全版仪器分析-电化学分析课件.ppt

1、电分析化学法Electroanalytical methods.精品课件.1第一章第一章 电分析化学引论电分析化学引论Introduction.精品课件.2一、概述问题问题什么是电分析化学法？它能给我们带来什么是电分析化学法？它能给我们带来什么信息？什么信息？电化学分析法的分类？电化学分析法的分类？和其他分析方法相比，这一方法有什么和其他分析方法相比，这一方法有什么特点？特点？.精品课件.31.什么是电分析化学法？利用物质的利用物质的电学及电化学性质电学及电化学性质来进行分来进行分析的方法析的方法l通过将测定对象构成通过将测定对象构成化学电池化学电池的一部分的一部分来实现来实现l测量电池的电化

2、学参数如测量电池的电化学参数如电位、电流、电位、电流、电导、电量电导、电量等等l得到物质的得到物质的种类及含量信息种类及含量信息或物质的电或物质的电化学性质化学性质.精品课件.42.电化学分析的分类l 按电化学参数电化学参数分：电导、电位*、伏安*、库仑*l 按工作原理工作原理（方式）：直接法*、滴定法*、电重量法.精品课件.53.电化学分析法的特点易实现自动化和连续化易实现小型化价格便宜成分分析和电化学性质研究l化学平衡常数测定l化学反应机理研究l化学工业生产流程中的监测与自动控制l环境监测l生物、药物分析l活体分析和监测.精品课件.6二、电化学分析基本概念1.1.化学电池：化学电池：化学能

3、与电能互相转换的装置l原电池：自发地将化学能转变成电能的装置l电解池：由外电源提供电能，使电流通过电极，在电极上发生电极反应的装置。.精品课件.7.精品课件.8 当电池工作时，电流必须在电池内部和外部流通，构成回路。电流是电荷的流动，外部电路是金属导体，移动的是带负电荷的电子。电池内部是电解质溶液，移动的是分别带正、负电荷的离子。为使电流能在整个回路中通过，必须在两个电极的金属溶液界面处发生有电子跃迁的电极反应，即离子从电极上取得电子，或将电子交给电极。.精品课件.9.精品课件.10原电池l发生氧化反应的电极称为阳极（负极）l发生还原反应的电极称为阴极（正极）电解电池l发生氧化反应的电极称为阳

4、极（正极）l发生还原反应的电极称为阴极（负极）电子流出为负极，电子流入为正极电子流出为负极，电子流入为正极.精品课件.11化学电池可用图解法表示：ZnZnSO4(0.1mol/L)CuSO4(0.1mol/L)Cu阳极（-）阴极（+）.精品课件.12电极反应：电极反应：Ox+ne-=Red 电极电位及能斯特方程：电极电位及能斯特方程：电动势：电动势：ROnFRToln左右)(2.2.电极反应、电极电位及能斯特方程电极反应、电极电位及能斯特方程Walther Nernst1864-1941.精品课件.13（1 1）参比电极参比电极（reference electrodereference ele

5、ctrode）在恒温恒压恒温恒压条件下，电极电位不随溶电极电位不随溶液中被测离子活度的变化而变化液中被测离子活度的变化而变化，具有基本恒定的数值的电极。如l氢电极：基准，电位值为零氢电极：基准，电位值为零l甘汞电极甘汞电极lAg/AgClAg/AgCl电极电极3.3.电极的种类（根据电极的作用电极的种类（根据电极的作用分类）分类）.精品课件.14甘汞电极金属汞+甘汞+氯化钾溶液电极表达式电极表达式：Hg|Hg2Cl2(s),KCl电极反应电极反应：Hg2Cl2+2e 2Hg+2Cl-)(1lg303.2)/(222ClaFRTHgClHg.精品课件.15饱和甘汞电极饱和甘汞电极.精品课件.16

6、金属金属AgAg表面覆盖其难溶盐表面覆盖其难溶盐AgClAgCl +Cl +Cl-AgCl+e Ag+Cl-Ag/AgCl电极)(1lg303.2)/(ClaFRTAgAgCl.精品课件.17（2 2）指示电极）指示电极 在电化学电池中借以反映待测离子活度、在电化学电池中借以反映待测离子活度、发生所需电化学反应或响应激发信号的电发生所需电化学反应或响应激发信号的电极。即极。即电极电位与被测物质活度（或浓度）电极电位与被测物质活度（或浓度）有关有关。如。如:l离子选择性电极离子选择性电极（膜电极）膜电极）l零类电极（如零类电极（如PtPt电极，滴电极，滴HgHg电极）电极）l金属金属-金属离子电

