伏安和极谱分析法(精)
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第五章伏安法和极谱分析法基本要求:1.掌握直流极谱法的基本原理及其不足之处2.掌握尤考维奇方程和极谱波方程3.理解单扫描极谱法、脉冲极谱法和阳极溶出伏安法灵敏度高的原因4.掌握循环伏安法的原理及应用伏安法(V oltammetry)和极谱分析法(Polarography)都是通过由电解过程中所得的电流-电位(电压)或电位-时间曲线进行分析的方法。
它们的区别在于伏安法使用的极化电极是固体电极或表面不能更新的液体电极,而极谱分析法使用的是表面能够周期更新的滴汞电极。
自1922年J.Heyrovsky开创极谱学以来,极谱分析在理论和实际应用上发展迅速。
继直流极谱法后,相继出现了单扫描极谱法、脉冲极谱法、卷积伏安法等各种快速、灵敏的现代极谱分析方法,使极谱分析成为电化学分析的重要组成部分。
极谱分析法不仅可用于痕量物质的测定,而且还可用于化学反应机理,电极动力学及平衡常数测定等基础理论的研究。
与两种电解过程相对应,极谱分析法也可分为控制电位极谱法(如直流极谱法、单扫描极谱法、脉冲极谱法和溶出伏安法等)和控制电流极谱法(如交流示波极谱法和计时电位法等)。
5.1 直流极谱法5.1.1 原理1.装置直流极谱法也称恒电位极谱法,其装置如图5-1所示。
它包括测量电压、测量电流和极谱电解池三部分。
图5-1 直流极谱装置示意图图5-2 饱和甘汞电极(a)和滴汞电极(b)现以测定Pb2+和Zn2+为例。
在电解池中安装一支面积小的滴汞电极,另一支面积大的饱和甘汞电极,如图5-2所示。
电解池中盛有浓度均为1.00 ×10-3mol·L-1Pb2+ 和Zn2+ 溶液以及0.1mol·L-1KCl(称为支持电解质,浓度比被测离子大50-100倍),并加入1%的动物胶(称为极大抑制剂)几滴。
电解前,通入N2除去电解液中溶解的O2。
按图5-1,以滴汞电极为阴极,饱和甘汞电极为阳极,在不搅拌溶液的静止条件下电解。
第十章极谱和伏安分析法1、极谱法和电解法有哪些方面的差异?答:极谱过程是一特殊的电解过程,主要表现在电极和电解条件的特殊性。
①电极:一个电极是极化电极,另一个是去极化电极;②电解:被分析物质的浓度一般较小,电流很小,且只是扩散电流与被测物浓度有定量关系,必须消除迁移电流和对流电流。
2、直流极谱波呈台阶锯齿形的原因是什么?答:据尤考维奇公式,扩散电流随时间t1/6增加,是扩散层厚度和滴汞面积随时间变化的总结果。
在每一滴汞生长最初时刻电流迅速增加,随后变慢,汞滴下落时电流下降,即汞滴周期性下滴使扩散电流发生周期性变化,极谱波呈锯齿形。
3、进行极谱测定时,为什么一份溶液进行多次测定而浓度不发生显著变化?答:因为极谱测定是一种特殊的电解方法,极谱波的产生是由于在极化电极上出现浓差极化引起的。
由于被分析物的浓度一般较小,通过的电流很小(<100μA),故试样的浓度基本没变化,因此同一溶液可反复测定。
4、什么是极谱分析的底液?它的组成是什么?答:底液:为了改善波形,极谱分析的试液中加入一些辅助试剂,这种含有各种适当试剂的溶液称为极谱分析的底液。
底液含有支持电解质、极大抑制剂、除氧剂及其他有关试剂,如消除前波或叠波干扰的配位剂,控制酸度、改善波形、防止水解的缓冲剂等。
在选择底液时,应尽量选择使极谱波波形良好,干扰小,实验操作简单的底液。
5、在被测离子浓度相同时,平行催化波产生的电流为什么比扩散电流大得多?答:平行催化波原理:电活性物质的氧化态A在电极上还原,生成还原态B,这是电极反应,还原产物B与溶液中存在的另一物质C(氧化剂)作用,被氧化生成原来的电活性物质A。
此再生出来的A 在电极上又一次地被还原如此反复进行,使电流大大增加。
在整个反应中,物质A的浓度实际上没有变化,消耗的是物质C。
6、解释单扫描极谱波呈平滑峰形的原因?答:极化电压变化的速度快,当达到可还原物质的分解电压时,该物质在电极上迅速还原,产生很大的电流,极化电流急剧上升,产生瞬时极谱电流,由于还原物质在电极上还原,使它在电极表面附近的浓度急剧降低,本体溶液中的还原物质来不及扩散至电极表面,当电压进一步增加时,导致极谱电流反而降低,形成峰形电流。