專業(yè)實驗實驗報告

專業(yè)實驗實驗報告循環(huán)伏安法測定奶瓶中雙酚A的含量實驗目的：學習循環(huán)伏安法測定電極反應參數(shù)的基本原理和方法。熟悉儀器的使用并根據(jù)所測數(shù)據(jù)獲得回歸方程。根據(jù)BPA的氧化峰電流與其濃度呈正比的定量依據(jù)，測定奶瓶中雙酚A的含量。實驗原理：循環(huán)伏安法（CV）是一種常用的電化學研究方法。由于它儀器簡單、操作簡便、譜圖解析直觀，因此常常是進行實驗的首選方法。該方法是將循環(huán)變化的、以三角波形掃描的電壓施加于工作電極與參比電極之間，記錄工作電極上得到的電流與施加電流的關系曲線，根據(jù)曲線形狀可以判斷電極反應的可逆程度，研究化合物電極過程的機理、雙電層、吸附現(xiàn)象和電極反應動力學。溶液中的電解質會離解出陰、陽離子，在外電場作用下發(fā)生定向移動產(chǎn)生電流使整個回路導通。在電場的作用下，陰、陽離子分別向陽極、陰極移動，并在電極表面發(fā)生氧化或還原反應。如果電極反應的速度足夠快以致使得當離子剛移動到電極表面的反應區(qū)便立刻被反應掉，即電極表面總是處于缺少反應物的狀態(tài)，這時電極表面的反應是可逆的，能量損失較小。凡是能夠測出電流電壓關系獲得電流-電壓（I-U）曲線的方法都可成為伏安法。循環(huán)伏安法便是讓電壓做循環(huán)變化同時測出電流的改變的方法。如以等腰三角形的脈沖電壓加在工作電極上，得到的電流-電壓曲線包括兩個分支，如果前半部分電位向陰極方向掃描，電活性物質在電極上還原，產(chǎn)生還原波，那么后半部分電位向陽極方向掃描時，還原產(chǎn)物又會重新再電極上氧化，產(chǎn)生氧化波。因此一次三角波掃描，完成一個還原和氧過程的循環(huán)，電流-電壓曲線稱為循環(huán)伏安圖。如果電活性物質可逆性差，則氧化波與還原波的高度就不同，對稱性也較差。BPA在裸電極上的Ep方程為式中：Ep——底物氧化峰電位；E0——標準電位；k0——標準異構速率常數(shù)；電子轉移系數(shù)；nα——電子反應數(shù)；v——掃描速率；其他符號具有通常的意義。雙酚A(BPA)是酚類環(huán)境雌激素的一種，它具有類雌激素活性且含有酚類結構特征的環(huán)境內分泌干擾物。對人類和野生動物的內分泌系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響且具有不同程度的毒性作用。本實驗基于BPA在SWCNT修飾電極上具有明顯的電催化作用，簡便、快捷、測定準確且成本較低。雙酚A是具有電化學活性的物質，含有酚羥基，在一定條件下可以被電化學氧化，在工作電極上具有很好的電化學循環(huán)伏安響應。BPA在玻碳電極上具有一對氧化還原峰，陽極峰電流和陰極峰電流分別用Ipa和Ipc表示，陽極峰低昂為和陰極峰電位分別用Epa和Epc表示。根據(jù)峰電位可以進行定性分析，計算峰電位之間的差值，判斷BPA在工作電極上反應的可逆性。而峰電流是定量分析的依據(jù)。25℃時，發(fā)生不可逆反應；BPA的峰值電流可通過計算得，即Ip=(2.99×105)n(αnα)1/2AC0*D1/2v1/2式中：n——氧化還原反應電子轉移數(shù)；A——電極工作面積；C0——濃度；D——物質在溶液中的擴散系數(shù)；其他符號具有通常意義。據(jù)此，在一定實驗條件下，BPA的峰電流與其濃度呈正比，這是進行定量分子的依據(jù)。實驗儀器、試劑：實驗儀器：電化學工作站；三電極系統(tǒng)：玻碳電極（GCE）、對電極（鉑電極），參比電極（飽和甘汞電極（SCE））；砂紙；超聲波清洗器；濾紙；移液槍；pH計；電子分析天平；容量瓶；玻璃棒；滴管；干燥箱；量筒；燒杯等。試劑：單壁碳納米管（SWCNT）；雙酚A；純乙醇；pH=8.5的PBS緩沖液；鐵氰化鉀溶液；飽和KCl溶液；四個不同品牌的奶瓶；乙酸乙酯等。