7、极（金属离子电极（Zn-ZnZn-Zn2+2+）.精品课件.18（3 3）工作电极）工作电极 工作电极是指在测试过程中可引起试液中待测组分浓度明显变化的电极，（伏安、库仑）如玻碳电极、Pt电极等（4 4）辅助电极或对电极）辅助电极或对电极 辅助电极(对电极)与工作电极形成通路，它只提供电子传递的场所。如Pt电极、玻碳电极等。.精品课件.19第二章第二章 电位分析法电位分析法Potentiometry.精品课件.20一、电位分析简介1.装置示意图电位测量示意图将指示电极和参比电极一起插入待测溶液中，组成一个原电池，在零零电流电流条件下测定两电极间的电位差（即所构成的原电池的电动势）。.精品课件.

8、212.零电流概念及其实现使电极上的氧化还原反应以极慢的速度进行，减少浓差极化现象，测量的电位值将更正确的反映电极电位。通过测量电路的高阻抗(108)实现。.精品课件.22二、pH电极及其测定原理1.pH测定的电极系统pH玻璃电极的构成 内参比溶液 内参比电极 玻璃膜.精品课件.232.pH电极的膜电位l 玻璃的组成及结构p 玻璃水化层及其发生的化学反应OHSiOOHHSiO3(2(表面）溶液）表面）.精品课件.24.精品课件.25外部试液外部试液a外外内部参比内部参比a内内水化层水化层水化层水化层干玻璃干玻璃Ag+AgCl.精品课件.26内内试试内试,2,1lnlnHHHHaaFRTkEaa

9、FRTkEp 膜电位及其表达式内试内试,lnHHaaFRTEEEM膜电位的表达式.精品课件.27试试pHFRTKFRTKEHM303.2lg303.2,p pH值与膜电位的关系.精品课件.283.pH电极的测定原理l 原电池表达式和电动势.精品课件.29AgAgCl,0.1molL-1HCl玻璃膜试液KCl(饱和),Hg2Cl2Hg 玻璃电极为指示电极（负极），饱和甘汞电极为参比电极（正极），构成如下的原电池：/()2 303(2 303SCESCEAgCl AgMSCEAgCl AgLEEEEEERTEEKpHEEFRTKpHF 玻玻璃璃不不.）.=玻璃电极玻璃电极EMELSCE则原电池的电

10、动势E为：.精品课件.30试pHFRTKE303.2059.0KEpH试059.0KEpH标标FRTEEpHpH/303.2标标试p pH值的测量如何得到K?用标准溶液测定定位旋钮、斜率旋钮和温度旋钮的作用！.精品课件.31.精品课件.32.精品课件.33If 原原 因因p pH值的测量误差.精品课件.34三、离子选择性电极1 1电极选择性系数 H H+离子选择电极对离子选择电极对NaNa+的响应的响应)lg(303.2,NaHNaHMKFRTKE.精品课件.35膜电位表达的通式 ni：被测离子i的电荷，nj：干扰离子j的电荷选择性系数的意义l在其它条件相同时，提供相同电位的欲测离子活度i和干

11、扰离子活度j的比值l选择性系数愈小，j离子对i离子的干扰愈小 l估量某种干扰离子对测定造成的误差)(lg(303.2/,jinnjjiiiMKFnRTKE100%100%)(相对误差相对误差i ij ji/i/j jj ji,i,n nn nK K.精品课件.36例题：离子选择性电极的选择性例题：离子选择性电极的选择性1.在含有Cl-和Br-的溶液中测定Cl-,K Cl-/Br-=10-3，Cl-=10-3mol/L，Br-=10-2 mol/L,问Br-引起多大的测量误差?2.用Na+离子选择性电极测Na+，已知 K Na+/Ca2+=510-4，欲测1.010-4 mol/L Na+，问C

