電分析化學(xué)思考題1

什么是“微擾理論”？答：對一個測試對象施加一個微小的擾動，使其狀態(tài)發(fā)生某種特定的變化，從這種變化來測定該測試對象的化學(xué)狀態(tài)參數(shù)（組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等信息）。組成分析儀器的典型結(jié)構(gòu)？數(shù)據(jù)采集和處理激勵信號答：數(shù)據(jù)采集和處理激勵信號信號放大電路傳感器信號放大電路傳感器分析對象分析對象結(jié)果輸出結(jié)果輸出分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)電分析化學(xué)的研究方向有哪些？電分析化學(xué)的任務(wù)和內(nèi)容？答：研究方向：電解、庫侖分析，電位分析，電導(dǎo)分析，極譜、伏安分析，交叉學(xué)科。主要任務(wù)：(1)鑒別待測物質(zhì)的化學(xué)成分“是什么”？(2)研究化學(xué)反應(yīng)的機理“是什么”？(3)鑒別待測物質(zhì)的化學(xué)成分“有多少”？推動分析化學(xué)發(fā)展的“四要素”？為何“分析對象”處于中心位置？答：“四要素”：分析對象、理論基礎(chǔ)、實驗方法、儀器技術(shù)?！胺治鰧ο蟆碧幱谥行奈恢玫脑蚴侨魏尉唧w的分析手段都是為了對象服務(wù)的，沒有對象就談不到方法。分析儀器的發(fā)展趨勢是什么？答：儀器大眾化和日用品化，沿著miniaturization→microminiaturization→lab-on-a-chip（μTAS）方向發(fā)展。2.1極譜法和伏安法的特征是什么？答：極譜法和伏安法是根據(jù)待測組分在電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成電位-電流曲線進行測量的一類分析方法。采用表面做周期性連續(xù)更新的滴汞電極做工作電極的成為極譜法。使用面積固定的懸汞、石墨、鉑等電極作為工作電極的成為伏安法。2.2如何消除充電電流的干擾？答：2.3為什么直流極譜波是呈鋸齒形的，而線形伏安波呈光滑的曲線？答：主要的原因是線性掃描伏安法采用汞膜電極，而普通極譜波采用滴汞電極的緣故。當(dāng)使用滴汞電極測定離子濃度時，隨著汞滴的生長，汞滴面積不斷增大，離子在汞滴表面的反應(yīng)就越來越快，電流增大，汞滴生長完全，電流達到最大值。隨著汞滴的脫落，電流迅速降低，在極譜上形成一個鋸齒，即一滴汞滴對應(yīng)著一個鋸齒。接著新汞滴的生長開始，又一個新的鋸齒形成，如此循環(huán)，最終就得到帶鋸齒狀的極譜波。而在線性掃描伏安法中，由于汞膜電極的汞滴面積保持一定，溶液中電流隨著電壓的增大不斷增大，直至在電解電位附近達到極大值，電極表面附近的離子濃度迅速降低，而溶液中其余的離子來不及及時的擴散到電極表面，電流變小。隨后電解平衡建立，電流趨于平穩(wěn)，出現(xiàn)光滑的譜峰。2.4方波伏安法和差分脈沖伏安法的電壓掃描波形有何區(qū)別？答：2.5什么是計時電流法？如何應(yīng)用于電化學(xué)傳感器？答：在電極上施加一個恒電位，使溶液仲某種電活性物質(zhì)發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，記錄電流與時間的變化，得到電流-時間曲線，成為計時電流法。2.6什么是法拉第電解定律？如何應(yīng)用于庫倫分析？答：法拉第電解定律：m=(Q/nF)×M。庫侖分析根據(jù)法拉第定律，從測量電解過程中的電流和時間計算電量，再換算成欲測物的含量。