天津大學(xué)儀器分析課件極譜分析法

極譜分析法引言極譜分析法一種電化學(xué)分析方法，通過測量被分析物在電解池中發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)的電流變化來確定被分析物的濃度和性質(zhì)。應(yīng)用廣泛在環(huán)境監(jiān)測、食品安全、藥物分析、材料科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。發(fā)展迅速近年來，極譜分析法技術(shù)不斷改進(jìn)，新方法不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。極譜分析法的基本原理1電解過程極譜分析法基于在電解池中對(duì)被測物質(zhì)進(jìn)行電解，并測量其電流隨電位變化的關(guān)系。2擴(kuò)散控制電解過程中，被測物質(zhì)的濃度梯度會(huì)引起擴(kuò)散，電流主要受擴(kuò)散控制。3伊爾科維奇方程電流與被測物質(zhì)的濃度、擴(kuò)散系數(shù)和電極面積等因素有關(guān)。極譜分析法的特點(diǎn)靈敏度高極譜分析法可以檢測濃度低至10-6mol/L的物質(zhì)，適用于痕量分析。選擇性好不同物質(zhì)在不同電位下發(fā)生還原或氧化，可以利用電位選擇性進(jìn)行定量分析。操作簡便儀器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，操作方便，無需復(fù)雜的樣品前處理。極譜分析法的儀器組成滴汞電極參比電極輔助電極極譜儀工作電極的選擇滴汞電極滴汞電極是一種常用的工作電極，具有表面可再生、氫過電位高、電極反應(yīng)可逆等優(yōu)點(diǎn)。鉑電極鉑電極是一種惰性電極，具有良好的導(dǎo)電性，在酸性溶液中穩(wěn)定，適合測量氧化還原反應(yīng)。金電極金電極是一種惰性電極，具有良好的導(dǎo)電性，在堿性溶液中穩(wěn)定，適合測量氧化還原反應(yīng)。參比電極的選擇1穩(wěn)定電位參比電極的電位應(yīng)穩(wěn)定，不受溶液組成和電流影響。2可重復(fù)性多次測量時(shí)，參比電極的電位應(yīng)具有良好的可重復(fù)性。3低電阻參比電極的內(nèi)部電阻應(yīng)盡可能低，以減少測量誤差。輔助電極的選擇輔助電極輔助電極通常采用鉑電極或石墨電極。它們的作用是提供一個(gè)低電阻路徑，以確保電解電流能夠順利流動(dòng)。輔助電極的表面積一般較大，以減少電解過程中電極的極化現(xiàn)象。電極材料輔助電極的材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性，且在電解過程中不會(huì)發(fā)生明顯的氧化還原反應(yīng)，以避免干擾待測物的分析。電極形狀輔助電極的形狀應(yīng)便于與電解池連接，并確保與工作電極和參比電極之間有足夠的距離，以避免相互干擾。電位掃描1線性掃描恒速掃描2脈沖掃描階躍掃描3微分脈沖掃描快速變化電流-電位曲線極譜分析法中，當(dāng)電解電壓逐漸改變時(shí)，電解電流隨之發(fā)生變化，將電流強(qiáng)度作為縱坐標(biāo)，電解電壓作為橫坐標(biāo)，繪制出的曲線稱為極譜曲線。極譜曲線一般呈S形，代表著電解過程中電流隨電位變化的規(guī)律。電位階躍快速改變?cè)跇O譜分析法中，工作電極電位被快速改變到一個(gè)新的值。電流響應(yīng)系統(tǒng)需要時(shí)間來響應(yīng)新的電位，導(dǎo)致電流發(fā)生變化。電位階躍這個(gè)電位變化被稱為電位階躍，它是一個(gè)關(guān)鍵步驟。循環(huán)伏安法電位掃描循環(huán)伏安法采用線性掃描電位，在工作電極上進(jìn)行循環(huán)掃描，并在整個(gè)過程中測量電流。電流-電位曲線得到的電流-電位曲線被稱為循環(huán)伏安圖，可以提供有關(guān)電化學(xué)反應(yīng)的信息，包括電極反應(yīng)的可逆性和速率常數(shù)。差分脈沖極譜法脈沖施加在每個(gè)電位滴定步長結(jié)束時(shí)施加一個(gè)短時(shí)間脈沖。電流差測量脈沖施加前后電流的差異，提高靈敏度。波形形成的極譜波形為差分脈沖極譜圖，峰形尖銳。微分脈沖極譜法原理在每個(gè)脈沖結(jié)束時(shí)測量電流。脈沖大小隨著電位掃描而增加。特點(diǎn)比普通極譜法靈敏度高?？梢杂脕頊y定濃度較低的物質(zhì)。逆向極譜法原理在一定的電位下，將試液電解，使被測物質(zhì)在工作電極上還原或氧化，并積累在電極表面。然后改變電位，使積累的物質(zhì)發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)電流峰，峰高與試液中被測物質(zhì)的濃度成正比。優(yōu)點(diǎn)逆向極譜法具有更高的靈敏度，可以測定低濃度的物質(zhì)，并且不受溶液中其他組分的干擾。矩形波極譜法利用矩形波電壓進(jìn)行掃描。在每個(gè)波的峰值處測量電流。提高信噪比，靈敏度高。交流極譜法原理交流極譜法是利用交流電進(jìn)行電解，通過測量交流電流的變化來測定物質(zhì)濃度的方法。優(yōu)勢(shì)該方法靈敏度高，能夠檢測濃度較低的物質(zhì)，而且不受電解產(chǎn)物的影響。應(yīng)用交流極譜法廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全、醫(yī)藥分析等領(lǐng)域。檢測限概念指在給定置信度下，能被儀器檢測到的最小濃度或質(zhì)量。影響因素儀器噪聲、空白值、樣品基質(zhì)等。表達(dá)式一般用信噪比為3或10時(shí)的濃度或質(zhì)量表示。靈敏度1低濃度極譜法可以檢測低濃度的物質(zhì)，靈敏度高。100微量可用于分析微量物質(zhì)，如重金屬、維生素、藥物等。