12、a 2+的浓度如何控制才可使其造成的误差在5%以内。.精品课件.371.解2.解%)(KE%-ini/njji,j1100101010100323mol/L.KE%/-/nni,jijij4124410011051001050.精品课件.38刚性基质电极流动载体电极敏化电极气敏电极酶电极晶体膜电极2.离子选择性电极的种类原电极非晶体膜电极均相膜电极非均相膜电极离子选择电极.精品课件.39(1)玻璃电极（刚性基质电极）(2)活动载体电极（液膜电极）(3)晶体膜电极(4)敏化电极:a 气敏电极 b 酶电极.精品课件.40（1）玻璃电极（刚性基质电极）敏感膜：玻璃膜内参比电极：Ag/AgCl电极内参

13、比溶液：一价阳离子的氯化物溶液最常用的是pH玻璃电极和钠玻璃电极。.精品课件.41 .精品课件.42（2）液膜电极（活动载体电极）敏感膜：溶解在与水不相溶的有机溶剂中的活性物质构成的憎水性薄膜根据组成膜材料的活性物质不同，分为带电荷的载体电极和中性载体电极两类钙离子选择性电极是这类电极的重要例子.精品课件.43MRRM试,lgMkK.精品课件.44（3）晶体膜电极敏感膜：难溶盐加压或拉制成的单晶、多晶或混晶。对形成难溶盐的阳离子或阴离子产生响应。氟离子选择性电极是目前最成功的单晶膜电极.精品课件.45电极膜：电极膜：LaF3单晶单晶(掺少量掺少量EuF2)内参比电极：内参比电极：Ag-AgCl

14、电极电极内参比溶液：内参比溶液：0.1 mol L-1的的NaCl、0.1-0.01 mol L-1的的NaF混合溶液（混合溶液（F-用来控制膜内表用来控制膜内表面的电位，面的电位，Cl-用以固定内参比用以固定内参比电极的电位）电极的电位）.精品课件.46干扰情况：1.高pH时：La水解，生成La(OH)3，释放出F-，正干扰2.低pH时：溶液中的F-生成HF或HF2-，负干扰(-)Ag,AgCl(s)NaCl 和和NaF 混合溶液混合溶液 LaF3膜试液膜试液(aF-)KCl(饱和饱和),Hg2Cl2Hg(+)MF2.303-lgRTEKF.精品课件.47(4)敏化电极气敏电极 是一种基于界

15、面化学反应的敏化电极，由离子选择性电极与参比电极置于内充有电解质溶液的管中组成的复合电极。OHNHOHNH234pHpH变化变化膜电位的产生膜电位的产生与铵离子浓度相关与铵离子浓度相关氨电极氨电极.精品课件.48 酶电极也是一种基于界面化学反应的敏化电极，酶在界面反应中起催化作用，而催化反应的产物是一种能被离子选择性电极所响应的物质。.精品课件.49四、电位分析定量方法四、电位分析定量方法1.1.直接电位法直接电位法 （1 1）标准曲线法）标准曲线法（2 2）标准加入法）标准加入法（3 3）连续标准加入法（格氏作图法）连续标准加入法（格氏作图法）.精品课件.50（1 1）标准曲线法）标准曲线法

16、XMnFRTKElg303.2以Elgi作图操作简单，适于较简单体系试样分析。XnFRTKElg303.2膜电位工作电池的电动势.精品课件.511.1.活度，浓度？活度，浓度？2.2.温度温度3.3.干扰离子干扰离子4.4.pHpH5.5.浓度范围浓度范围6.6.响应时间响应时间加入离子强度调节剂加入离子强度调节剂采用温度补偿（仪器）采用温度补偿（仪器）掩蔽、分离掩蔽、分离加缓冲溶液控制加缓冲溶液控制pHpH稀释等稀释等搅拌等搅拌等.精品课件.52TISABTISAB的作用：的作用：保持较大、稳定的离子强度，使活度系数恒定保持较大、稳定的离子强度，使活度系数恒定维持溶液适宜的维持溶液适宜的pH

