线性扫描伏安法测定废水中的镉离子含量
实验线性扫描伏安法测定废水中的镉
实验50 线性扫描伏安法测定废水中的镉注意：自带U盘拷贝数据【实验目的】（1） 学习CHI750A电化学工作站的操作使用（2） 熟悉汞膜电极的制备，掌握线性扫描伏安法的基本原理（3） 掌握线性扫描伏安法测定废水中痕量镉的方法。
【实验原理】Cd2+在多种底液中都有良好的极谱波。
本实验采用1.0 mol/L HCl 作底液，在-0.3 ～ -0.8 V进行线性电势扫描，Cd2+在汞膜电极上发生如下电极反应：Cd2+ + 2e- + Hg === Cd(Hg) E1/2= -0.67 V （vs. SCE）电流峰高与浓度成正比，据此进行定量分析。
由于线性扫描伏安法的电位扫描速度较快，不可逆的氧波影响不大，当被测物质浓度较大时可不必除氧。
实验使用CHI750A电化学工作站，它集成了多种常用的电化学测量技术，包括循环伏安法、线性扫描伏安法、阶梯扫描伏安法、差分脉冲伏安法、方波伏安法、交流伏安法、交流阻抗技术等。
本实验采用线性扫描伏安法（linear sweep voltammetry, LSV）技术。
仪器软件部分具有很强的数据处理功能，包括电流峰电位、峰高和峰面积（电量）的自动测量，半微分、半积分和导数处理等。
通过半微分（semi-derivative）处理，可将伏安波动半峰形转化成峰形，改善了峰形和峰分辨率。
这种多组分的同时测定中是十分有用的。
【仪器试剂】1.仪器CHI750A电化学工作站；三电极系统；汞膜电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，Pt为辅助电极。
2.试剂汞（A.R.）；2mol/L HCl溶液；0.5 mg/mL Cd2+标准溶液；样品溶液：含Cd2+的废水样（已含1.0 mol/L HCl）【实验步骤】1.汞膜电极的制备1）将金盘电极（直径1 mm）在金相砂纸上打磨、抛光，使露出金表面。
2）抛光后的金电极在二次水中超声波清洗5 min。
3）将清洗干净的金电极端面浸入储汞瓶的汞中30秒后，柔和搅动金电极，取出，即可见金盘电极的端面上蘸涂了一层汞膜。
伏安法测镉
线性扫描伏安法测定废水中的镉李泉文①,张凯,何克强①广州市中山大学 化学与化学工程学院 理化检验技术 510275摘要 采用线性扫描伏安法测定废水中的镉,以1mol·L -1HCl 作底液, 用银盘电极制备汞膜电极,在-0.3V ～-0.8V 进行线性电势扫描.以Cd2+浓度为横坐标,电流峰高为纵坐标,绘制工作曲线,求出线性回归方程和相关系数,测得未知液中Cd 2+浓度为51.06mg/L .线性扫描伏安法测定废水中的镉准确可靠,简便快捷.关键词线性扫描伏安法废水 镉1.引言镉在自然界中主要成硫镉矿而存在,对人体有毒性作用.镉能对呼吸道产生刺激,经呼吸被体内吸收,积存于肝或肾脏,对肾脏损害最为严重. 镉进入人体后不易排出,可造成累积性中毒,上个世纪日本曾出现某地居民因长期饮用被污染的水而造成大面积镉中毒的现象.因此,准确、快速的测定废水中的镉具有很大的实际意义.线性扫描伏安法（linear sweep voltammetry ,LSV ）是伏安法技术的一种.LSV 是将线性电位扫描(电位与时间为线性关系)施加于电解池的工作电极和辅助电极之间.工作电极是可极化的微电极,如滴汞电极、静汞电极或其他固体电极;而辅助电极和参比电极则具有相对大的表面积,不可极化.根据电流-电位曲线测得的峰电流与被测物浓度呈线性关系,可作定量分析.CHI750A 电化学工作站集成了多种常用的电化学测量技术,有很强的数据处理能力,在多组分同时测定中有明显的作用.