极表面，并在电极上还原所产 生的电流称迁移电流。迁移电流与被测物 质浓度无定量关系。
消除迁移电流的方法：加入大量的支持 电解质（如：KCl、NH4Cl、KNO3）一般 支持电解质的浓度要比被测物质的浓度大 50-100倍。
极谱极大
在电解开始后，电流随电位的增加迅速增大到一 个极大值，然后下降到扩散电流区域，电流恢复正 常，这种现象称极谱极大。 由于极大现象将影响到半波电位及扩散电流的正确 测量，因此必须设法除去。
缺点：
汞蒸气有毒、滴汞电极所用毛细管易堵塞， 制备麻烦。
因而寻找一种能具有滴汞电极的优点而又 能克服其缺点的合适电极，是极谱工作者继 续探索的问题。
三、干扰电流及消除方法
除扩散电流外，还有其它因素引起的 非扩散电流，这些电流与被测离子浓度无 关或不成比例，存在干扰测定。 （一）残余电流
电化学分析技术之二----极谱分析法
残余电流①-②：
未达分解电压U，随外加电压U的增加，只有一微小电流通过电 解池；U外继续增加，达到Cd(II)的分解电压，电流略有上升
扩散电流②-④:阴极表面存在的扩散反应
扩散反应（浓差极化）：本体溶液中金属离子向电极表面迁移， 使得阴极表面的金属离子浓度升高 由于浓差极化，滴汞表面浓度cs低于溶液本体浓度c，电极表面 形成扩散层. 理论和实验都证明：电解电流i与离子扩散速度成正 比，而扩散速度又与浓度差(c-cs)成正比，与扩散层厚度δ 成反比 即：
6 极谱分析的特点 （1)滴汞和周围的溶液始终保持新鲜，使电极表面 不断更新──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，汞滴面积的变化使电流 呈快速锯齿性变化 （2)汞电极对氢的超电位比较大──可在酸性介质 中进行分析 (对SCE，其电位可负至-1.2V) （3)滴汞作阳极时，因汞会被氧化，故其电位不能 超过+0.4V，即该方法不适于阴离子的测定 （4)汞易纯化，但有毒，易堵塞毛细管
h cV s s c x HV ( x V h V s) x
经典直流极谱局限性： 1)用汞量及时间：经典极谱获得一个极谱图需汞数百 滴，而且施加的电压速度缓慢，约200mV/min。可见， 经典极谱法既费汞又费时间 2)分辨率：经典直流极谱波呈台阶形，当两物质电位 差小于200mV时两峰重叠，使峰高或半峰宽无法测量， 因此分辨率差 3)灵敏度：经典极谱的充电电流大小与由浓度为10-5M 的物质(亦可称去极剂)产生的电解电流相当，因此灵敏 度低。设法减小充电电流，增加信噪比是提高灵敏度的 重要途径 4) iR 降：在经典极谱法中，常使用两支电极，当溶液 iR 降增加时，会造成半波电位位移以及波形变差
极谱分析法的原理和应用
极谱分析法的原理和应用1. 介绍极谱分析法是一种基于电化学原理的分析方法，用于测定溶液中元素的浓度和其它化学性质。
它主要通过观察和分析电流-电位曲线（极谱曲线）来获取所需信息。
本文将介绍极谱分析法的原理和常见应用。
2. 原理极谱分析法基于电化学纯净反应（如）发生在作为铅极（工作电极）材料上。
该纯净反应具有明确的电极动力学行为，并且可以用于测定特定元素的浓度。
主要的极谱方法有：线性扫描伏安法（Linear Sweep Voltammetry，LSV）、循环伏安法（Cyclic Voltammetry，CV）、方波伏安法（Square Wave Voltammetry，SWV）等。
这些方法在测定元素浓度时，可以绘制出电流-电位曲线，通过分析曲线形状、峰的位置和峰的大小等参数，来推断溶液中元素的浓度。
3. 应用极谱分析法在许多领域得到广泛应用。
以下是几个常见应用案例：3.1 环境监测极谱分析法可用于环境监测，例如检测水中的重金属污染物浓度。
通过测定水样中特定金属离子在溶液中的电位峰值，可以准确测定其浓度，实现对水质的快速检测和监测。
3.2 食品安全食品中的重金属污染物如铅、汞等对人体健康有害。
极谱分析法可以用于快速检测食品中的重金属元素含量。
通过确定食品样品中重金属元素的电位峰值，可以对食品安全性进行评估，并采取相应的措施，确保公众的食品安全。
3.3 药物分析极谱分析法在药物分析中也有广泛的应用。
通过测定药物样品中特定药物成分的电位峰值，可以确定药物的含量和纯度。
这对于药品生产和质量控制非常重要。
