第七章极谱与伏安分析法第一节极谱定性定量分析方法与应用精要.ppt

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第七章 极谱与伏安分析法 第一节 极谱分析原理与过程 一、极谱分析的原理与过程 principle and process polarography 极化电极与去极化电极 极谱分析过程和极谱波-Pb2+(10-3mol/L) 2. 极限扩散电流id 3. 极谱曲线形成条件 4. 滴汞电极的特点 * * 一、极谱分析原理与过程 principle and process polarography 二、扩散电流理论 theory of diffusion current 三、干扰电流与抑制 interference current and elimination polarography and Voltammetry principle and process polarography 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; 极谱分析法(polarography):采用滴汞电极的伏安分析法; 1.极谱分析过程 极谱分析:在特殊条件下进行的电解分析。 特殊性:使用了一支极化电极和另一支去极化电极作为工作电极; 在溶液静止的情况下进行的非完全的电解过程。 如果一支电极通过无限小的电流,便引起电极电位发生很大变化,这样的电极称之为极化电极,如滴汞电极,反之电极电位不随电流变化的电极叫做理想的去极化电极,如甘汞电极或大面积汞层。 电压由0.2 V逐渐增加到0.7 V左右,绘制电流-电压曲线。 图中①~②段,仅有微小的电流流过,这时的电流称为“残余电流”或背景电流。当外加电压到达Pb2+的析出电位时,Pb2+开始在滴汞电极上迅速反应。 由于溶液静止,电极附近的铅离子在电极表面迅速反应,此时,产生浓度梯度 (厚度约0.05mm的扩散层),电极反应受浓度扩散控制。在④处,达到扩散平衡。 平衡时,电解电流仅受扩散运动控制,形成:极限扩散电流id。(极谱定量分析的基础) 图中③处电流随电压变化的比值最大,此点对应的电位称为半波电位。 (极谱定性的依据) (1) 待测物质的浓度要小,快速形成浓度梯度。 (2) 溶液保持静止,使扩散层厚度稳定,待测物质仅依靠扩散到达电极表面。 (3) 电解液中含有较大量的惰性电解质,使待测离子在电场作用力下的迁移运动降至最小。 (4) 使用两支不同性能的电极。极化电极的电位随外加电压变化而变,保证在电极表面形成浓差极化。 为什么使用两支性能不同的电极? 为什么要采用滴汞电极? a. 电极毛细管口处的汞滴很小,易形成浓差极化; b. 汞滴不断滴落,使电极表面不断更新,重复性好。(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); c. 氢在汞上的超电位较大; d. 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。 e. 汞容易提纯 扩散电流产生过程中,电位变化很小,电解电流变化较大,此时电极呈现去极化现象,这是由于被测物质的电极反应所致。被测物质具有去极化性质:去极剂。 Hg有毒。汞滴面积的变化导致不断产生充电电流(电容电流)。 二、扩散电流理论 theory of diffusion current 1.扩散电流方程 设:平面的扩散过程 费克扩散定律:单位时间内通过单位平面的扩散物质的量与浓差梯度成正比: A:电极面积;D 扩散系数 (id)t 时电解开始后t 时,扩散电流的大小。 根据法拉第电解定律: 在扩散场中,浓度的分布是时间t 和距电极表面距离X 的函数 c = ?(t, X ) (3)代入(2),得: 将(6)代入(5),得: (id)t=706nD1/2m2/3t1/6c (7) 由于汞滴呈周期性增长,使其有效扩散层厚度减小,线性扩散层厚度的 扩散电流的平均值: 考虑滴汞电极的汞滴面积是时间的函数,t 时汞滴面积,: At=8.49?10-3m2/3t2/3 (cm2) (6) (id)平均=706nD1/2m2/3 t 1/6c 讨论: (1) 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。越大,测定越灵敏。 (2) m,t 取决于毛细管特性, m2/3 t 1/6定义为毛细管特性常数,用K 表示。则: (id)平均 每滴汞上的平均电流(微安);n 电极反应中转移的电子数;D 扩散系数; t 滴汞周期(s);c 待测物原始浓度(mmol/L);m 汞流速度(mg/s); 扩散电流方程: (id)平均 = I · K · c 2.影响扩散电流的因素

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