環(huán)境分析作業(yè)ppt課件

1、 電化學(xué)分析法第五組：鄭 艦 2021.12.16目錄一 電化學(xué)分析法概述二 化學(xué)電池三 離子選擇性電極四 化學(xué)修飾電極五 電化學(xué)任務(wù)站1.什么是電化學(xué)分析 運(yùn)用電化學(xué)的根本原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，根據(jù)物質(zhì)電化學(xué)性質(zhì)來(lái)測(cè)定物質(zhì)組成及含量的分析方法稱為電化學(xué)分析或電分析化學(xué)。它通常是使待測(cè)試液構(gòu)成一化學(xué)電池。2.電化學(xué)分析法的重要特征1直接經(jīng)過(guò)測(cè)定電流、電位、電導(dǎo)、電量等物理量，在溶液中有電流或無(wú)電流流動(dòng)的情況下，來(lái)研討、確定參與反響的化學(xué)物質(zhì)量。2根據(jù)測(cè)定電參數(shù)分別命名各種電化學(xué)分析 方法：如電位、電導(dǎo)分析法；3根據(jù)運(yùn)用方式不同可分為： 直接法和間接法。3. 電化學(xué)分析法的特點(diǎn)1靈敏度、準(zhǔn)確度高，選擇

2、性好 被測(cè)物質(zhì)的 最低量可以到達(dá)10-12mol/L數(shù)量級(jí)。2電化學(xué)儀器安裝較為簡(jiǎn)單，操作方便直接 得到電信號(hào)，易傳送，尤其適宜于化工消費(fèi)中的自動(dòng)控制和在線分析。3運(yùn)用廣泛 傳統(tǒng)電化學(xué)分析：無(wú)機(jī)離子的分析； 測(cè)定有機(jī)化合物也日益廣泛； 有機(jī)電化學(xué)分析；藥物分析； 電化學(xué)分析在藥物分析中也有較多運(yùn)用 4. 電化學(xué)分析法的類別 習(xí)慣分類方法按丈量的電化學(xué)參數(shù)分類:(1)電導(dǎo)分析法：丈量電導(dǎo)值；(2)電位分析法：丈量電動(dòng)勢(shì)；(3)電解(電分量)分析法：丈量電解過(guò)程電極上 析出物分量；(4)庫(kù)侖分析法：丈量電解過(guò)程中的電量；(5)伏安分析：丈量電流與電位變化曲線；(6)極譜分析：運(yùn)用滴汞電極時(shí)的伏安分

3、析。普通電導(dǎo)分析 原理：根據(jù)溶液電導(dǎo)與電解質(zhì)關(guān)系 (1) 高純水質(zhì)的測(cè)定 水的純度取決于水中可溶性電解質(zhì)的含量。經(jīng)過(guò)測(cè)定電導(dǎo)率可以鑒定水的純度。并可以電導(dǎo)率作為水質(zhì)規(guī)范。 普通蒸餾水的電導(dǎo)率 210-6 S cm-1 離子交換水的電導(dǎo)率 510-7 S cm-1 純水的電導(dǎo)率 510-8 S cm-1 (2) 強(qiáng)電解質(zhì)溶液總濃度的測(cè)定,海水的鹽度(3) 大氣污染物測(cè)定SO3 ，NO2 吸收后丈量電導(dǎo)變化；監(jiān)測(cè)酸雨。高頻電導(dǎo)分析1. 特點(diǎn) 電極不與溶液直接接觸；不發(fā)生電解、極化、吸附等作用 2. 高頻電導(dǎo)分析原理 振蕩頻率1兆赫時(shí)， 離子：不挪動(dòng)，正、負(fù)電荷重心的相互交變； 偶極分子：隨電場(chǎng)變化

