溶出伏安法监测水样中微量重金属离子
来源：科思特仪器
发布时间：2017-08-30
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1. 实验原理：
溶出安伏法包含电解富集和电解溶出两个过程。首先是金属离子的还原富集过程，它是将工作电极（玻碳电极或汞电极）固定在一个较负的电位下，在溶液搅拌情况下，使金属离子在极限电流下发生还原反应，被测金属离子富集在电极上。然后静置一段时间后，进入反向溶出过程，即将工作电极加上由一个较正的电位，使富集在电极上的被测物质反向阳极溶出形成对应的阳极电流峰。根据溶出时的电位位置及电流峰峰高即可进行金属离子的定性和定量分析。
2. 实验过程及结果：
2.1. 仪器和试剂
三电极体系：玻碳电极（工作电极），玻碳电极表面可以镀铋也可以镀汞。可以采用预镀也可以同位镀
饱和甘汞电极（参比电极）
铂丝电极（辅助电极）
电解池：25mL三口烧瓶；
CS350电化学工作站；磁力搅拌器；镉标准液1000mg/L；铋标准液1000mg/L；缓冲溶液采用pH=5.0的0.2M醋酸缓冲液。所有试剂均为分析纯以上，实验用水为超纯水。
2.2. 实验步骤（以测镉元素为例）
1. 将玻碳电极在抛光布上分别用粒径为0.3mm和0.05mm的三氧化二铝粉末进行打磨抛光，用无水酒精擦拭，最后用超纯水超声清洗15min后待用。
2. 待测镉液的配置（以100mg/L为例）：依次加入2.5mL 10mg/L的硝酸铋溶液(用少量优级纯的硝酸溶解后再用超纯水稀释至所用刻度)，25ml的pH=5.0的0.2M醋酸缓冲液，10mL 1mg/L的镉的标准使用液用超纯水稀释为100mL。
3．用移液管取2中溶液15ml放入上述1a图中的电解池中，插入饱和甘汞电极和铂丝电极，接好三电极所对应的电极接线，打开CS350电化学工作站，从CS350工作站软件菜单中选择“测试方法”→“溶出伏安”→“线性溶出伏安法”。设置参数如下图所示：.png)
5.测试完成以后，为了提高实验结果的重现性，工作电极玻碳电极不必每次都重新抛光打磨，可以选用"测试方法”→“稳态极化”→“恒电位极化”，对电极进行清洗操作。设置清洗参数如下图3所示：.png)
2.3.1. 富集时间对溶出峰的影响
对不同浓度的含镉溶液进行溶出伏安分析，得到图5所示的电流峰与富集时间的关系，如图5。
图5中铋的加入量为250mg/L，镉的浓度为100mg/L可以看出在-800mV左右处出现了镉元素的电流溶出峰。在1～11min内随着富集时间的加长其电流峰的高度也相应增大。测试中电流峰所对应的电位稳定，重现性较好。
将不同浓度的镉标准液对阳极溶出峰高进行作图，先绘出原始溶出伏安曲线，再绘制电流峰高～浓度曲线，如图6所示。测试过程中，玻碳电极在次进行溶出测试时，将其进行打磨抛光，后面的每次测试直接将其恒电位溶出后再进行测试，这样可以减少人为操作误差对实验的影响
图6.不同浓度下镉离子的溶出伏安曲线图（a）及浓度与峰电流线性关系图（b）
图6a显示，可以看出随着镉元素浓度的增大其峰电流大小发生波动性变化，镉的浓度为90mg/L、100mg/L其峰电流的位置发生了明显的偏移。图6b为固定电位值为为-780mV依次获取5-80 mg/L的电流值，取然后根据峰电流和浓度成正比将所得数据拟合为直线，可以看出R=0.9842，线性关系良好。
3. 结论
1. 采用CS350电化学工作站快速分析地表水中的Cd2+在5-80mg/L范围内，离子浓度与阳极溶出电流峰高呈良好线性关系，精密度与准确度良好，可以满足现场快速分析的要求。
2. 通过快速阳极溶出，实验中可以同时检测多种重金属离子。