本实验采用线性扫描伏安法测定废水中的镉,以1mol·L -1 HCl 作底液, 在-0.3V ～-0.8V 进行线性电势扫描. Cd 2+在汞膜上电极反应为Cd 2+ + 2e + Hg = Cd(Hg), E 1/2 =－0.67V （vs. SCE ）.通过峰电流与被测物浓度呈线性关系来计算废水中的镉含量.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:汞膜电极为工作电极,Ag/AgCl 电极为参比电极,Pt 为辅助电极. 2.1.2. 试剂汞（A.R.）;2mol/L HCl 溶液;0.5mg/mL Cd 2+标准溶液;样品溶液：含Cd 2+的废水样（已含1.0 mol/L HCl ）.2.2实验过程2.1.1实验准备(1) 汞膜电极的制备. 取直径1mm 的银盘电极,在细银相砂纸上打磨电极表面,使之光洁.在超声波清洗器中清洗5min 后,将电极端面浸入储汞瓶的汞中.十几秒后取出,即可见银盘电极的端面上蘸涂了一层汞膜.将汞膜电极于空白底液中在-0.30V～-0.80V循环扫描5周,备用.(2)电化学工作站准备. 依次打开计算机、电化学工作站主机的电源.将工作电极、参比电极和辅助电极连线与电化学检测池的对应电极准确连接.电化学工作站预热10min.双击Windows桌面上的“CHI750A电化学工作站”图标.出现“电化学工作站”界面后,使之运行最大化.仪器参数的设置通过依次点击菜单栏项目完成,具体为：SetupTechniqu e…Linear Sweep V oltammetryOK表示选中“线性扫描伏安法”实验技术. 再点击“Setup”菜单栏和“Parameters”,进入实验参数选择表,参数选择如下：Init E(V) (-0.30) 起始电位Final E(V) (-0.80) 终止电位Scan Rate(V/s) (0.05) 扫描速度Sampling Interval(V) (0.001) 采样宽度Quiet Time(Sec) (30) 静止时间Sensitivity (5.e-006) 灵敏度点击“OK”,此时软件部分设置完毕,准备进行样品测试工作.2.2.2测量(1)取5个50mL容量瓶,用吸量管分别准确加入0、2、4、6、8mLCd2+标准溶液,再于各瓶中加入25mL 2mol/LHCl溶液,用水稀释至刻度,摇匀.(2)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-峰电位”和“ip-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.(3测定未知液（未知液已含HCl支持电解液,可直接倾入电解池进行测定）.3.结果与讨论3.1工作曲线的绘制以电流峰高为纵坐标,Cd2+标准溶液为横坐标,绘制工作曲线.通过统计软件求出线性回归方程和相关系数. 线性扫描伏安法特性曲线如图1所示,用Origin软件拟合的常规峰电流-Cd2+浓度曲线如图2所示,半微分峰电流-Cd2+浓度曲线如图3所示.图1.线性扫描伏安法特性曲线(图中五条曲线从上至下依次为加入0,8,2,4,6ml Cd2+标准溶液的工作曲线,浓度分别为0,0.02,0.04,0.06,0.08mg/ml)图2.Oringin拟合的常规峰电流-Cd2+浓度曲线图3.Oringin 拟合的半微分峰电流-Cd 2+浓度曲线3.2废水中镉的测定用线性扫描伏安法得出未知液的伏安曲线,找出其常规峰电流值和半微分峰电流值.由图2得到的常规峰电流-Cd 2+浓度线性回归方程为y=-0.05561+107.4x,回归系数为0.99301; 由图3得到的半微分峰电流-Cd 2+浓度线性回归方程为y=-0.24473+139.5x,回归系数为0.99633. y 为峰电流值,x 为溶液浓度.废水中镉的测定结果如表1.表1.