17、pH范围，满足电极的要求范围，满足电极的要求掩蔽干扰离子掩蔽干扰离子 例子：测例子：测F F-过程所使用的过程所使用的TISABTISAB典型组成典型组成1mol/LNaCl：使溶液保持较大稳定的离子强度使溶液保持较大稳定的离子强度0.25mol/LHAc和和0.75mol/LNaAc：控制控制pH在在5左右左右0.001mol/L柠檬酸钠：柠檬酸钠：掩蔽掩蔽Fe3+、Al3+等干扰离子等干扰离子总离子强度调节缓冲溶液（总离子强度调节缓冲溶液（TISABTISAB）.精品课件.53（2 2）标准加入法）标准加入法CxVxVsCsVsCxVxSEEEX)(lg|XXnFRTKElg303.2Vx

18、VsCsVsCxVxSkElg加入加入C Cs s,V,Vs s后后和并得和并得nFRTS303.2令令.精品课件.54取反对数得：1/)10(VsVxVxVxVsCsVsCxSE1/)110(SEVxCsVsCxCxVxVsCsVsCxVxSE)(10/当VxVs时待测溶液的基体成分复杂，难以使它与标准溶液相一致时使用该法，简单，快速.精品课件.55 VxVsCsVsCxVxSkElg（3 3）连续标准加入法（格氏作图法）连续标准加入法（格氏作图法）)(1010)(/CsVsCxVxVxVsSkSE以以VsVs为横坐标，以（为横坐标，以（Vs+Vx)10Vs+Vx)10E/SE/S为纵坐标，

19、为纵坐标，得直线，当得直线，当y y=0=0时，则时，则VxCsVoCx.精品课件.56方法的准确度较一次标准加入法高.精品课件.57CCnFRTE%3900EnERTnFCC（4 4）直接电位法的测量误差）直接电位法的测量误差即：即：E=E=1mv1mv时，直接电位法测量相对误差约为：时，直接电位法测量相对误差约为：4%4%（一价离子）（一价离子）8%8%（二价离子）（二价离子）.精品课件.582.2.电位滴定法电位滴定法（1）原理与特点 特点：特点：准确度较直接电位法高。能用于难以用指示剂判断终点的浑浊或有色溶液的滴定。用于非水溶液的滴定。能用于连续滴定和自动滴定，并适用于微量分析。.精品

20、课件.59电位滴定装置.精品课件.60自动电位滴定仪自动电位滴定仪.精品课件.6122.精品课件.62例终点：终点：19.90+0.05(124/(124+136)=19.92mL.精品课件.63（3 3）应用）应用.精品课件.64.精品课件.65.精品课件.665.电位分析法的特点选择性好灵敏度高，检测限10-4-10-8mol/L可用于在线检测仪器简单，可实现自动化.精品课件.67第三章第三章 库仑分析法库仑分析法 CoulometryCoulometry.精品课件.681.电解分析法与库仑分析法的比较l相同点相同点 将被测溶液置于电解装置中进行电解，使被测离子在电极上以金属或其它形式析出

21、。l不同点不同点 电解分析法是根据电极所增加的重量求算出其含量的方法。实质是重量分析法。库仑分析法是通过测量被测物质电解所消耗的电量来进行定量分析的方法。一、库仑分析基本原理.精品课件.692.电解的发生.精品课件.70n 电解过程电解硫酸铜(0.1mol/L)溶液,当逐渐增加电压，达到一定值后电解池中发生了如下反应：阴极反应：阴极反应：CuCu2+2+2e +2e CuCu阳极反应：阳极反应：2H2H2 2O-4e O-4e O O2 2+4H+4H+电池电动势为：E=1.23-0.307=0.92(V)外加电压为0.92V时,阴极是否有铜析出?)V(23.1OHHOlg4059.0229.

22、1)O/HO()V(307.0Culg2059.0337.0)Cu/Cu(222222EE.精品课件.71n 分解电压当外加电压增加至某一数值后，通过电解池的电流明显变大。这时的电极电位称析出电位(析)，电池上的电压称分解电压(E分)。.精品课件.72E外实测=（E阳+阳）-（E阴+阴）+iR电解回路的电压降（iR）,超电位（）.精品课件.73n 产生超电位的原因:浓差极化：电流流过电极，表面形成浓度梯度。使正极电位增大，负极电位减小。电化学极化：电极反应速度慢，电极上聚集了一定的电荷。减小浓差极化的方法：a.减小电流，增加电极面积；b.搅拌，有利于扩散.精品课件.74例如：例如：0.01mo