2.7什么是庫侖滴定？電重量分析法的應(yīng)用范圍？答：庫侖滴定：一種恒電流庫侖法，有恒電流源并具有100%的電流效率和滴定終點的指示。電重量分析法應(yīng)用于銅、汞、鉛、鋅、錳和鎘的點解測定，有時可作為一種離子分離的手段。2.8電極電位是如何產(chǎn)生的？如何測量？答：電極電位的產(chǎn)生：在電極與溶液的兩相界面上，由于帶電質(zhì)點的遷移形成了雙電層，表現(xiàn)為電極電勢，即為電極電位。測量方法：由一個只是被測離子的活度變化的指示電極，和另一個電極電位在測量過程中保持恒定的參比（標(biāo)準(zhǔn)）電極組成電化學(xué)電池，然后測量其電池電動勢，從電池電動勢和標(biāo)準(zhǔn)電極的電位計算出被測電極的電極電位。2.9能斯特方程揭示了什么？答：揭示了電極電位與電活性物質(zhì)的濃度之間的關(guān)系。2.10參比電極有哪幾種？什么是離子選擇性電極？答：兩種，飽和甘汞電極和銀-氯化銀電極。離子選擇性電極也稱膜電極，這類電極有一層特殊的電極膜，電極膜對特定的離子具有選擇性響應(yīng)，電極膜的電位與待測離子含量之間的關(guān)系符合能斯特公式。2.11什么是電極的離子選擇性參數(shù)？答：選擇性參數(shù)Kij表示i離子抗j離子的干擾能力，Kij越小，抗干擾能力越大。i為特定離子，j為共存離子。2.12電位分析法的優(yōu)點是什么？答：(1)選擇性好。采用了對被測離子具有很高選擇性的離子選擇性電極后，共存離子干擾很少，對于一些復(fù)雜體系的試樣往往不需要經(jīng)過分離、掩蔽處理，就可以直接測定；(2)操作簡便、分析速度快。直接電位法所用儀器簡單，易操作。離子選擇性電極的響應(yīng)速度快，單次分析只需2-3分鐘；(3)檢測限低、測量范圍寬。檢出限一般可以達到10-6mol/L，pH電極可達到10-13mol/L。測量的濃度反胃可以到4-6個數(shù)量級；(4)易實現(xiàn)連續(xù)分析和自動分析。電極輸出為電信號，無需轉(zhuǎn)換就可以直接放大和測量記錄，易于實現(xiàn)自動分析和工程過程的在線監(jiān)控。2.13什么是電導(dǎo)分析？電導(dǎo)電流的性質(zhì)是什么？答：電解質(zhì)溶液能導(dǎo)電，而且當(dāng)溶液中離子濃度發(fā)生變化時，其電導(dǎo)也隨之改變。用電導(dǎo)來指示溶液中離子的濃度就形成了電導(dǎo)分析法。2.14電導(dǎo)分析的應(yīng)用范圍如何？答：用于水質(zhì)純度的鑒定、；工業(yè)生產(chǎn)流程中的控制及自動分析（如合成氨的生產(chǎn)中監(jiān)控CO和CO2的含量、鋼中含碳量的測定以及大氣中的SO2等有害成分的測定等）；作色譜檢測器與具有高效分離效率的色譜儀器相結(jié)合。3.1什么是化學(xué)修飾電極？答：化學(xué)修飾電極是通過化學(xué)修飾的方法在電極表面進行分子設(shè)計，將具有優(yōu)良化學(xué)性質(zhì)的分子、離子、聚合物固定在電極表面，造成某種微結(jié)構(gòu)，賦予電極某種特定的化學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)，以便高選擇性地進行所期望的反應(yīng)，在提高選擇性和靈敏度方面具有獨特的優(yōu)越性。3.2化學(xué)修飾電極的制備方法有哪些？答：常用的修飾方法有:共價鍵合法，吸附法，聚合物薄膜法，組合法及其他一些方法。3.3化學(xué)修飾電極的優(yōu)點以及目前需要解決的關(guān)鍵問題是什么？