第4章--线性扫描伏安法模板.ppt
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1、第四章第四章 线性扫描伏安法线性扫描伏安法v1 概概 述述v 将一快速线性变化电压施加于电解池上,并根据所得的电流一电压曲将一快速线性变化电压施加于电解池上,并根据所得的电流一电压曲线进行分析的方法,称为线性扫描伏安法。这种方法的主要特点是加电线进行分析的方法,称为线性扫描伏安法。这种方法的主要特点是加电压的速度很快,可用图压的速度很快,可用图1和式和式1表示。表示。v式中:式中:vEi为起始电位,为起始电位,vv为电压扫描速度,为电压扫描速度,vt为时间,为时间,vE为扫描开始后任一时间的电位。为扫描开始后任一时间的电位。线性扫描伏安法电压一时间曲线线性扫描伏安法电压一时间曲线v由于加电压由
2、于加电压(扫描扫描)的速度很快,记录的的速度很快,记录的i-E曲线如图曲线如图2所示,呈峰形。欲记录这种快速扫描的所示,呈峰形。欲记录这种快速扫描的i-E曲线,曲线,需响应快速的示波器或数字显示仪等。如以滴汞电需响应快速的示波器或数字显示仪等。如以滴汞电极作为极化电极,示波器记录电流一电压曲线的线极作为极化电极,示波器记录电流一电压曲线的线性扫描伏安法,称为线性扫描示波极谱法或单扫示性扫描伏安法,称为线性扫描示波极谱法或单扫示波极谱法。国产波极谱法。国产JP一一1A型和型和JP一一2型示波极谱仪属型示波极谱仪属于这种类型的仪器。于这种类型的仪器。v图图2线性扫描线性扫描iE曲线曲线v11线性扫
3、描示波极谱与经典极谱的比较线性扫描示波极谱与经典极谱的比较v 线性扫描示波极谱的基本原理与经典极谱相似。其主要区线性扫描示波极谱的基本原理与经典极谱相似。其主要区别在于经典极谱加入电压的速度很慢,一般为别在于经典极谱加入电压的速度很慢,一般为2V10 min(约约3mVs),记录的电流一电压曲线呈,记录的电流一电压曲线呈S线,是许多滴汞上线,是许多滴汞上的平均结果;而线性扫描示波极谱,则扫描速度很快,一般的平均结果;而线性扫描示波极谱,则扫描速度很快,一般为为250mVs,例如,国产,例如,国产JP一一1A型和型和JP一一2型示波极谱仪。型示波极谱仪。其电流一电压曲线呈峰形,是在一滴汞上得到的
4、其电流一电压曲线呈峰形,是在一滴汞上得到的(见表见表1)。v表表1 线性扫描示波极谱与经典极谱的比较线性扫描示波极谱与经典极谱的比较v12 线性扫描示波极谱法的分类线性扫描示波极谱法的分类v线性扫描示波极谱法可分为:线性扫描示波极谱法可分为:单扫描单扫描(single-Sweep):加一次电压。叫扫描:加一次电压。叫扫描一次。单扫描法是指在同一汞滴上只加一次扫描一次。单扫描法是指在同一汞滴上只加一次扫描电压,记录电压,记录i-E曲线一次,待汞滴落下后,再在第曲线一次,待汞滴落下后,再在第二滴汞滴上同样加一次电压。二滴汞滴上同样加一次电压。多扫描多扫描(multi-sweep):多扫描法则指在同
5、一汞:多扫描法则指在同一汞滴上连续多次地施加扫描电压。滴上连续多次地施加扫描电压。v13线性扫描示波极谱法的特点线性扫描示波极谱法的特点v 1灵敏度较高,可达灵敏度较高,可达10-610-7molL。这主要与扫描速度快有关。这主要与扫描速度快有关。等浓度的去极化剂的线性扫描示波极谱峰电流等浓度的去极化剂的线性扫描示波极谱峰电流ip比经典极谱极限扩散电比经典极谱极限扩散电流流id要大得多。其次,由于线性扫描示波极谱记录要大得多。其次,由于线性扫描示波极谱记录i-E曲线时汞滴电极面曲线时汞滴电极面积基本固定,残余电流较小,因而信噪比较高。积基本固定,残余电流较小,因而信噪比较高。v 2分辨率较高。