23、l/L Ag0.01mol/L Ag+,1.00mol/L Cu,1.00mol/L Cu2+2+进行电解进行电解已知：阴极阳极VVCuCuAgAg345.0800.0/222/2/0.0592lg0.8000.0592lg0.010.6820.05920.0592lg0.345lg10.34522AgAgAgAgCuCuCuCuAgVCuVVVOHHO47.023.1222/4，超电压.精品课件.75如果Ag+=10-7mol/L，则各种物质的还原电位不仅和物质本身的种类有关，而且和它的浓度有关。要控制物质的还原，必须控制电位。控制电位可以使混合物得以分离和测定。VUVUCuAg35.134

24、5.047.023.102.1682.047.023.1分分VUAg31.1386.047.023.1分.精品课件.763.法拉第电解定律（1）电极上发生反应的物质的质量与通过该体系的电量Q成正比；（2）通过等量的电量时电极上所沉积的各物质的质量与各该物质的Mn成正比9648796487itnMnMQm0IdtQ如电流不恒定，而随时间不断变化，则.精品课件.77法拉第电解定律是库仑分析法的理论基础库仑分析法的关键（前提）是：100%的电流效率!.精品课件.78电流效率影响因素：溶剂的电极反应；其它物质（杂质）的电解反应；水中溶解氧；电解产物的再反应；充电电容等。总样杂溶样样电流效率iiiiii

25、n 因此，满足前提的方法有：控制电位库仑分析和恒电流库仑滴定!.精品课件.79二、库仑分析方法1.1.控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法（1）为什么要控制阴极电位？（2）如何控制阴极电位？采用三电极系统.精品课件.80控制电位电解（库仑）分析装置示意图.精品课件.81（3）电量的测量 采用库仑计l银库仑计（重量库仑计）l滴定库仑计l气体库仑计：直接读数，适合常规分析l电流积分库仑计：电子式，常规分析.精品课件.82滴定库仑计滴定库仑计Pt阴极阴极 2H2O+2e-=2OH-+H2Ag阳极阳极 2Ag+2Br-2e=2AgBr.精品课件.831Q电量产生共产生 0.1741 mL气体气体库仑计

26、气体库仑计阳极：阳极：H2O-2e=1/2O2+2H+阴极：阴极：2H+2e=H2.精品课件.84 通N2除氧。预电解,消除电活性杂质。预电解达到背景电流,不接通库仑计。将一定体积的试样溶液加入到电解池中，接通库仑计电解。当电解电流降低到背景电流时，停止。由库仑计记录的电量计算待测物质的含量。（4）实例与应用.精品课件.85（5 5）控制电位库仑分析法的特点）控制电位库仑分析法的特点无需基准物质选择性好，可用于几种离子的同时测定可用于无法析出的物质的测定灵敏度高准确度可达0.2%.精品课件.862.2.恒电流库仑滴定恒电流库仑滴定原理 l在试液中加入大量物质，使该物质电解产生一种滴定剂，滴定剂

27、与被测物定量反应后，借助于电位法或指示剂来指示滴定终点，电解随即结束。l如何实现100%的电流效率？.精品课件.87例：在酸性介质中测定Fe2+的含量，阳极反应为 Fe2+=Fe3+e 随着电极反应的进行，阳极电位需要增大才能保证电流恒定 2H2O O2+4H+4e 如果加入大量的Ce3+，电流可保持恒定，且 Ce3+=Ce4+e Fe2+Ce4+=Fe3+Ce3+电流恒定，阳极电位由于大量Ce3+的存在而稳定，因此防止溶剂电极反应的发生，可使电流效率近100%。.精品课件.88.精品课件.89.精品课件.90等当点的确定 化学指示剂法灵敏度较低，适合于常量分析 电位法加入一对电极，指示电位的

28、变化（突跃）电流法、电导法等.精品课件.91n 库仑滴定的特点 分析结果是客观的通过测量电量得到，可用于基准物质纯度的测定。在较高的电流密度下进行，快速。滴定剂来自于电解时的电极产物，产生后立即与溶液中待测物质反应；滴定剂 测量准确(0.2%)，精密度高（0.005%）。灵敏度较高(10-5-10-9 g/mL)。可实现自动滴定。.精品课件.92n 库仑滴定的应用库仑滴定的应用(1)酸碱滴定;阳极反应：H2O=（1/2）O2+2H+2e 阴极反应：2 H2O=H2+2OH-2e(2)沉淀滴定 阳极反应：Ag=Ag+e （Pb=Pb2+2e）(3)配位滴定 阴极反应：HgY+2e=Hg+Y4(4