優(yōu)點：利用化學(xué)修飾電極表面上的微結(jié)構(gòu)所提供的多種能利用的勢場，使待測物進行有效的分離富集，并借控制電極電位，進一步提高選擇性，同時把測定方法的靈敏性和修飾劑化學(xué)反應(yīng)的選擇性相結(jié)合，成為分離、富集和選擇性三者合而為一的理想體系。4.1循環(huán)伏安法與其他伏安法的區(qū)別？循環(huán)伏安法在一次三角形脈沖電壓掃描過程中，完成一個還原和氧化過程的循環(huán)，它主要是用于判斷電極過程的可逆性以及電極反應(yīng)的機理的研究，而不是用于定量分析。4.2如何應(yīng)用循環(huán)伏安法判別可逆、準(zhǔn)可逆和不可逆電極過程？以及耦合了化學(xué)反應(yīng)的電極過程？4.3對于簡單可逆電極過程，其循環(huán)伏安圖中的陰極、陽極峰電位與標(biāo)準(zhǔn)電極電位之間的關(guān)系，峰電流與掃描速度的關(guān)系？陰極峰-陽極峰與標(biāo)準(zhǔn)電極電位之間的關(guān)系：陰：Epc=E0-1.1RT/nF陽：Epa=E0+1.1RT/nF峰電流與掃描速度：ip=2.69*105n3/2AD1/2v1/2cipa/ipc=1所以，ip與v1/2呈直線關(guān)系。4.4各種溶出伏安法的基本原理？其靈敏度高的原因何在？陽極溶出伏安法：分析過程包括兩個階段：1、“電解富集”，即在一定電位下，把被測金屬離子電解析出在電極上。2、“電化學(xué)溶出”，即將原先沉積在電極上的金屬又重新氧化為離子狀態(tài)回到溶液中。在電位掃描過程中記錄i-E伏安曲線，每一個金屬離子對應(yīng)一個電流峰，峰高與被測離子的濃度成正比，據(jù)此進行定量分析。陰極溶出伏安法：被測物質(zhì)在較正的電位下以生成難溶膜的形式富集于電極上，然后進行陰極化掃描，使難溶膜溶出。在電位掃描過程中記錄i-E伏安曲線，不同的被測離子對應(yīng)一個電流峰，可作為定性分析的依據(jù)，溶出峰峰高與被測離子的濃度成正比，據(jù)此進行定量分析。吸附（溶出）伏安法：包括兩個過程：1、富集過程，即在一定條件下，使被測物質(zhì)以自發(fā)擴散或強制對流吸附在電極上。2、測定過程，即采用一定的掃描電壓方式，將被測物從電極上溶出，所得的伏安曲線進行定量、定性分析。4.5以陽極溶出伏安法為例，說明影響溶出電流靈敏度的因素有哪些？答：從溶出電流的公式可以看出，影響溶出電流的因素是很多的，例如電積電位、電積時間、攪拌速度、電位掃描速度、表面活性物質(zhì)和氧的干擾、電解質(zhì)底液組成等因素的關(guān)系。4.6陽極溶出伏安法仲常用的工作電極有哪些？何為同位鍍汞？4.7吸附伏安法與陽極或陰極溶出伏安法的區(qū)別？5.1有機化合物的伏安分析通常有什么特點？答：有機化合物的伏安分析的基本原理與無機化合物的伏安分析基本相同。但還有特殊之處。（1）大多數(shù)有機物的電極過程不可逆。（2）有機電活性物質(zhì)及其電極反應(yīng)的產(chǎn)物，一般均為不帶電荷的中性分子。（3）電極反應(yīng)的電子數(shù)一般為偶數(shù)。（4）在有機物的電極反應(yīng)中，一般均有氫離子參與，其半波電位，伏安波形都與底液的組成和pH值有關(guān)。所以常需用緩沖液作為底液。（5）有許多有機化合物不溶于水，要在非水介質(zhì)中進行伏安測定。常用的有機溶劑為：醇類，二氧六環(huán)，溶纖劑，乙碃,二甲酰胺，冰醋酸等。此外，還需加入無機或有機鹽作支持電解質(zhì)。5.2有機化合物分子具有電活性的基團有哪些？