6、在经典极谱中,相邻的两个极谱波的半波电位如小分辨率较高。在经典极谱中,相邻的两个极谱波的半波电位如小于于200mV,则发生干扰。对于线性扫描极谱,由于极谱波呈峰形,两波,则发生干扰。对于线性扫描极谱,由于极谱波呈峰形,两波相差相差50mV也可分开。也可分开。v 3抗先还原的能力强。可利用电极反应可逆性的差异将两波分开;抗先还原的能力强。可利用电极反应可逆性的差异将两波分开;或利用峰电流比相应的扩散电流大得多,消除前波对后波的影响。或利用峰电流比相应的扩散电流大得多,消除前波对后波的影响。v例如,在经典极谱中,例如,在经典极谱中,U()波在波在Pb()波之前,大量波之前,大量U()所产生的扩所产
7、生的扩散电流干扰后面的少量散电流干扰后面的少量Pb()的测定。但在示波极谱中,由于扫描速度的测定。但在示波极谱中,由于扫描速度很快,很快,U()的可逆性比的可逆性比Pb(I)差,因此,差,因此,U()的含量即使比的含量即使比Pb(I)大大200倍,倍,U()的的ip比少量比少量Pb(I)的的ip也大不了多少,因而在大量也大不了多少,因而在大量U()存在下,存在下,可以测定少量的可以测定少量的Pb()。v又例如,又例如,Cd()和和Zn(I)的半波电位分别为的半波电位分别为-0.6V和和-1.2V左右,在示波极左右,在示波极谱中,只要将起始电位放在谱中,只要将起始电位放在-1.0V,就能在大量,
8、就能在大量Cd()存在下,测定少量存在下,测定少量的的Zn()。这是因为在。这是因为在-1.0V后,后,Cd()只能产生扩散电流只能产生扩散电流id,而不是,而不是ip,而,而Zn()能产生能产生ip,Zn()量虽少,但它的量虽少,但它的ip可能比大量可能比大量Cd()的的id还还要大。要大。2仪器的装置及分析的依据仪器的装置及分析的依据v21仪器的基本线路仪器的基本线路v 线性扫描示波极谱由于施加电压的速度很快,在示波极谱线性扫描示波极谱由于施加电压的速度很快,在示波极谱仪上。必须用锯齿波发生器产生快速扫描电压以代替经典极仪上。必须用锯齿波发生器产生快速扫描电压以代替经典极谱中的电位器线路。
9、电流的测量或电流一电压曲线的记录也谱中的电位器线路。电流的测量或电流一电压曲线的记录也需要用阴极射线示波器来代替检流计。仪器的基本线路图,需要用阴极射线示波器来代替检流计。仪器的基本线路图,如图如图3所示。所示。图图3 示波极谱仪基本线路图示波极谱仪基本线路图 1锯齿波发生器锯齿波发生器 2.电解池电解池 3.垂直放大器垂直放大器 4水平放大器水平放大器 5示波器示波器v锯齿波发生器锯齿波发生器1产生快速线性变化电压通过电阻产生快速线性变化电压通过电阻R加在电解池加在电解池2的两极上,的两极上,产生的电流在电阻产生的电流在电阻R上引起电位降,将此电位降经垂直放大器上引起电位降,将此电位降经垂直
10、放大器3放大后,放大后,输入至示波器输入至示波器5的垂直偏向板上,代表电流坐标;而将电解池两极的电压的垂直偏向板上,代表电流坐标;而将电解池两极的电压经水平放大器经水平放大器4放大后,输入示波器的水平偏向板上,代表电位坐标,因放大后,输入示波器的水平偏向板上,代表电位坐标,因此,从示波器的萤光屏上就能直接观察电流一电压曲线。此,从示波器的萤光屏上就能直接观察电流一电压曲线。v 为使图形稳定、重现,在每滴汞成长至一定面积时才加一次电压,记为使图形稳定、重现,在每滴汞成长至一定面积时才加一次电压,记录一次电流一电压曲线。例如,国产录一次电流一电压曲线。例如,国产JP一一1A型示波极谱仪,在滴汞成长