29、)氧化还原滴定 阳极反应：2Br-=Br2+2e 2I-=I2+2e.精品课件.93.精品课件.94补充材料：自动库仑滴定补充材料：自动库仑滴定p 钢铁试样中含碳量的自动库仑测定 原理：试样在1200左右燃烧，产生的CO2导入高氯酸钡酸性溶液，发生如下反应：Ba(ClO4)2 +H2O +CO2 BaCO3+2HClO4反应后溶液的酸度增加，开始电解，产生一定量OH-2H2O +2e 2OH-+H2 （阴极反应）溶液恢复到原来酸度值时，停止电解。消耗的电量产生的OH-量中和的 HClO4量 二摩尔的高氯酸相当于一摩尔的碳。可由仪器读数装置直接读出含碳量。.精品课件.95p 卡尔卡尔.费休（费休

30、（Karl FisherKarl Fisher）法测定微量水）法测定微量水基本原理：利用I2 氧化SO2 时，水定量参与反应。I I2 2+SO+SO2 2+2H+2H2 20=2HI+H0=2HI+H2 2SOSO4 4卡尔.费休试剂：由碘、吡啶、甲醇、二氧化硫、水按一定比例组成。以上反应为平衡反应，需要破坏平衡：电解产生碘：1g水对应10.722毫库仑电量。（1 1）吡啶：中和生成的）吡啶：中和生成的HIHI（2 2）甲醇：防止副反应发生）甲醇：防止副反应发生.精品课件.96作业 P200 2、7、9.精品课件.97第四章第四章 极谱分析与伏安分析法极谱分析与伏安分析法 Polarogra

31、phy and Voltammetry.精品课件.98一、一、极谱分析装置及基本原理极谱分析装置及基本原理1.1.伏安分析和极谱分析的定义伏安分析和极谱分析的定义l伏安分析法：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l极谱分析法：采用滴汞电极作为工作电极的伏安分析法，是伏安分析的一个特例。.精品课件.992.2.极谱分析装置极谱分析装置即阴极电位可控，并随外加电压的变化同步变化实际常采用三电极系统控制阴极电位的变化.精品课件.1003.3.极谱波的形成极谱波的形成(1)实验现象用上述装置电解CdCl2，以IE做图得.精品课件.101（2）极谱曲线的解析刚达镉的分解电压，Cd2+开

32、始还原，电流上升滴汞电极反应:Cd2+2e+Hg=Cd(Hg)甘汞电极反应:2Hg-2e+2Cl-=Hg2Cl2.精品课件.102 产生浓差极化，形成扩散层扩散电流：达到完全浓差极化，为常数0表面C表面溶液CCi此时达到极限电流值id id=kc,=kc,id 称为极限扩散电流.精品课件.103（3 3）涉及概念）涉及概念极化浓差极化及形成条件极化电极A小，反应离子数/单位面积大，Cs0C低静止.精品课件.104l 极化电极与去极化电极 面积小，电解时电流密度大，容易发生浓差极化，这样的电极称之为极化电极，如滴汞电极。面积大，电解时电流密度小，不会发生浓差极化，这样的电极称之为去极化电极，如甘

33、汞电极或大面积汞层。.精品课件.105l电极毛细管口处的汞滴很小，易形成浓差极化；l汞滴不断滴落，使电极表面不断更新，重复性好;l氢在汞上还原的超电位较大，可在酸性溶液中进行测定；l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。n 滴汞电极的特点.精品课件.106n 极谱波图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.精品课件.107二.极谱定量分析基础与定性分析1.1.极谱定量分析极谱定量分析(1)极谱分析定量依据扩散电流方程 id=KC0 K=607nD 1/2 m 2/3 t 1/6 id=607nD 1/2 m 2/3 t 1/6 C0（尤考维奇公式）