10ppb靈敏度可達(dá)ppb級(jí)，適用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域。定量分析標(biāo)準(zhǔn)曲線法通過繪制已知濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的極譜波峰電流與濃度的關(guān)系曲線，確定待測樣品的濃度。內(nèi)標(biāo)法在待測樣品中加入已知濃度的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，通過比較內(nèi)標(biāo)物質(zhì)與待測物質(zhì)的極譜波峰電流，計(jì)算待測樣品的濃度。標(biāo)準(zhǔn)加入法將已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液逐次加入待測樣品中，測量每個(gè)加入量對(duì)應(yīng)的極譜波峰電流，通過外推法確定待測樣品的濃度。定性分析物質(zhì)鑒定極譜分析法可用于識(shí)別未知物質(zhì)，通過分析其極譜圖上的特征波峰，可以確定物質(zhì)的化學(xué)組成。反應(yīng)機(jī)理研究通過觀察不同條件下極譜圖的變化，可以研究電化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，例如電子轉(zhuǎn)移過程、反應(yīng)中間體等。實(shí)際樣品分析樣品預(yù)處理樣品預(yù)處理包括溶解、過濾、萃取等步驟，以去除干擾物質(zhì)，確保樣品符合極譜分析的要求。標(biāo)準(zhǔn)曲線法使用已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液制備標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過測量未知樣品的極譜信號(hào)，從標(biāo)準(zhǔn)曲線中讀取相應(yīng)濃度。內(nèi)標(biāo)法在樣品中加入一定量的已知濃度的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，通過比較樣品和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的極譜信號(hào)，計(jì)算出未知樣品的濃度。數(shù)據(jù)處理1數(shù)據(jù)采集從極譜儀獲取原始數(shù)據(jù)，包括電位和電流值。2數(shù)據(jù)預(yù)處理去除噪聲和干擾信號(hào)，并進(jìn)行校正和平滑處理。3數(shù)據(jù)分析利用極譜圖，確定峰值位置和高度，并進(jìn)行定性和定量分析。4數(shù)據(jù)報(bào)告將分析結(jié)果整理成報(bào)告，包含圖表和文字說明。實(shí)驗(yàn)步驟1樣品預(yù)處理根據(jù)樣品性質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理，如溶解、過濾、萃取等。2電解液配制根據(jù)被測物質(zhì)性質(zhì)選擇合適的電解液，并進(jìn)行配制。3儀器調(diào)試接通儀器電源，進(jìn)行儀器調(diào)試，確保儀器工作正常。4極譜曲線測量將樣品溶液注入極譜儀，進(jìn)行極譜曲線測量，獲得極譜圖。5數(shù)據(jù)分析根據(jù)極譜圖分析數(shù)據(jù)，確定待測物質(zhì)的濃度或含量。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)儀器維護(hù)定期清潔和校準(zhǔn)儀器，確保其正常運(yùn)行。電解液使用新鮮配制的電解液，并避免污染。樣品處理對(duì)樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚?，以消除干擾物質(zhì)。安全操作注意電氣安全，避免觸電。典型應(yīng)用案例金屬離子分析重金屬污染、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域藥物分析藥物成分分析、藥效評(píng)價(jià)、質(zhì)量控制等領(lǐng)域農(nóng)藥殘留分析食品安全、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)1微型化極譜儀器不斷向著小型化、便攜式方向發(fā)展，使現(xiàn)場分析更加便捷。2自動(dòng)化自動(dòng)化程度不斷提高，操作更加簡便，并可以與其他儀器聯(lián)用。3智能化智能算法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用于極譜分析，提高分析效率和準(zhǔn)確性。儀器維護(hù)定期清潔定期清潔工作電極、參比電極和輔助電極，以確保其表面清潔，并防止污染。校準(zhǔn)定期校準(zhǔn)儀器，以確保其準(zhǔn)確性和精度。妥善保管將儀器存放在干燥、通風(fēng)的環(huán)境中，避免陽光直射和灰塵污染。實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)過程中要仔細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),包括原始數(shù)據(jù)和處理后的數(shù)據(jù),并附上相關(guān)圖像或圖表。結(jié)果分析對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,闡述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并結(jié)合理論知識(shí)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,說明實(shí)驗(yàn)的誤差來源和改進(jìn)措施?？?/p>