4、頻率快速取向和變形； 分子或離子定向極化和變形極化均產(chǎn)生瞬間電流-極化電流，頻率小(1兆赫時(shí)：與電導(dǎo)電流具有一樣數(shù)量級(jí)；電位分析法按運(yùn)用方式可為兩類 ： 直接電位法 電極電位與溶液中電活性物質(zhì)的活度有關(guān)，經(jīng)過(guò)丈量溶液的電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)能斯特方程計(jì)算被測(cè)物質(zhì)的含量。電位滴定: 分析法用電位丈量安裝指示滴定分析過(guò)程中被測(cè) 組分的濃度變化，經(jīng)過(guò)記錄或繪制滴定曲線來(lái)確定滴定終點(diǎn)的分析方法。研制各種高靈敏度、高選擇性的電極是電位分析法最活潑的研討領(lǐng)域之一。電解分析： 在恒電流或控制電位條件下，使被測(cè)物質(zhì)在電極上析出，實(shí)現(xiàn)定量分別測(cè)定目的的方法。電分量分析法：電解過(guò)程中在陰極上析出的物質(zhì)量通常可以用稱重的方法

5、來(lái)確定。庫(kù)侖分析法：根據(jù)法拉第電解定律，由電解過(guò)程中電極上經(jīng)過(guò)的電量確定電極上析出的物質(zhì)量的分析方法電流滴定或庫(kù)侖滴定： 恒電流下電解產(chǎn)生的滴定劑與被測(cè)物作用。 化 學(xué) 電 池電極：將金屬放入對(duì)應(yīng)的溶液后所組成的系統(tǒng)。化學(xué)電池：由兩支電極構(gòu)成的系統(tǒng)；化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換安裝；電化學(xué)分析法中涉及到兩類化學(xué)電池：原電池：自發(fā)地將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能； 電解電池：由外電源提供電能，使電流經(jīng)過(guò)電極,在電極上發(fā)生電極反響的安裝。 電池任務(wù)時(shí)，電流必需在電池內(nèi)部和外部流過(guò)，構(gòu)成回路。 溶液中的電流：正、負(fù)離子的挪動(dòng)。 化學(xué)電池-原電池陽(yáng)極：發(fā)生氧化反響的電極負(fù)極；陰極：發(fā)生復(fù)原反響的電極正極；陽(yáng)極正極陰極負(fù)極電

6、極電位較正的為正極化學(xué)電池-電解電池陽(yáng)極：發(fā)生氧化反響的電極正極；陰極：發(fā)生復(fù)原反響的電極負(fù)極；陽(yáng)極=正極陰極=負(fù)極 離子選擇性電極 離子選擇性電極是一種以電位法丈量溶液中某些特定離子活度的指示電極。測(cè)定的靈敏度高可達(dá)10-6，特效性好 。 1976年，國(guó)際純粹與運(yùn)用化學(xué)結(jié)合會(huì)(IUPAC)按敏感膜的組成和構(gòu)造，引薦將離子選擇性電極分為以下幾類：1.離子選擇性電極概述剛性基質(zhì)電極：H+、Li+流動(dòng)載體電極：液膜、冠醚敏化電極氣敏電極： 氨電極、硫化氫電極酶電極： 葡萄糖電極、組織電極晶體膜電極原電極非晶體膜電極均相膜電極：LaF、Ag2S非均相膜電極：Ag2S-CuS離子選擇電極2. 晶體膜電

7、極氟電極敏感膜：氟化鑭單晶，摻有LaF3的單晶切片；內(nèi)參比電極：Ag-AgCl電極管內(nèi)內(nèi)參比溶液： 0.1 mol/L NaCl + 0.1 mol/L NaF 混合溶液 F-用來(lái)控制膜內(nèi)外表的電位，Cl-用以固定內(nèi)參比電極的電位。原理: LaF3的晶格中有空穴，在晶格上的F-可以移入晶格臨近的空穴而導(dǎo)電。對(duì)于一定的晶體膜，離子的大小、外形和電荷決議其能否可以進(jìn)入晶體膜內(nèi)，故膜電極普通都具有較高的離子選擇性。 當(dāng)氟電極插入到含有F- 的溶液中時(shí)，F(xiàn)-在晶體膜外表進(jìn)展交換，假設(shè)溶液中的F-活度較高，那么溶液中的F-進(jìn)入晶體。反之，晶體外表的F-進(jìn)入溶液。由此產(chǎn)生的膜電勢(shì)與溶液中的F-活度的關(guān)系，