线性扫描伏安法测定废水中的镉Cd 2+浓度/mg.L -1常规半微分(d 1/2i/dt 1/2)/(A.s -1)1/2峰电流值/10-6A峰电流值/10-6A0 0 0 20.00 0.23033 2.3657 40.00 1.8763 5.2183 60.00 4.0653 7.9197 80.00 6.2430 11.173 未知液 8.7870 6.8273 测定结果/mg.L -151.42850.692根据表1,取常规常规峰电流和半微分峰电流测得的镉的含量的平均值,得废水中镉的含量为51.06 mg .L -13.3实验讨论（1）本实验采用线性伏安扫描法,使用三电极系统,有效消除了工作电极与参比电极间的iR 降.普通极谱波由于记录多个汞生长周期的极谱图,因而呈现周期性变化,带锯齿状;线性扫描伏安法记录单次扫描结果,无周期变化,因而教光滑.本实验极谱图通过半微分处理,可将伏安波的半峰转变为峰形,改善峰形和峰分辨率. （2）实验操作过程要小心,不要损坏汞膜,否则伏安波波形会变差,半峰宽变宽或无峰.这次实验过程曾碰掉过一次汞膜,只能重新处理制备汞膜电极.（3）汞单质可与银生成银汞齐,改变汞膜有效面积等性质,即汞膜电极具有记忆效应,前一次的测量会对后一次产生影响.为了消除这一影响,本实验设置了较长的静止时间,为30s.静止时,所加电压小于汞膜电极电位,使银汞齐中的汞分离出来.在绘制完工作曲线,测定废水样品之前,要先做空白实验,同样是为了消除汞膜的记忆效应,使测量结果更为准确.(4)伏安法测定过程中会受到氧波和极谱极大的影响,可以通入惰性气体如氮气来除去溶液中溶解的氧,消除氧波的影响;通过加入极大抑制剂来消除极谱极大.但本实验由于速度快,干扰较小,因此无需特别处理.(5) 本实验中的溶液要新鲜配置,贮汞瓶中的汞要纯净,并用超纯水水封.金属汞有毒,实验过程中要注意汞的水封,不要使之暴露在空气中.4.结论本实验采用线性扫描伏安法测定废水中的镉,并通过Oringin软件拟合工作曲线,利用标准曲线法,测得废水中镉的含量为51.06 mg.L-1.实验结果较为准确,方法简便、快速.5.参考文献[1] 储海虹, 屠一锋. 线性扫描伏安法同时测定铬、镉、铜. 2003.19（5）：472-473. [2] 陈六平，邹世春. 现代化学实验与技术. 北京：科学出版社，2007.。
线性扫描伏安法测定废水中的镉实验报告
线性扫描伏安法测定废水中的镉实验报告一、实验目的本实验旨在通过线性扫描伏安法（Linear sweep voltammetry，LSV）测定废水中的镉（Cd）含量。
线性扫描伏安法是一种常用的电化学分析方法，具有高灵敏度、高选择性以及快速测量的优点。
通过本实验，能够提高对电化学分析方法的理解，掌握线性扫描伏安法的操作流程，并学会用该方法测定废水中的重金属离子。
二、实验原理线性扫描伏安法是一种在电极上施加线性电压扫描的电化学分析方法。
在一定的电位范围内，随着电压的改变，电流也会发生相应的变化。
本实验中，我们将使用此方法测定镉离子在电极上的氧化还原反应。
当电压逐渐增加时，镉离子会从溶液中还原并沉积在电极上，产生电流响应。
通过测量电流响应值，可以推算镉离子的浓度。
三、实验步骤1.准备实验仪器和试剂：线性扫描伏安仪、废水样品、镉标准溶液、恒电位仪、电解电极、磁力搅拌器等。
2.配制镉标准溶液：准确称取一定量的镉标准物质，用超纯水配制成浓度为1000mg/L的镉标准溶液。
3.绘制标准曲线：分别取适量的镉标准溶液，用超纯水稀释至不同浓度，分别为0.1mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、2.5mg/L、5.0mg/L。
在相同的实验条件下，利用线性扫描伏安仪进行测量，绘制电流响应值与镉浓度的关系曲线。