實驗步驟：回歸方程的繪制工作電極的預處理將玻碳電極加拋光粉在砂紙表面小心輕輕打磨至光亮，用混酸(V(HNO3):V(H2O)=1:1)沖洗干凈，后分別在純乙醇和蒸餾水中用超聲波清洗10min。用濾紙吸去附著在電極表面的水珠。將1mg酸化了的單壁碳納米管（SWCNT）溶解在乙醇溶液中，用超聲攪拌促進溶解，形成黑色懸濁液。用移液槍移取20μL該溶液于電極表面，在室溫下干燥備用。BPA標準溶液的配制雙酚A（BPA）溶于純乙醇配成2.2×10－3mol/L儲備液；（BPA分子量228，將5.0gBPA用純乙醇溶于10mL容量瓶中，濃度約為2.2×10－3mol/L，于4℃溫度下保存）實驗時用pH8.5的1mol/LPBS稀釋成一系列濃度梯度，采用逐級稀釋的方法。循環(huán)伏安測定室溫條件下，以SWCNT修飾電極為工作電極，鉑片電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，在pH=8.5的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中，于70mV先富集300s后，再以掃描速度50mV/s進行循環(huán)伏安測定。得不同BPA濃度溶液的氧化峰電流值Ip。奶瓶中BPA含量的測定樣品預處理取四個不同品牌的奶瓶（體積=250毫升），在奶瓶中加入100℃水100mL；振蕩30min后得到水樣。這些水樣用于對BPA的浸出試驗，在這樣的情況下，BPA是不可能被檢測到的。BPA分子具有較強的極性，根據(jù)相似相溶原理，采用極性較強的溶劑乙酸乙酯來提取奶瓶中的BPA。采用濃縮提取法，再分別在四個不同品牌的奶瓶中加入5.00mL乙酸乙酯，繼續(xù)振蕩30min。乙酸乙酯用蒸發(fā)法除去，再用1mLPBS稀釋，所得樣品進行循環(huán)伏安測定。從這個提取步驟，所得BPA的最終濃度已為先前濃度的40倍。同時進行加標回收實驗，計算回收率。得溶液的氧化峰電流值Ip。循環(huán)伏安測定室溫條件下，以SWCNT修飾電極為工作電極，鉑片電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，在pH=8.5的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中，于70mV先富集300s后，再以掃描速度50mV/s進行循環(huán)伏安測定。平行測定3至5次。實驗數(shù)據(jù)及處理：根據(jù)BPA的氧化峰電流（Ip）與其濃度在1.0×10-8～2.0×10-5mol/L范圍內呈良好的線性關系，回歸方程為Ip(A)=3.768×10-6+0.722C（R=0.9954），檢出限為5.0×10-9mol/L。相同條件下，同一電極平行測定2.2×10-6mol/L的BPA溶液5次，相對標準偏差（RSD）為4.3%。所有實驗均在室溫（20-25℃）下進行。所有數(shù)據(jù)，除非另有規(guī)定，都為三至五個重復實驗測量的平均值。濃縮后仍未檢測到BPA的氧化峰電流值。采用標準加入法后，BPA檢出量如下表所示，計算回收率及標準偏差，如下：樣品BPA加入量/μMBPA檢出量/μM回收率（%）相對標準偏差（%）15.04.9±0.398.0±6.05.810.010.3±0.5103.0±5.05.525.05.1±0.2102.0±4.04.310.09.8±0.498.0±4.04.135.05.2±0.1104.0±2.04.610.09.7±0.297.0±2.05.145.04.8±0.296.0±4.05.310.010.1±0.3101.0±3.03.2由表可得，BPA的回收率在96%～104%之間，其相對標準偏差在3.2%～5.8%。注意事項：電極打磨后，可在10nmol/L的鐵氰化鉀溶液中進行循環(huán)伏安表征；當峰電位差在70mV以下時，表明電極打磨干凈。實驗完畢，關閉儀器，除去