溶出安伏法包含电解富集和电解溶出两个过程。首先是金属离子的还原富集过程，它是将工作电极（玻碳电极或汞电极）固定在一个较负的电位下，在溶液搅拌情况下，使金属离子在极限电流下发生还原反应，被测金属离子富集在电极上。然后静置一段时间后，进入反向溶出过程，即将工作电极加上由一个较正的电位，使富集在电极上的被测物质反向阳极溶出形成对应的阳极电流峰。根据溶出时的电位位置及电流峰峰高即可进行金属离子的定性和定量分析。
2. 实验过程及结果：
2.1. 仪器和试剂
三电极体系：玻碳电极（工作电极），玻碳电极表面可以镀铋也可以镀汞。可以采用预镀也可以同位镀
饱和甘汞电极（参比电极）
铂丝电极（辅助电极）
电解池：25mL三口烧瓶；
CS350电化学工作站；磁力搅拌器；镉标准液1000mg/L；铋标准液1000mg/L；缓冲溶液采用pH=5.0的0.2M醋酸缓冲液。所有试剂均为分析纯以上，实验用水为超纯水。
2.2. 实验步骤（以测镉元素为例）
1. 将玻碳电极在抛光布上分别用粒径为0.3mm和0.05mm的三氧化二铝粉末进行打磨抛光，用无水酒精擦拭，最后用超纯水超声清洗15min后待用。
2. 待测镉液的配置（以100mg/L为例）：依次加入2.5mL 10mg/L的硝酸铋溶液(用少量优级纯的硝酸溶解后再用超纯水稀释至所用刻度)，25ml的pH=5.0的0.2M醋酸缓冲液，10mL 1mg/L的镉的标准使用液用超纯水稀释为100mL。
3．用移液管取2中溶液15ml放入上述1a图中的电解池中，插入饱和甘汞电极和铂丝电极，接好三电极所对应的电极接线，打开CS350电化学工作站，从CS350工作站软件菜单中选择“测试方法”→“溶出伏安”→“线性溶出伏安法”。设置参数如下图所示：
图2. 溶出伏安分析的参数设置
4.点击确定按钮后，开启磁力搅拌器，固定搅拌速度，保证搅拌磁子不接触各个电极，即可以开始测量。当富集时间到达300秒时应立即关闭搅拌装置，静置10～20秒后，随后进入溶出阶段，此时将可以观测到不同离子的阳极溶出峰。5.测试完成以后，为了提高实验结果的重现性，工作电极玻碳电极不必每次都重新抛光打磨，可以选用"测试方法”→“稳态极化”→“恒电位极化”，对电极进行清洗操作。设置清洗参数如下图3所示：
图3. 溶出伏安分析的参数设置
6. 镉浓度为100mg/L时，测试结果如图4.
图4. 溶出伏安电位及电流曲线
2.3. 测试结果2.3.1. 富集时间对溶出峰的影响
对不同浓度的含镉溶液进行溶出伏安分析，得到图5所示的电流峰与富集时间的关系，如图5。
图5中铋的加入量为250mg/L，镉的浓度为100mg/L可以看出在-800mV左右处出现了镉元素的电流溶出峰。在1～11min内随着富集时间的加长其电流峰的高度也相应增大。测试中电流峰所对应的电位稳定，重现性较好。
图5. 富集时间对峰高影响图
2.3.2. 标准曲线将不同浓度的镉标准液对阳极溶出峰高进行作图，先绘出原始溶出伏安曲线，再绘制电流峰高～浓度曲线，如图6所示。测试过程中，玻碳电极在次进行溶出测试时，将其进行打磨抛光，后面的每次测试直接将其恒电位溶出后再进行测试，这样可以减少人为操作误差对实验的影响
图6.不同浓度下镉离子的溶出伏安曲线图（a）及浓度与峰电流线性关系图（b）
3. 结论
1. 采用CS350电化学工作站快速分析地表水中的Cd2+在5-80mg/L范围内，离子浓度与阳极溶出电流峰高呈良好线性关系，精密度与准确度良好，可以满足现场快速分析的要求。
2. 通过快速阳极溶出，实验中可以同时检测多种重金属离子。
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