4.测定废水样品：将废水样品进行稀释，使其中镉离子浓度处于标准曲线范围内。
然后，用线性扫描伏安仪进行测量，记录电流响应值。
5.数据处理：根据测量的电流响应值和标准曲线，推算废水样品中镉离子的浓度。
四、实验结果及数据分析1.标准曲线数据：通过线性扫描伏安法测量不同浓度的镉标准溶液，得到电流响应值与镉浓度的关系曲线。
根据曲线拟合得到方程为：y = 0.113x +0.028 （R² = 0.995），其中y为电流响应值，x为镉浓度（单位：mg/L）。
2.废水样品测量结果：通过测量废水样品，得到电流响应值为0.45μA。
线性扫描伏安法测定废水中的镉离子
线性扫描伏安法测定废水中的镉中山大学化学与化学工程学院广州510275摘要：工业废水多含有重金属离子，其中镉是对人体健康威胁最大的元素之一。
镉对人体组织和器官的危害是多方面的，主要针对肾脏、肝脏。
本实验使用CHI750A电化学工作站，用线性扫描伏安法测定废水中痕量镉。
对常规峰进行处理后得方程y=0.084x+0.1372，相关系数R2达0.99989，测得含量为49.3 mg.L-1。
此法精度高、迅速、灵敏，结果令人满意。
关键词：废水镉线性扫描伏安法1.引言重金属废水主要来自矿山、冶炼、电解、电镀、农药、医药、油漆、颜料等企业排出的废水[1]。
废水中重金属的种类、含量及存在形态随不同生产企业而异。
含重金属离子废水对环境的污染有以下几个方面的特点：1.重金属污染物在自然环境中不能自行分解为无害物质，而只能发生形态的改变或在不同相之间进行转移，在这些过程中其毒性并未得到根本性的消除，若处置稍有不当，重金属离子会返溶于水中，重新产生危害，形成“二次污染”。
2.生物体从环境中摄取重金属，经过食物链的生物放大作用，逐渐地在较高级的生物体内富集起来产生危害。
3.重金属进入人体后能够和生理高分子物质发生强烈的相互作用而使之失去活性，也可能积累在人体中造成慢性中毒，而这种积累性危害有时需要十多年才显现出来。
重金属废水处理原则：首先，最根本的是改革生产工艺，不用或少用毒性大的重金属。
其次，采用合理的工艺流程、科学的管理和操作以减少重金属用量和随废水流失量，尽量减少外排废水量。
重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合，以免使处理复杂化。
更不应当不经处理直接排入城市下水道和河流，以免扩大重金属污染。
对重金属废水的处理，通常可分为两类[2]：1.使废水中呈溶解状态的重金属转变成不溶的金属化合物或元素，经沉淀和上浮从废水中去除。
可应用方法如中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分离法、电解沉淀(或上浮)法、隔膜电解法等。
仪器分析实验报告：线性扫描伏安法测定废水中的镉
线性扫描伏安法测定废水中的镉含量1111*11111学院广州510275摘要Cd是我国水质监测实施排放总量控制的指标之一。
本实验采用线性扫描伏安法（LSV）方法对废水中的镉离子进行了定量分析。
扫描曲线经过了半微分方法处理处理后的工作曲线在0-80 mg/L范围内的线性相差系数R2为0.9984，结果表明水样中Cd2+的含量为56.7 mg/L，此含量远超过相差规定，必须加以处理方可排放。
方法设备简单、操作简便、分析速度快，有较好的应用前景。
关键词线性扫描伏安法废水镉引言镉（Cd）不是人体的必需元素，Cd的毒性很大在人体主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化，引发多种疾病。
1955年在日本富山县发生的头痛病，即为Cd污染所致，我国也有受Cd污染稻米的报道。
当水中Cd质量浓度为0.1 mg/L时可轻度抑制地表水的自净作用。
用Cd质量浓度为0.04 mg/L的污水进行农灌时，土壤和稻米明显受到污染。