8、可用能斯特方程來(lái)表示。 25時(shí)：E膜 = K - 0.059 lgaF- = K + 0.059 pF-3. 剛性基質(zhì)電極玻璃膜電極 構(gòu)造 內(nèi)參比電極：Ag-AgCl電極 內(nèi)參比液：0.1mol/L HCl 膜：敏感膜是在SiO2基質(zhì)中參與Na2O、Li2O和CaO燒結(jié)而成的特殊玻璃膜。厚度約為0.05mm。玻璃膜電位： 將浸泡后的玻璃電極放入待測(cè)溶液，水合硅膠層外表與溶液中的H+活度不同，構(gòu)成活度差，H+由活度大的一方向活度小的一方遷移， 平衡時(shí)： H+溶液= H+硅膠 E內(nèi) = k1 + 0.059 lg( a2 / a2 ) E外 = k2 + 0.059 lg(a1 / a1 )a1

9、,a2 外部試液、電極內(nèi)參比溶液的H+活度；a1, a2 玻璃膜外、內(nèi)水合硅硅膠層外表H+活度；k1 ,k2 那么是由玻璃膜外內(nèi)外表性質(zhì)決議的常數(shù)。 由于玻璃膜內(nèi)、外外表的性質(zhì)根本一樣， 那么： k1=k2 ， a1 = a2 E膜 = E外 - E內(nèi) = 0.059 lg( a1 / a2) 由于內(nèi)參比溶液中的H+活度( a2) 是固定的，那么: E膜 = K + 0.059 lg a1 = K - 0.059 pH試液 1玻璃膜電位與試樣溶液中的pH成線性關(guān)系。式中K是由玻璃膜電極本身性質(zhì)決議的常數(shù)； 2電極電位應(yīng)是內(nèi)參比電極電位和玻璃膜電位之和： 3不對(duì)稱電位： E膜 = E外 - E內(nèi)

10、 = 0.059 lg(a1 / a2 假設(shè): a1= a2 ，那么實(shí)際上E膜=0，但實(shí)踐上E膜0 產(chǎn)生的緣由: 玻璃膜內(nèi)、外外表含鈉量、外表張力以及機(jī)械和化學(xué)損傷的細(xì)微差別所引起的。長(zhǎng)時(shí)間浸泡后24hr恒定130mV；E膜 = K + 0.059 lg a1 = K - 0.059 pH試液 化學(xué)修飾電極1.什么是化學(xué)修飾電極 化學(xué)修飾電極(CME)是在電極外表接上所需求的化學(xué)基團(tuán),以使其高選擇性地進(jìn)展所等待的反響或使其擁有某種特定的電化學(xué)性質(zhì)。 化學(xué)修飾電極的制備方法： 共價(jià)鍵結(jié)合法、吸附法、高聚物涂層法、研磨法、浸涂法和溶劑蒸發(fā)法、升華法、摻入法自發(fā)化學(xué)堆積法、催化誘導(dǎo)堆積法、均相電化學(xué)

11、堆積法、分別溶液堆積溶出法等。含義： 化學(xué)修飾電極可以了解為電極外表經(jīng)分子設(shè)計(jì)、其外表被人工剪裁過(guò)的任何電極。這種修飾包括了對(duì)電極界面區(qū)的化學(xué)改動(dòng)，因此它所呈現(xiàn)出的性質(zhì)與電極資料本身任何外表上的性質(zhì)不同。 對(duì)任何電化學(xué)反響來(lái)說(shuō),假設(shè)反響在裸電極上可以合理的、有選擇性的和容易的進(jìn)展，電極外表的修飾就沒(méi)有必要且毫無(wú)價(jià)值。電極外表的修飾必需強(qiáng)調(diào)改動(dòng)電極電解液界面的微構(gòu)造而呵斥某種特性。2.化學(xué)修飾電極在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用2.1水污染監(jiān)測(cè) 在水污染中，以重金屬離子、各類有機(jī)物帶給人類的危害最大，為了防止重金屬離子對(duì)人類的危害，那么我們就需求有高靈敏度的物質(zhì)去檢測(cè)，化學(xué)修飾電極不矢為一個(gè)很好的選擇。 采用