3.4 生物化学研究极谱分析法在生物化学研究中可以用于测定生物体内的重金属离子含量。
通过测量生物体内特定重金属离子的电位峰值，可以评估生物体受到重金属污染的程度，了解其对生物体的影响。
4. 结论极谱分析法是一种基于电化学原理的分析方法，可以用于测定溶液中元素的浓度和化学性质。
它通过分析电流-电位曲线来获取所需信息。
15.1 经典极谱法
仪器分析仪器分析课程组第十五章伏安法和极谱分析法第十五章伏安法和极谱分析法15.1 经典极谱法1. 极谱分析法的发展2. 极谱仪装置3. 极谱波的组成4. 极谱过程的特殊性5. 干扰电流及其消除方法6. 直流极谱法的特点及不足极谱分析法•伏安和极谱分析是一种特殊形式的电解方法，它以小面积的工作电极与参比电极组成电解池，电解被分析物质的稀溶液，根据所得到的电流-电压曲线来进行分析。
•工作电极：固定或固态电极----伏安法•工作电极：液态电极---极谱法1. 极谱分析法的发展•1922年，捷克学者海洛夫斯基（Heyrovsky）首先提出极谱分析法，开创了电分析化学的分支；•1925年，海洛夫斯基与日本学者志方益三研制出第一台手工操作式极谱仪，画出第一张极谱图；•1959年，海洛夫斯基因发明和发展了极谱分析法而获得诺贝尔化学奖；•20世纪，六、七十年代以来，理论研究及应用得到迅速发展，各种新技术、新方法不断出现。
2. 极谱仪装置滴汞电极3.极谱波的组成单一汞滴极谱波的形成示意图由于电极反应的速率很快，而扩散速率则相对较慢，所以电流的大小决定于扩散速率。
这种为扩散过程所决定的电流——扩散电流扩散速率又决定于溶液本体的浓度和电极表面浓度的差别i ∞扩散速率∞（c-c e ）/ δi=k (c-c e)•极限扩散电流与被电解物质之间存在定量关系----定量分析的基础•不同物质在一定条件下具有不同的半波电位E1/2----定性分析的依据i d = i l-i r=kc4. 极谱过程的特殊性•特殊性表现在极谱法分析时溶液保持静止，并且使用了大量的支持电解质。
•离子由溶液本体到达电极表面有三种运动形式：电迁移运动、对流运动、扩散运动。
•只有扩散电流与被测物质有定量关系。
•参比电极：大面积的饱和甘汞电极2Cl -＋2Hg+2e=Hg 2Cl 2)(lg 0592.0246.0)(lg 0592.0−−−=−=Cl c Cl c E E θ❖参比电极的电极电位在测定条件下基本不变。
仪器分析 第十章 极谱分析法
20/122
i K ([ Pb ] [ Pb ]0 )
极限情况下
2
2
i K [ Pb ]
从上式可看出，极限扩散电流正比于溶液中待 测物质的浓度，这就是极谱定量分析的基础！
2
极谱分析能否定性？极谱定性分析的依据？
21/122
半波电位E1/2：
定义： 扩散电流为极限扩散电流一半时的滴汞 电极的电位，是极谱图中另一个重要参数！
8/122
第十章 极谱分析法
第二节 极谱分析法的 基本原理
1. 极谱法的装置 2. 极谱波的形成 3. 极谱过程的特殊性 4. 滴汞电极
1. 极谱法的装置
10/122
电解池：由滴汞电极和甘汞电 极组成。 滴汞电极：上端贮汞瓶，下接 塑料管，塑料管下端接一毛细 管（内径约为0.05 mm），汞 自毛细管中有规则滴落。 直流电源：改变触点，调节两 电极间电压。 检流计：高灵敏度检流计，测 量电解过程中的电流。
极谱分析中，外加电压 U和两个电极的电位有如 下关系：
U 外 E a E de iR
滴汞电极电位 （阴极）
饱和甘汞电极 电位（阳极）
回路电阻 电解电流 电流很小，iR 忽略不计！
E de E a U 外
24/122
3.1.1 滴汞电极
滴汞电极的电位完全随着外加电压的变化而变 化，是一个 极化电极 。
ir 708nD q m c
1/ 2 2 / 3 1/ 6
任意瞬间 电流(mA)
电极反应电 子转移数 被测组分扩 汞流速 滴下时间 散系数 (s) (mg/s) (cm2/s)
待测组 分浓度 (mmol/L)
34/122
极谱分析法
二、影响扩散电流的因素
(一)毛细管特性的影响
汞柱压 力
2 3
qm t
2 3
1 6
为毛细管常数
qm ∝ p，而 t ∝1/p。
1 2
qm t
1 6 =
kp
1 2
id kp