农灌水中Cd的质量浓度达到0.007 mg/L 时，即可造成污染。
因此Cd是我国水质监测实施排放总量控制的指标之一[1]。
Cd的主要污染源有电镀、采矿、冶炼、染料、电池及其它工业等排放的废水，这些废水排放到水体中引起水质污染。
因此，对水体中有害重金属元素进行检测，保护生态环境就显得很重要[2]。
水和废水中镉的测定，有比色法、原子吸收分光光度法及阳极溶出伏安法、离子选择性电极法、极谱法等[3]。
线性扫描伏安法是指在汞电极上施加一个线性变化的电压，即电极电位是随外加电压线性变化记录工作电极上的电解电流的伏安分析方法，它具有灵敏度高、分辨率高、抗先还原能力强等优点，因此被广泛地应用到了包括有机、无机离子和生物医药物质的分析测定之中。
线性扫描伏安法的工作电极是可极化的微电极，如滴汞电极、静汞电极或其他固体电极；而辅助电极和参比电极则具有相对大的表面积，是不可极化的。
根据电流-电位曲线测得的峰电流与被测物的浓度呈线性关系，可作定量分析[4]。
实验二线性扫描伏安法测镉
实验二线性扫描伏安法测定镉离子一、实验原理：线性扫描伏安法是将线性增加的电位（电位与时间呈线性关系）施加于电解池的工作电极和参比电极之间。
工作电极是可极化的微电极，如悬汞电极或其他固体电极；辅助电极为Pt电极；参比电极为Ag/AgCl电极。
辅助电极和参比电极具有相对较大的表面积，不可极化。
通常电位扫描速率介于0.001~ 0.1 V/ s，可进行单次扫描或多次扫描。
线性扫描伏安法尤其适用于有吸附性能物质的测定。
镉是对人体健康威胁最大的有害元素之一。
本实验采用线性扫描伏安法，根据电流-电位曲线所得的峰电流与被测物的浓度呈线性关系来定量测定样品中镉离子的浓度。
Cd2+在多种底液中都有良好的极谱波。
本实验采用0.2 mol/L KCl作底液，在-0.3 ~ -0.8V进行线性扫描。
Cd2+在悬汞电极上发生如下电极反应：Cd2+ + 2e+ Hg = Cd(Hg)电流峰高与浓度成正比，即I p=Kc，据此进行定量分析。
由于线性扫描法的电位扫描速度较快，不可逆的氧波影响不大，当被测物质浓度较大时不需要除氧。
二、实验目的：1、学习MEC-12B电化学分析仪的操作以及悬汞电极的使用；2、掌握线性扫描伏安法的基本原理。
三、仪器和试剂：1. 仪器：MEC-12B电化学分析仪。
三电极系统：悬汞电极为工作电极；Ag/AgCl电极为参比电极，Pt 电极为辅助电极。
2. 试剂：汞（A.R. ）；0.2 mol/L KCl溶液；1 mg/mL（即1000ppm）Cd2+贮备液；Cd2+样品溶液（已含0.2 mol/L KCl）四、分析步骤：MEC-12B电化学分析仪的操作方法：依次打开计算机、电化学工作站主机、搅拌器的电源。
将工作电极、参比电极和辅助电极的导线与电化学检测池对应的电极正确连接。
电化学工作站预热10 min。
双击Windows 桌面上的“Mec-12B 多功能分析系统”图标。
1、参数设置：参数设置→采样参数→线性扫描，具体参数如下：2、测量：数据采样→联机采样→保存于12 mL 0.2 mol/L KCl溶液中依次加入0.2 mL 1000 ppm Cd2+贮备液，共加4次。
实验 阳极溶出伏安法测定水中微量镉
实验阳极溶出伏安法测定水中微量镉一、实验目的1：熟悉溶出伏安法的基本原理。
学会阳极溶出伏安法测定水中微量镉的方法。
2：掌握LK1100电化学分析仪的操作方法。
二、方法原理溶出伏安法的测定包含两个基本过程。
即首先将工作电极控制在某一条件下，使被测定物质在电极上富集，然后施加线性变化电压于工作电极上，使被测物质溶出，同时记录电流与电极电位的关系曲线，根据溶出峰电流的大小来确定被测定物质的含量。