答：有機化合物分子具有電活性的基團按功能團分類如下：（1）不飽和烴（C=C,C≡C）：脂肪族烴中含有共軛雙鍵或三鍵的，在中性或堿性介質(zhì)中，能在電極上發(fā)生還原反應(yīng)生成相應(yīng)的烷。（2）鹵代化合物（R-X,X=F,Cl,Br,I）：各種類型的有機鹵代化合物均能發(fā)生還原反應(yīng)，鹵素被氫取代。一個碳原子上的鹵素越多，則越易還原，穩(wěn)定的中間產(chǎn)物也越多。脂肪鏈越長，則越難還原。（3）羰基化合物（C=O）：a.醛類：脂肪族及芳香族醛類均具有電活性，還原而生成相應(yīng)的醇；b.酮類：脂肪族及芳香族酮類與醛相似，也還原成醇，但酮較醛難還原；c.醌類：醌可以電還原為對苯酚，對苯酚也能氧化為醌，產(chǎn)生良好的可逆波。（4）不飽和有機酸（C=C-COOH）：有機酸中的羧基，在一般情況下是十分穩(wěn)定的，既不被電還原，也不易被氧化，含有可還原基團的有機酸類除外，且鹵代酸能在電極上還原為相應(yīng)的酸。（5）含氮化合物（N=N,C=N,-NO2）：a.硝基及亞硝基化合物：脂肪族及芳香硝基化合物均能還原并產(chǎn)生兩個極譜波；b.偶氮化合物：偶氮化合物在酸性、中性、堿性介質(zhì)中均能在電極上還原；c.亞胺基化合物：亞胺基化合物在酸性、中性介質(zhì)中均能在電極上還原生成胺類或羥胺類化合物；d.腈類化合物：腈類化合物在酸性介質(zhì)中能在電極上還原生成相應(yīng)的胺；e.雜環(huán)化合物：吡啶在汞電極上不易還原，但能產(chǎn)生氫催化波，喹啉在中性介質(zhì)中則能在汞電極上還原，出現(xiàn)兩個極譜波。（6）含硫化合物（-S-S-,-SH）：含-S-S-鍵的化合物具有電化學(xué)活性，還原時-S-S-發(fā)生斷裂；含-SH鍵的化合物能在汞電極上形成難溶化合物而富集，再陰極溶出產(chǎn)生還原波。5.3如果有機化合物不具備電活性，有什么辦法可令它們能進行伏安分析？5.4如何根據(jù)有機物的分子結(jié)構(gòu)來預(yù)測它的伏安特性？不飽和烴的半波電位很負，均負于-2伏，一個碳原子上的鹵素越多，則越易還原，卻穩(wěn)定的中間產(chǎn)物也越多。脂肪鏈越長，則越難還原。醌可以電還原為對苯酚，產(chǎn)生良好的可逆波.脂肪族及芳香硝基化合物（—NO2),均能還原并產(chǎn)生兩個極譜波。吡啶在汞電極上不易還原，但能產(chǎn)生氫催化波。喹啉在中、性介質(zhì)中則能在汞電極上還原，出現(xiàn)兩個極譜波含—SH鍵的化合物能在汞電極上形成難溶化合物而富集，再陰極溶出產(chǎn)生還原波。6.1電分析化學(xué)交叉學(xué)科技術(shù)分為哪幾種？1）色譜電分析化學(xué)（2）光譜電分析化學(xué)（3）電化學(xué)掃描隧道顯微鏡（4）電化學(xué)石英微天平6.2什么是色譜電分析化學(xué)？答：將高效液相色譜和高效毛細管電泳的高分離能力與高靈敏的電化學(xué)分析法相結(jié)合，即色譜電分析化學(xué)，是目前多組份復(fù)雜樣品的痕量分析的一個重要手段。利用薄層池，微電極，多工作電極，柱前和柱后的衍生化，電極表面的預(yù)處理和化學(xué)修飾電極等處理手段，使得色譜電分析化學(xué)在近20多年來得到迅速的發(fā)展。特點：色譜電分析化學(xué)匯集了液相色譜和電化學(xué)兩種方法的優(yōu)點，同時又互補了各自的一些不足，液相色譜的高分離能力彌補了傳統(tǒng)電化學(xué)方法在選擇性上的局限，而電化學(xué)檢測器則以其高靈敏度和測量精度為液相色譜增添了一種簡單且經(jīng)濟的檢測方法。6.3光譜電分析化學(xué)