12、2苯偶酰二肟修飾碳糊電極可對(duì)水樣中的Cu2+ 進(jìn)展測(cè)定。另外,用于Pb2+測(cè)定的化學(xué)電極也較多,有卟啉修飾電極、殼聚糖修飾電極,對(duì)一些工廠排放水測(cè)定結(jié)果闡明有較強(qiáng)的抗干擾才干。 PVC 粉末微電極, 可以用來(lái)測(cè)定自來(lái)水中的鉛, 性能穩(wěn)定, 運(yùn)用壽命長(zhǎng), 運(yùn)用電位范圍寬, 選擇性較強(qiáng), 是一種優(yōu)良的、有出路的電極。 2.2土壤監(jiān)測(cè) 采礦業(yè)廢渣及工業(yè)電鍍廢水的隨意排放,都會(huì)導(dǎo)致土壤污染,特別表現(xiàn)為重金屬污染,主要包括鎘、鉻、汞、鉛、銅等重金屬元素。利用甲殼素對(duì)重金屬離子有較強(qiáng)吸附作用的特點(diǎn),研討了甲殼素修飾碳糊電極用于痕量銅的測(cè)定。經(jīng)過(guò)開路富集,經(jīng)介質(zhì)交換后進(jìn)展陽(yáng)極溶出伏安測(cè)定,結(jié)果發(fā)現(xiàn),峰電流I

13、p與銅離子濃度在3.010- 9 9.010-7mol/L之間呈良好的線性關(guān)系,檢出下限為110- 9mo l/L 。 2.3測(cè)定環(huán)境中的苯、胺類化合物 苯及苯的化合物是重要的有機(jī)污染物，現(xiàn)常用的監(jiān)測(cè)方法是離子注入法。采用離子注入鉆和注入鎳的玻碳電極在0.lmol/L HAc NaAc緩沖溶液中硝基苯的行為，并用于純苯胺中微量硝基苯的測(cè)定，具有較高的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。 胺類污染物不容忽視，它同樣是美國(guó)EAP規(guī)定濫測(cè)物種類之一。C60修飾電極電位傳感器可用于十六烷基三甲基溴銨的檢測(cè)和運(yùn)用，這為C60在電分析化學(xué)方面的運(yùn)用開辟了新的領(lǐng)域。同時(shí)制備一系列噻吩烷基衍生物修飾電極，并研討了它們對(duì)溴的電催化

14、作用，勝利地將聚乙基噻吩化學(xué)修飾電極運(yùn)用在苯胺一H2SO4一KBrO3化學(xué)振蕩體系中，用于廢水中苯胺污染物的測(cè)定。2.4測(cè)定環(huán)境中陰離子1.亞硝酸根的測(cè)定 目前，亞硝酸根的測(cè)定方法主要有催化熒光法、熒光動(dòng)力學(xué)光譜法。和極譜法等。但是這些方法測(cè)定NO2- ，檢測(cè)限不好。且NO2-在電極上的直接復(fù)原需求很大的過(guò)電位。最新的研制的磷鉑鎳雜多酸聚吡咯膜修飾玻碳電極，使酸性水溶液的NO2-具有良好的電催化氧化作用，用于環(huán)境水樣中的NO2-含量測(cè)定，效果良好。還有一種對(duì)NO2-具有高靈敏度高選擇性的甲殼素修飾碳糊電極可直接富集和測(cè)定水樣中的NO2- ，大多數(shù)離子無(wú)干擾，簡(jiǎn)便適用。2.F-的測(cè)定 前面所講述