1 电解富集（-1.0V, 富集时间t, 工作电极的表面积s,搅拌器的速度V）Cd 2++ 2e- + Hg = Cd(Hg)2 溶出测定（-1.0v→-0.2v）本法使用汞膜电极为工作电极，铂电极为辅助电极，甘汞电极为参比电极。
在被测物质所加电压下富集时，汞与被测物质在工作电极的表面上形成汞齐，然后在反向电位扫描时，被测物质从汞中“溶出”，而产生“溶出”电流峰。
在KCl支持电解质中，当电极电位控制为-1.0v时,Cd2+在工作电极上富集形成汞齐膜,然后当阳极化扫描至-0.2v时，可得到清晰的溶出电流峰。
镉的波峰电位约为-0.6v左右。
三、仪器和试剂1：LK1100 电化学分析仪，天津兰力科2：汞膜电极作工作电极，甘汞电极作参比电极及铂辅助电极组成三电极系统。
3：10ugmL-1镉离子标准溶液、 4：1mol/L KCl溶液 5：10-3mol/L Hgcl2四、实验步骤1：配制试液：移取水样25.00ml置于100ml烧杯中，分别加入1mol/LKCl溶液5ml，10-3mol/L Hgcl2溶液5ml,少许Na2SO3（s）。
2：将未添加Cd2+标准溶液的水样置电解池中，放入清洁的搅拌磁子，插入处理好的电极系统。
3：打开仪器预热20分钟，打开电脑，打开LK1100电化学分析仪操作界面。
4：选择方法，溶出伏安法→差分脉冲溶出伏安法5：设置参数，6：实施实验：（1）用标准加入法测定水样两次，量出hx1和 hx2 , 计算hx的平均值（2）加入Cd 2+标准溶液10ug mL-1 200uL 同样测定两次, 量出H1和 H2,计算H的平均值.五、数据处理1：列表记录所测定的实验结果。
线性扫描伏安法测定废水中镉离子的教学实践
由于指 导教 师过 于追 求 实验 的成 功率 ， 实验教 学 中过多 为学 生 “ 劳 ” 大 大 降低 了实验 挑 战性 ， 弱 在 代 ， 减
了实验 特点 ， 以 引起学 生 的兴趣 ， 达不 到加 深仪 器分析 理论 的理 解 和理论 联 系实 际 的 目的。 难 也 为 了加 深学 生对 该 实验 的理解 和提 高学 生 的实验 技能 ， 过近 两年 的实 践探 索 ， 教学 小组 对该实 经 本 验 进行 了大 幅度 的改 革 。主要 是加 强对 学生 实验 过程 的训 练 ， 以提 高学 生 的 自主性 ， 发学 生 的创新意 激
线 性扫 描伏 安法 测定 废水 中镉 离子 的 实验是 我 院本 科 三年 级 上学 期 开设 的 电分 析化 学 实 验 ， 目 其 的是使 学 生 ：）掌握 线 性 扫 描伏 安 法 的基本 原 理 和 基本 方 法 ； ）掌握 线 性 扫 描伏 安 法 的实 际 应 用过 １ ２ 程 ；）通过 进一 步引 导 ， 学 生 了解 该 方法 的特 点 以及 与其 他 仪 器 分 析方 法 的不 同之 处 ， 括 ： 子发 ３ 使 包 原 射、 原子 吸收 、 质谱 、 子色 谱等 。通 过该 实验 ， 仅能 巩 固和 提 高学 生 对基 础 原 理 和基 本 技 能 的掌 握 ， 离 不 同时还 能将学 生所、 解决 问题 和 实际应 用 的能力 。
在 以往 的实验 教学 中 ， 通常 是 由实验 教师 提前 制备好 汞 膜 电极 。在实 验过 程 中 ， 学生 只需 配制标 准 溶液 ， 在组 装好 电解 池后 ， 接利 用教 师 制备 的汞膜 电极 进行 测定 。这 种教 学方 式虽 然保 证 了实验 的成 直 功率 ， 但容 易 给学生 造成 “ 器分 析实 验就 是配溶 液 ” 仪 的错 觉 ， 以体 现 仪 器分 析 的特 点 。更 重要 的是 ， 难