34、id 每滴汞上的平均极限电流(uA)n 电极反应中转移的电子数D 扩散系数，t 滴汞周期(s)c0 待测物原始浓度(mmol/L)m 汞流速度（mg/s）.精品课件.108 n，D 取决于被测物质的特性 将706nD1/2定义为扩散电流常数，用 I 表示。m，t 取决于毛细管特性，m2/3t 1/6定义为毛细管特性常数，用k表示。则：(id)平均=I k c I、k 越大，测定越灵敏。(2)对扩散电流方程的讨论.精品课件.109影响扩散电流的因素l被测物质的性质及浓度l毛细管特性的影响l温度的影响l基质的影响 id正比于c的条件控制好实验条件，如温度、底物、毛细管特性等.精品课件.110依据公

35、式：id=K c 可进行定量计算。早期，极限扩散电流由极谱图上量出,用波高直接进行计算。(3)极谱定量方法极谱波波高测量示意图.精品课件.111直接比较法（标准曲线法的特例）标准曲线法标准加入法ssxxchhc X XX XX XS SX XS SS SX XS SX Xs ss sX XX Xs sX Xh hV V)H HV V(V Vh hc cV Vc c)V VV Vc cV Vc cV VK K(H HK Kc ch h.精品课件.1122.2.极谱定性分析极谱定性分析(1)什么是半波电位？当电流等于极限扩散电流的一半时的电位，该电位与浓度无关，是极谱定性分析的依据.精品课件.11

36、3(2)极谱波方程式 公式推导 描述极谱波上电流与电位之间关系 A+ne-=B cAe 可还原离子在滴汞电极表面的浓度 cBe汞齐中B的浓度(1)(1)c cc clglgn n0.0590.059E EE EBeBeB BAeAeA AO O.精品课件.114由扩散电流公式：-id=kAcA （2）在未达到完全浓差极化前，cAe不等于零；则(2)-(3)得:)4(AAkiicckiidAeAed)3()(AeAAccki.精品课件.115 根据法拉第电解定律将（5）和（4）代入（2）)5(BkicBeBeBeckckiBB)0()(lg059.0)(lg059.0/)(/)(lg059.0B

37、OBOiiinEiiikknEkikiinEEddABABAdA极谱波方程式!.精品课件.116在在1mol/L KCl1mol/L KCl底液中，底液中，不同浓度的不同浓度的CdCd2+2+极谱波极谱波i=1/2id时的电位为半波电位 E=E即电极电位与浓度无关故可利用半波电位进行定性分析 对极谱波方程的讨论.精品课件.117（3）半波电位的影响因素支持电解质的种类与浓度温度形成配合物酸度极大抑制剂的用量.精品课件.118表 某些金属离子在不同底液中的半波电位（V）.精品课件.119.精品课件.120三、干扰及其消除方法现象原因l微量杂质等所产生的微弱电流l电容电流(充电电流)：影响极谱分析

38、灵敏度的主要因素减小措施l可通过试剂提纯、预电解、除氧等l采用新技术1.残余电流.精品课件.121n 现象n 原因由于带电荷的被测离子（或带极性的分子）在静电场力的作用下运动到电极表面所形成的电流n 减小措施 加入大量的支持电解质2.迁移电流.精品课件.1223.极谱极大n 现象n 产生的原因 溪流运动n 消除方法 加入小量极大抑制剂（表面活性剂）.精品课件.123氧波氧波原因 如酸性溶液中：O2+2H+2e=H2O2 -0.05v（vs.SCE）H2O2+2H+2e=2H2O -0.94v（vs.SCE）消除 通惰性气体如N2，碱性溶液中可加亚硫酸钠氢波氢波 -1.2-1.4V起波，在碱性溶

39、液中测定.精品课件.124可逆与不可逆波 可逆波:电流只受扩散控制 不可逆波:电流受扩散速度和电极反应速度控制.精品课件.125四、经典极谱分析法小结四、经典极谱分析法小结1.常规极谱法分析过程l 两支电极：工作电极为极化电极l 加支持电解质、极大抑制剂l 除氧l 静止状态下电压扫描，速度：5mv/s,3-5s/滴,一次测定40-80滴l记录E-i曲线.精品课件.1262.特点l灵敏度，10-210-4mol/Ll可同时测4-5种物质l对同一份溶液可多次测量l可用于电极活性物质的测定3.局限l灵敏度低、检出限高（电容电流的影响）l分辨率低（半波电位差100mv，可逆波).精品课件.127四、极