15、的離子選擇性電極ISE常用來(lái)測(cè)定環(huán)境中的CN離子、F離子、CI離子，S2-、CrO42-等，較好地控制了工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。 電化學(xué)任務(wù)站 電化學(xué)任務(wù)站的本質(zhì)是用于控制和監(jiān)測(cè)電化學(xué)池 電流和電位以及其它電化學(xué)參數(shù)變化的儀器安裝。 一個(gè)簡(jiǎn)單的電分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：組成：任務(wù)(研討)電極(W), 參比電極(R)，輔助(對(duì))電極 (C), 電解質(zhì)溶液，恒電勢(shì)位儀PC計(jì)算機(jī)(接口+軟件)。 電化學(xué)體系借助于電極實(shí)現(xiàn)電能的輸入或輸出，電極是實(shí)施電極反響的場(chǎng)所。普通電化學(xué)體系分為二電極體系和三電極體系，用的較多的是三電極體系。相應(yīng)的三個(gè)電極為任務(wù)電極、參比電極和輔助電極。1.電化學(xué)任務(wù)站概述 2電極引見 任務(wù)電

16、極 又稱研討電極，指示電極。 參比電極:是指一個(gè)知電勢(shì)的接近于理想不極化的電極。參比電極上根本沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)，用于測(cè)定研討電極(相對(duì)于參比電極)的電極電勢(shì)。 在控制電位實(shí)驗(yàn)中，由于參比半電池堅(jiān)持固定的電勢(shì)，因此加到電化學(xué)池上的電勢(shì)的任何變化值直接表如今任務(wù)電極/電解質(zhì)溶液的界面上輔助電極(又稱對(duì)電極)與任務(wù)電極組成回路，使任務(wù)電極上電流暢通，以保證研討的反響在電極上發(fā)生。 假設(shè)丈量過(guò)程中經(jīng)過(guò)的電流較大時(shí)，為使參比電極的電位堅(jiān)持穩(wěn)定，必需運(yùn)用輔助電極，否那么將影響丈量的準(zhǔn)確性。電化學(xué)任務(wù)站321 1、任務(wù)電極 2、參比電極 3、對(duì)電極電化學(xué)任務(wù)站根本原理圖：3. PAR 2273電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)操作

17、規(guī)程一開機(jī)： 檢查儀器連線形狀：確保主機(jī)電源銜接可靠，USB通訊接線以及電極線各電極接頭正常。 翻開實(shí)驗(yàn)室電源總開關(guān)，等待電壓穩(wěn)定后翻開儀器電源插線板的總開關(guān)；啟動(dòng)儀器： 儀器形狀測(cè)試：設(shè)定實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法選擇內(nèi)部電解池的類型 DC Dummy直流，1000歐姆電阻、AC Dummy交流，1000歐姆電阻串接10K歐姆與1uF電容的并聯(lián)電路。根據(jù)測(cè)試確認(rèn)儀器任務(wù)正常。二銜接電解池：檢查面板上Cell enable鍵處于off形狀；接上任務(wù)、輔助、參比電極；其中：灰色為第二參比電極運(yùn)用時(shí)與任務(wù)電極銜接在一同； 綠色為任務(wù)研討電極； 紅色為輔助對(duì)電極； 白色為參比電極。檢查，確保銜接正確；然

18、后按下Cell Enable鍵。三測(cè)試： 根據(jù)測(cè)試軟件的要求及實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐需求，選擇實(shí)驗(yàn)方法并設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)； 確認(rèn)檢查設(shè)置的參數(shù)正確無(wú)誤后，開場(chǎng)測(cè)試Run；按提示選擇外部電解池。 測(cè)試過(guò)程中，察看E overload 和I overload指示燈的形狀。如有問(wèn)題那么 立刻停頓實(shí)驗(yàn)。 其中： E overload，請(qǐng)檢查參比電極及其銜接線能否有銜接不好的情況。 I overload， 檢查電流量程設(shè)置能否合理，或測(cè)試電流能否超越儀器的最大電流限制。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)禁用手觸摸電極！ 測(cè)試終了后：確認(rèn)保管文件；確認(rèn)電解池曾經(jīng)封鎖Cell on 指示燈熄滅。拆解電極，移走電解池。四關(guān)機(jī)：封鎖測(cè)試軟件；封鎖主機(jī)電源