铋膜与锡膜电极的研制及其在环境分析中的应用

摘要

电位溶出法在环境无机痕量分析尤其金属元素测定方面得到了广泛的应用。通常电位溶出分析中所使用的电极主要是汞膜电极，汞(包括金属汞和汞离子)是有毒的重金属元素，因此，许多人正在研究新电极来代替汞膜电极，但这些电极都无法达到汞膜电极的良好性能。最近，Wang 等研究了铋膜电极及其应用。铋膜电极不仅灵敏度高，电极表面易更新，重现性好，而且铋对环境友好。因此，铋膜电极可代替汞膜电极。此外，在元素周期表中，锡和铋处在对角线上，二者化学性质有相似之处，能否制得锡膜电极呢?实验结果证实表明我们的推测，锡膜电极也能对一些金属具有明显的电催化作用。本文基于铋膜电极的优势设计了几种新的电极，并研究了锡膜电极及其应用。 主要研究内容如下： 1．聚苯胺/铋膜电极的研究及应用实验通过同位电沉积法将铋离子、铅离子和镉离子还原在聚苯胺膜修饰的玻碳电极上，形成金属微粒修饰电极，之后利用阳极溶出伏安技术进行测定。实验讨论了聚苯胺的聚合条件以及铋膜的催化机理和电极再生。研究表明：同传统的铋膜电极相比，铅离子和镉离子在此新电极上有更灵敏的电化学响应，这一优势来源于聚苯胺的多孔结构，成功实现了金属微粒的均匀分布，从而提高了催化活性。将该电极用于实际样品中铅离子和镉离子的检测，获得满意结果。 2．铋膜电极用于锡离子的电化学测定采用同步电沉积的方法将铋离子和锡离子共沉积在玻碳电极表面，然后通过差分脉冲阳极溶出伏安技术对锡离子进行测定。对实验条件进行了优化，其中包括铋离子浓度、沉积时间、沉积电位和缓冲溶液pH值。在优化的实验条件下，锡离子的氧化峰电流与锡离子的浓度在0.4-5.0 mg l<'-1>的范围内成线性关系，检测限为0.15 mg l<'-1>。实验表明：铋膜电极能和锡离子形成“铋齐”合金，从而进一步扩大了铋膜电极的应用领域。 3．锡膜电极的电化学行为及应用实验中通过同位电沉积的方法将锡膜微粒与其他待测金属微粒修饰在裸玻碳电极表面，再利用差分脉冲阳极溶出伏安技术测定。电极的再生同样是利用正电位溶出法实现，操作简单。实验表明锡膜电极类似于铋膜电极，能对一些金属具有明显的电催化作用，并且锡材料比铋材料更便宜广泛。锌离子、铬离子和镉离子在锡膜电极上均有很好的电化学相应，并且铬离子和镉离子的氧化峰电位不同，彼此对测定没有干扰，因此建立了同时测定铬离子和镉离子的电化学新方法。在pH 5.3的醋酸缓冲溶液中，铬离子的氧化峰电流与铬离子的浓度在10.0-110.0μgl<'->的范围内成线性关系，检测限为2.0μgl<'-1>，镉离子的氧化峰电流与镉离子的浓度在10.0-110.0μgl<'-1>的范围内成线性关系，检测限为1.1μgl<'-1>。用于实际样品中镉的测定取得满意结果。此外，建立了单独测定锌的电化学新方法。在pH 5.3的醋酸缓冲溶液中，锌离子的氧化峰电流与锌离子的浓度在10.0-90.0μgl<'-1>的范围内成正比关系，检测限为3.5μgl<'-1>。 4．锡膜/铋膜电极的电化学行为及应用采用电沉积技术将铋离子、锡离子及待测金属离子共沉积在玻碳电极表面，再利用差分脉冲阳极溶出伏安技术实现对锌离子和镉离子的同时测定。实验考察了铋离子和锡离子的用量比对金属膜形成及形貌的影响。结果表明：该电极同铋膜电极相比能更灵敏地检测待测金属。在pH 4.7的醋酸缓冲溶液中，锌离子的氧化峰电流与锌离子的浓度在2.0-80.0μgl<'-1>的浓度范围内成线性关系，检测限为0.81μgl<'-1>，镉离子的氧化峰电流与镉离子的浓度在2.0-80.0μgl<'-1>的范围内成线性关系，检测限为1.16μgl<'-1>。将该电极应用于实际样品分析，结果令人满意。

