重金屬檢測(cè)儀的電化學(xué)分析法類別介紹

重金屬檢測(cè)儀主要是檢測(cè)對(duì)健康和環(huán)境有危害的重金屬，操作簡(jiǎn)單便捷，成本效益高。傳統(tǒng)方法上很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)重金屬的快速檢測(cè)。產(chǎn)品通過認(rèn)可的溶出伏安法結(jié)合先進(jìn)的探頭式設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)單的緩沖液添加終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)良好的重復(fù)性和精確度。

根據(jù)純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)的分類方法，電化學(xué)分析一般可分為三大類。*一類為不涉及雙電層和電極反應(yīng)的方法，如電導(dǎo)分析、高頻滴定分析等；第二類為涉及到雙電層但不涉及電極反應(yīng)的方法，如一些非法拉第測(cè)量方法等；第三類為同時(shí)涉及雙電層和電極反應(yīng)的方法，如極譜法、伏安法、電位分析法、庫倫分析法等大多數(shù)電化學(xué)分析方法。電化學(xué)分析中可用于對(duì)重金屬元素進(jìn)行分析的方法主要有以下幾種。

1.電位分析法:是在保持電極之間不產(chǎn)生電流的情況下，通過測(cè)量電極之間的電位或電動(dòng)勢(shì)變化來對(duì)被測(cè)溶液中的物質(zhì)成分以及含量進(jìn)行測(cè)量的一種電化學(xué)分析方法。在電位分析法中應(yīng)用較為廣泛的是離子選擇性電極。離子選擇性電極(Ion-selectiveElectrode是一類利用膜電勢(shì)測(cè)定溶液中離子的活度或濃度的電化學(xué)傳感器，當(dāng)電極與待測(cè)離子接觸時(shí)，敏感膜與溶液的異相界面上會(huì)產(chǎn)生與被測(cè)離子活度相關(guān)的膜電勢(shì)，而活度又可在一定條件下轉(zhuǎn)換為離子濃度。離子選擇性電極具有使用方便、檢測(cè)速度快、儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。采用離子選擇性電極對(duì)海水中的鉛、鎘、銅進(jìn)行了測(cè)定，實(shí)驗(yàn)表明傳感器檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、性能可靠、成本低廉，適合在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)重金屬進(jìn)行快速監(jiān)測(cè)。采用離子載體摻雜PVC膜制作了一種重金屬鋅離子選擇性電極并將其應(yīng)用于對(duì)工業(yè)廢水以及飼料中鋅的檢測(cè)，結(jié)果表明該電極具有響應(yīng)時(shí)間短、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。目前離子選擇性電極的主要缺點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度相對(duì)較低，實(shí)現(xiàn)痕量分析較為困難，由于其敏感膜易受溶液中其它離子的影響，因此在對(duì)實(shí)際樣本進(jìn)行測(cè)量時(shí)常存在多離子交叉影響問題，另外敏感膜的使用壽命較短也是制約離子選擇性電極應(yīng)用的一個(gè)重要問題。

2.電導(dǎo)分析法:是一種通過測(cè)量溶液的電導(dǎo)率來對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的方法。目前應(yīng)用較多的為直接電導(dǎo)分析和電導(dǎo)滴定分析。電導(dǎo)分析具有檢測(cè)速度快，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但是電導(dǎo)分析一般只能測(cè)量溶液中所有離子的總體電導(dǎo)率，對(duì)于復(fù)雜溶液體系，很難對(duì)其中離子種類進(jìn)行分辨，方法選擇性較差。

3.極譜法:是一種通過檢測(cè)電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的極化電極的電流-電位(或電位-時(shí)間)關(guān)系來對(duì)溶液中被測(cè)物質(zhì)成分和濃度進(jìn)行分析的方法。極譜法一般采用能夠表面更新的液態(tài)滴束電極作為工作電極。按照檢測(cè)原理區(qū)分，極譜法可分為電位控制和電流控制極譜兩大類。而按照工作電極掃描方式區(qū)分，極譜法可分為直流極譜法、交流極譜法、單掃描極譜法、方波極譜法、脈沖極譜法、半微分極譜法等多種。極譜法可用于測(cè)定鉛、鎘、媒、錫、鎘等多種重金屬離子，其靈敏度可達(dá)到1(r9mo1/L），具有檢測(cè)靈敏度高、分辨能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在冶金、食品、環(huán)境分析等多個(gè)領(lǐng)域。