汞柱压力p又正比于汞柱高度，所以
id h
1 2
可见，扩散电流与汞柱高度的平方根成 正比。在实际操作中应保持汞柱高度一 致，同时，由于毛细管的内径难以测定， 在测定试样与标准溶液时要用同一根毛 细管，以便减少误差。
i
[Cd ] [Cd ]0
2
2
i K ([Cd ] [Cd ]0 )
2
2
• 3.极限扩散电流部分 • 继续增加外加电压，由于滴汞表面离子的迅 速还原，[Cd 2+]0趋于零，此时溶液主体浓度 和电极表面之间的浓差达到极限情况，即达到 完全浓差极化，此时电流不再随外加电压的增 加而增加，曲线呈一平台，此时产生的电流为 极限扩散电流 • id=K[Cd2+] • 极限扩散电流正比于溶液中的待测物质的浓度， 这是极谱定量分析的基础。
三、干扰电流及消除方法 （一）残余电流 电解过程中，外加电压没有达到被测物 质的分解电压时，仍有微小电流通过电 解池，这种电流称为残余电流。 残余电流由两部分组成，一是由溶液中 的杂质离子在滴汞上还原产生的电解电 流；另一部分是由于滴汞电极与溶液界 面上双电层的充电产生的充电电流，充 电电流是残余电流的主要部分。
（二）溶液组分
被测离子的扩散系数与溶液的组分有关， 粘度越大，物质的扩散系数越小，扩散 电流也随之减小。溶液的组分不同，其 粘度也不同，扩散系数也随之不同。所 以，在极谱分析中，必须使标准溶液和 被测试液的组分基本保持一致。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、 极谱过程的特殊性
(1) 待测物质的浓度要小，快 速形成浓度梯度。 (2) 溶液保持静止，使扩散层
厚度稳定，待测物质仅依靠扩散
到达电极表面。
(3) 电解液中含有较大量的惰性电解质，使待测离子在电
场作用力下的迁移运动降至最小。 (4) 使用两支不同性能的电极。极化电极的电位随外加电 压变化而变，保证在电极表面形成浓差极化。
梯度 （厚度约0.05mm的扩散层），电极
反应受浓度扩散控制。在④处，达到扩 散平衡。
05:53:13
扩散层与浓差极化
05:53:13
极限扩散电流id
平衡时，电解电流仅
受扩散运动控制，形成：
极限扩散电流 id 。（极谱 定量分析的基础） 图中③处电流随电压 变化的比值最大，此点对 应的电位称为半安分析法：以测定电解 过程中的电流-电压曲线为基 础的电化学分析方法； 极谱分析法 （polarography）：采用滴汞 电极的伏安分析法； 特殊性：使用了一支极 化电极和另一支去极化电极作 为工作电极； 在溶液静止的情况下进行 的非完全的电解过程。
05:53:13
极化电极与去极化电极
如果一支电极通过无限小的电流，
便引起电极电位发生很大变化，这样的
电极称之为极化电极，如滴汞电极，反 之电极电位不随电流变化的电极叫做理 想的去极化电极，如甘汞电极或大面积 汞层。
05:53:13
二、极谱波的形成
电压由0.2 V逐渐增加到0.7 V 左右，绘制电流-电压曲线。 图中①～②段，仅有微小的电 流流过，这时的电流称为“残余电 流”或背景电流。当外加电压到达 Pb2+的析出电位时，Pb2+开始在滴 汞电极上迅速反应。 由于溶液静止，电极附近的铅离子 在电极表面迅速反应，此时，产生浓度
第十章 极谱分析法
一、极谱分析的装置
二、极谱波的形成
第二节 极谱分析法基本原理
三、 极谱过程的特殊性
四、 滴汞电极
05:53:13
极谱法与伏安分析
伏安分析：通过测定特殊条件下的电流—电压曲线来分 析电解质的组成和含量的一类分析方法的总称。 极谱分析：使用滴汞电极的一种特殊的伏安分析法。
05:53:13
e. 汞容易提纯 扩散电流产生过程中,电位变化很小,电解电流变化
较大,此时电极呈现去极化现象,这是由于被测物质的电
极反应所致。被测物质具有去极化性质：去极剂。 Hg有毒。汞滴面积的变化导致不断产生充电电流（电容
电流）。
05:53:13
05:53:13
四、 滴汞电极
a. 电极毛细管口处的汞滴很小，易形成浓
差极化；
b. 汞滴不断滴落，使电极表面不断更新， 重复性好。(受汞滴周期性滴落的影响，汞 滴面积的变化使电流呈快速锯齿性变化)； c. 氢在汞上的超电位较大；
d. 金属与汞生成汞齐,降低其析出电位,使
碱金属和碱土金属也可分析。
05:53:13