目录

文摘

英文文摘

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Chapter 1 Study actuality of bismuth film electrodes

1 Design of bismuth film electrodes

1.1 Substrates of bismuth film electrodes

1.2 Preparation and cleaning of BFEs

1.3 Morphology of BFEs

2 Stripping performance of bismuth film electrodes

3 Application of bismuth film electrodes

References

Chapter 2 Anodic stripping voltammetry determination of pb(II) and cd(II) on a bismuth/poly(aniline) film electrode

1 Introduction

2 Experimental

2.1 Apparatus

2.2 Reagents

2.3 Procedure

3 Results and discussion

3.1 Stripping voltammetric response at the bismuth/poly(aniline) film electrode

3.2 Scan rate of poly(aniline)

3.3 Effect of concentration of aniline

3.4 Effect of the bismuth concentration

3.5 Effect of pH

3.6 Effect of the deposition potential and deposition time

3.7 Calibration curves

3.8 Interference study

3.9 Analytical application

References

Chapter 3 Study on the bismuth film electrode used for differential pulse anodic stripping voltammetric determination of Tin

1 Introduction

2 Experimental

2.1 Apparatus

2.2 Reagents

2.3 Procedure for DPASV analysis

3 Results and discussion

3.1 Differential pulse voltammetric response of Sn(Ⅱ) at the bismuth film electrode.

3.2 Optimum conditions for the electrochemical deposition of bismuth film on the glassy carbon electrode

3.3 Calibration curves

3.4 Interference study

References

Chapter 4 Simultaneous determination of chromium(Ⅲ) and cadmium(Ⅱ) by differential pulse anodic stripping voltammetry on a stannum film electrode

1 Introduction

2 Experimental

2.1 Apparatus

2.2 Reagents

2.3 Procedure for DPASV analysis

3 Results and discussion

3.1 Differential pulse voltammetric response of Cr ( Ⅲ) and Cd(Ⅱ) at the stannum film electrode

3.2 Composition of the supporting electrolyte

3.3 Effect of pH

3.4 Effect of the stannum concentration

3.5 Effects of the deposition potential and deposition time

3.6 Calibration curves

3.7 Interference study

3.8 Application to tap water

References

Chapter 5 Stannum film electrode for differential pulse anodic stripping voltammetric determination of zinc

1 Introduction

2 Experimental

2.1 Apparatus

2.2 Reagents

2.3 Procedure for DPASV analysis

3 Results and discussion

3.1 Electrochemical responses of Zn(Ⅱ) at the bismuth film electrode and stannum film electrode

3.2 Effect of pH and volume of buffer

3.3 Effect of the stannum concentration

3.4 Effect of the deposition potential and deposition time

3.5 Calibration curves

4 Mechanism discussion

References

Chapter 6 A stannum/bismuth film electrode for simultaneous determination of zinc and cadmium using differential pulse anodic stripping voltammetry

1. Introduction

2. Experimental

2.1 Apparatus

2.2 Reagents

2.3 Procedure for DPASV analysis

3 Results and discussion

3.1 Differential pulse voltammetric response of Zn(Ⅱ) and Cd(Ⅱ) at the stannum/bismuth film electrode

3.2 Effect of pH

3.3 Proper proportion between Sn(Ⅱ) and Bi(Ⅲ)

3.4 Effect of the stannum concentration

3.5 Effects of the deposition potential and deposition time

3.6 Calibration curves

3.7 Interference study

3.8 Application to tap water

References

Conclusions

致 谢

Appendix