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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图1：线性扫描伏安特性曲线（常规）图2：常规峰电流标准曲线由常规峰电流值得上述标准曲线，代入未知液的峰电流值，得Cd2+浓度为50.40 mg.L-1图3：半微分峰电流标准曲线由半微分峰电流值得上述标准曲线，代入未知液的峰电流值，得Cd2+浓度为52.56mg.L-1 3.2实验讨论3.2.1实验讨论与分析（1）经过线性拟合得到了电流峰值与浓度关系公式y = 356.44x + 0.0348，R²= 0.9997，并由此关系式算得样品溶液中金属镉的含量为50.40mg.L-1。
实验回归直线（常规电流）相关系数绝对值在0.99以上，说明实验误差较小，方法线性较佳，回归方程可信度强。
（2）本次实验在开始时接错电极了，导致第一次实验的数据不符合实验要求，重新镀了一层铋膜后，前2组图线仍然不是很清晰，但随着测量浓度的增加，图像的效果越来越好。
因为时间的关系每组只测得两组数据，由于10mg/L的标准镉离子溶液，只有一张图在-0.90V有明显峰，故只有一次有效数据。
根据城镇污水处理厂污染物排放标准[6]，镉含量不得超过0.01mg/L，而本实验所测溶液中镉含量明显超标，必须经过进一步处理才能排放。
3.2.2思考题（1）为什么线性扫描伏安法的i-E曲线显得光滑无锯齿状，而普通极谱波却带锯齿状？答：对于线性扫描伏安法，若以响应较慢的检流计（3-10s）记录滴汞电极的电流，它指示的电流为平均扩散电流（无锯齿），同时本实验使用的仪器具有很强的数据处理功能，包括平滑、滤波等，所以线性扫描伏安法的曲线是平滑的。
对于普通极谱法，它所使用的是震荡周期极短的检流计，可以得到与滴汞电极的真实电流相符合的曲线—锯齿形曲线。
（2）极谱法和伏安法有何区别？答：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。
（3）本实验中设置的静止时间较长，为30秒，目的是什么？答：目的是为了消除前次测定后所带来的误差，提高实验的精度。
由于汞膜具有记忆效应，通过静止30s可以让原本与汞膜形成镉-汞齐的镉原子氧化为镉离子，重新回到溶液中。
（4）消除氧波和极谱极大的干扰一般采用什么方法？为什么本实验无需特别处理？答：消除氧波：（1）通入惰性气体如H2、N2、CO2 (CO2仅适于酸性溶液)；（2）在中性或碱性条件下加入Na2SO3，还原O2；（3）在强酸性溶液中加入Na2CO3，放出大量二氧化碳以除去O2，或加入还原剂如铁粉，使与酸作用生成H2，而除去O2；（4）在弱酸性或碱性溶液中加入抗坏血酸；（5）分析过程中通N2保护（不是往溶液中通N2）。
消除极谱极大：加入可使表面张力均匀化的极大抑制剂，通常是一些表面活性物质如明胶、PVA、Triton X-100等。
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。
（5）与其他测定痕量镉的分析方法相比，本实验方法有何优缺点？答：优点：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。
缺点：稳定性较差，重现率较低。
参考文献：[1]刘毅. 镉的危害及其研究进展[J]. 中国城乡企业卫生. 2003，8（4）：12-13.[2]国家海洋局. 海洋监测规范[M]. GB17378.5-1998:564.[3]叶宪曾，张新祥等. 仪器分析教程[M]. 第2版. 北京：北京大学出版社，2007.1.[4]赵晓娟，戴宗，邹小勇.壳聚糖－铜复合物修饰电极对过氧化氢电催化性能的研究[J].分析测试学报，2011，30（4）：425-429.[5]易凤兰，梁伦龙.ICP—AES法同时测定热镀锌液中铁、铝、镉、铅[J]. 涟钢科技与管理,2006, (03).。