4.溶出伏安法:伴隨著極譜法的廣泛應(yīng)用，滴束電極在上個(gè)世紀(jì)成為電化學(xué)分析中應(yīng)用教為廣泛的工作電極。滴親電極的主要優(yōu)點(diǎn)是電極表面可周期性更新，并且較容易控制其工作表面積。但是未有**且易揮發(fā)，使用后的廢萊處理較為麻煩，另外當(dāng)對(duì)檢測(cè)溶液進(jìn)行攪拌時(shí)，滴親電極容易發(fā)生變形，從而影響其分析準(zhǔn)確性。隨著電分析化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固態(tài)電極的應(yīng)用愈來愈廣泛。首先將極譜法的電流-電位分析技術(shù)應(yīng)用到固態(tài)電極上，從而提出了伏安分析方法。與極譜法相比，伏安法具有更高的檢測(cè)靈敏度和更低的檢測(cè)下限，同時(shí)由于采用固態(tài)電極，伏安法更加適合于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在線分析。與極譜法類似，伏安法根據(jù)電勢(shì)掃描方式不同又可分為線性伏安、階梯波伏安、脈沖波伏安、正弦波伏安等多種。在進(jìn)行重金屬分析時(shí)，經(jīng)常采用電解富集技術(shù)首先將被測(cè)離子從較稀釋的溶液中濃縮富集到工作電極表面，隨后采用伏安分析方法使電極表面富集的金屬在很短的時(shí)間內(nèi)重新溶出，從而獲得比普通伏安法更為強(qiáng)烈的法拉第電流，這種方法稱之為溶出伏安法。溶出伏安法按照電解富集原理的不同可分為陽極溶出伏安法、陰極溶出伏安法以及吸附溶出伏安法等。

(1)陰極溶出伏安法:檢測(cè)時(shí)需要經(jīng)歷電沉積、靜置、溶出三個(gè)過程。溶液中的被測(cè)陰離子首先在正電位下發(fā)生氧化反應(yīng)并與電極材料結(jié)合形成一層難溶膜。隨后溶液經(jīng)過一段靜置時(shí)間后，電勢(shì)掃描從正電勢(shì)掃向負(fù)電勢(shì)，使陰離子再次溶出而產(chǎn)生一個(gè)陰極溶出電流峰。由于難溶鹽均具有各自的還原電勢(shì)，因此通過分析峰電流-電勢(shì)關(guān)系圖即可獲知溶液中陰離子的種類，而通過測(cè)量峰電流強(qiáng)度可獲得陰離子濃度信息。利用方波陰極溶出伏安法結(jié)合鉍膜修飾熱解石墨電極對(duì)水中的痕量進(jìn)行了測(cè)量，檢測(cè)限達(dá)到0.7ng/L。采用方波陰極溶出伏安法，結(jié)合鉍膜修飾銅電極對(duì)工業(yè)廢水、地表水以及自來水中的Ni2+進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明該方法具有較高的檢測(cè)靈敏度和選擇性。

(2)吸附溶出伏安法:不采用電勢(shì)沉積的方法富集被測(cè)物質(zhì)，而是通過在電極表面修飾一些離子絡(luò)合劑或配合劑的方式使得被測(cè)離子與之結(jié)合形成絡(luò)合物，從而吸附富集在電極表面，隨后采用電勢(shì)掃描的方法使被測(cè)離子從電極表面溶出，分析獲得的伏安曲線即可獲知被測(cè)物質(zhì)種類和濃度信息。吸附溶出伏安法是伴隨著化學(xué)修飾電極的發(fā)展而逐漸產(chǎn)生的，其主要優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高、準(zhǔn)確性好、儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等。采用杯芳經(jīng)衍生物對(duì)玻碳電極進(jìn)行修飾，然后采用吸附溶出伏安法對(duì)混合水樣中的微量鉛進(jìn)行了測(cè)定，其方法檢出限達(dá)到利用槲皮素修飾碳糊電極結(jié)合吸附溶出伏安法對(duì)人血清中的鉛進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，該方法檢測(cè)靈敏度高、準(zhǔn)確性好，傳感器檢出限為8.0moI/L吸附溶出伏安法主要缺點(diǎn)是受共存吸附物質(zhì)干擾較大，在電極上容易發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附作用，從而影響其檢測(cè)靈敏性。另外由于吸附富集過程相比于電沉積過程速度較慢，因此吸附伏安法檢測(cè)時(shí)間一般較長(zhǎng)。

(3)陽極溶出伏安法:是電化學(xué)重金屬檢測(cè)常用的一種手段。與陰極溶出伏安法類似，陽極溶出伏安法也包括電沉積、靜置、溶出三個(gè)階段。分析時(shí)首先在工作電極上施加一個(gè)恒定負(fù)電勢(shì)，使得溶液中的多種金屬陽離子在電極表面發(fā)生還原反應(yīng)從而沉積在工作電極表面。經(jīng)過一段時(shí)間的富集后，電極表面被測(cè)物質(zhì)濃度明顯提高。經(jīng)過一段溶液靜置期后，儀器控制工作電極上的電勢(shì)從負(fù)電位向正電位進(jìn)行掃描，當(dāng)電勢(shì)到達(dá)某種金屬的氧化電勢(shì)時(shí)，該金屬迅速氧化溶出形成一強(qiáng)烈的溶出電流峰，記錄電流-電勢(shì)曲線即可獲得陽極溶出伏安圖。由于不同的重金屬有不同溶出電勢(shì)，對(duì)伏安圖中溶出電流峰位置進(jìn)行分析即可獲知溶液中所含重金屬離子的種類，而溶出電流峰的大小與該金屬離子的濃度成正比，據(jù)此可獲得重金屬離子濃度信息。