11、型示波极谱仪,在滴汞成长的前的前5秒保持电压为起始电压秒保持电压为起始电压(即停止扫描即停止扫描),在后,在后2秒内加入扫描电压,秒内加入扫描电压,这样在汞滴后这样在汞滴后v期完成一次极谱图。由于汞滴期完成一次极谱图。由于汞滴v后期面积变化率最小,可消除后期面积变化率最小,可消除v因面积变化带来的影响。汞滴因面积变化带来的影响。汞滴v成长至第成长至第7秒时,通过定时线路秒时,通过定时线路v的继电器敲击电极强制滴落,的继电器敲击电极强制滴落,v然后又开始新的汞滴,重复前然后又开始新的汞滴,重复前5v秒停扫,后秒停扫,后2秒记录极谱图。这秒记录极谱图。这v样每滴汞上的图形是稳定的,样每滴汞上的图形
12、是稳定的,v重现的,如图重现的,如图4所示。所示。图图4 滴汞周期与扫描周期滴汞周期与扫描周期 和静止周期的关系和静止周期的关系v922定性和定量分析的依据定性和定量分析的依据 v 极化电极可用滴汞电极,也可用固定面积的电极。对于电极反应可逆的物质,极化电极可用滴汞电极,也可用固定面积的电极。对于电极反应可逆的物质,得到的电流电压曲线呈明显的尖峰形;对于不可逆的物质,则没有尖峰,波高很得到的电流电压曲线呈明显的尖峰形;对于不可逆的物质,则没有尖峰,波高很低,有时甚至不起波,如图低,有时甚至不起波,如图5所示。所示。v 电极反应可逆的示波极谱图电极反应可逆的示波极谱图v上呈峰形的原因,是由于加入
13、的上呈峰形的原因,是由于加入的v电压变化速度很快,当达到去极电压变化速度很快,当达到去极v化剂的分解电压时,该物质在电化剂的分解电压时,该物质在电v极上迅速地还原,产生很大的电极上迅速地还原,产生很大的电v流。由于去极化剂迅速地在电极流。由于去极化剂迅速地在电极v上还原,使其在电极附近的浓度上还原,使其在电极附近的浓度v急剧地降低,扩散层厚度增加而急剧地降低,扩散层厚度增加而v溶液主体中的去极化剂又来不及溶液主体中的去极化剂又来不及v扩散到电极,因而电流迅速下降,扩散到电极,因而电流迅速下降,v当电极反应速度与扩散速度达到当电极反应速度与扩散速度达到v平衡时,电流不再变化,而形成峰平衡时,电流
14、不再变化,而形成峰v状电流。状电流。图图5 示波极谱图示波极谱图a可逆可逆 b不可逆不可逆v图中尖峰所对应的电位,称为峰电位,以图中尖峰所对应的电位,称为峰电位,以Ep,表示。,表示。它在一定的实验条件它在一定的实验条件(温度、底液组成等温度、底液组成等)下,仅决下,仅决定于去极化剂的性质因而可作为定性分析的依据。定于去极化剂的性质因而可作为定性分析的依据。v图中峰电流以图中峰电流以ip表示。在一定的实验条件下,峰电表示。在一定的实验条件下,峰电流与去极化剂的浓度成正比可作为定量分析的依流与去极化剂的浓度成正比可作为定量分析的依据。据。v峰电流也与扫描速度有关,扫速越快峰电流也越峰电流也与扫描
15、速度有关,扫速越快峰电流也越大。如扩散层厚度增大,则扩散电流减小。因此扫大。如扩散层厚度增大,则扩散电流减小。因此扫描速度越快,施加一定电压值所需的时间越短,扩描速度越快,施加一定电压值所需的时间越短,扩散层厚度越小。扩散电流越大。散层厚度越小。扩散电流越大。v实验结果表明,峰电流实验结果表明,峰电流ip与扫描速度与扫描速度v的平方根成正的平方根成正比这与扩散层厚度与时间的平方根成正比一致。比这与扩散层厚度与时间的平方根成正比一致。v3线性扫描极谱理论线性扫描极谱理论v31可逆极谱波。可逆极谱波。v 1受扩散控制的极谱电流受扩散控制的极谱电流 RandlesSevcik方程式方程式v Sevc
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