40、谱分析法的发展与伏安分析法四、极谱分析法的发展与伏安分析法4.解决途径l 减小ic（充电电流）l 增大if（电解电流）.精品课件.128单扫描极谱（循环伏安法）方波极谱脉冲极谱溶出伏安法极谱催化波.精品课件.1291.单扫描极谱分析法n 原理与装置又称直流示波极谱法，以示波器为电信号检测器.精品课件.130阴极射线示波器X轴坐标：扫描电压Y轴坐标：扩散电流电压施加的方式：（1）在汞滴生长的后期，加线性增长的锯齿波脉冲电压（2）电压的扫描速度极快，0.25v/s.精品课件.131 p p=1/2 1/2 0.028/n 0.028/n 峰电流值与样品浓度成正比，可用于定量 峰电位与浓度无关，可用

41、于定性.精品课件.132特点l灵敏度高（10-7mol.l-1）l峰高易于测量l扫描速度快，一个汞滴上可完成测试l分辨率高（半波电位相差35mv即可分开）l不可逆波无法测量，无需除氧应用 与经典极谱法相当.精品课件.133方法拓展:线性扫描伏安法和循环伏安法l电压扫描方式：线性或三角波，快速扫描l电极：固体电极l极化曲线l应用定量分析电极过程可逆性的判断电极反应机理的研究acppp56.5(mV)EEEn.精品课件.1342.方波极谱法n 原理与装置电压施加方式：在线形变化的直流电压上叠加一个振幅较小的交流方波形电压（225Hz，30mV持续2ms）.精品课件.135电解电流在电压叠加区略有下

42、降lift-1/2电容电流在电压叠加区呈指数衰减在方波电压的后期记录，基本可消除电容电流!ctRCUsieR.精品课件.1361molL-1KCl溶液中含有溶液中含有210-5 molL-1的的Cu2+，Pb2+，Tl+，Cd2+，Zn2+和和410-6molL-1In3+的方波极谱图的方波极谱图.精品课件.137特点l 灵敏度高，约10-8-10-9 mol/L，比经典极谱高3-4个数量级。l 电极反应的可逆性对测定的灵敏度影响大。l 需要高浓度支持电解质，不利于痕量测定。l 毛细管噪声影响灵敏度的提高。.精品课件.1383.脉冲极谱法 n 原理n 对方波极谱法的改进n 在滴汞周期的末端加矩

43、形脉冲电压，一滴汞上记录一次（电压振幅：10-100mV，4-100ms/次）.精品课件.139电解电流以t-1/2衰减电容电流以e-t/RC衰减毛细管电噪声以t-n衰减消除了电容电流和毛细管电噪声.精品课件.140特点l脉冲电解电流值大；l消除了电容电流的影响；l消除了毛细管噪声的影响；l不用加大量支持电解质，可用于痕量分析；l是目前最灵敏的极谱方法。l对不可逆电极反应灵敏度提高约10倍，可用于一些有机物的测定。.精品课件.1414.4.溶出伏安法溶出伏安法n 原理n 恒电位电解富集与伏安分析相结合n 预电解：被测物质在适当电压下电解，还原沉积在阴极上n 溶出：施加反向电压，使沉积在阴极上的

44、金属氧化溶出，并产生大的峰电流，峰电流的大小与被测物质浓度成正比n 使用普通的极谱仪即可完成（汞膜电极）.精品课件.142Cu，Pb，Cd的溶出伏安图.精品课件.143特点l灵敏度很高，一般可达10-8-10-9 mol/L；l电流信号呈峰型，便于测量，可同时测量多种金属离子。应用 30多种元素的测定.精品课件.1445.极谱催化波原理l平行反应过程的动力波l整个电极过程受有关化学反应动力学控制(k)lOx相当于催化剂l催化电流与Ox在一定范围内成正比l普通极谱分析装置.精品课件.145特点l催化电流大，灵敏度高，10-8-10-11mol/Ll选择性好l催化电流与汞高无关l温度影响较大应用 微量至超痕量金属元素的分析.精品课件.146作业P1862、9、13、15.精品课件.147