磁伏安法及铋膜电极在溶出伏安分析中的应用研究

摘要

化学传感器的研制目前已经成为分析化学中一个重要研究领域。电化学中的磁流体动力学一直是人们所关注的焦点。另外，铋膜电极已逐步受到人们的关注。本文将磁流体动力学应用到复杂体系中重金属离子的溶出伏安分析。采用绿色电极铋膜电极测定了传统中药中的锌离子。将磁流体动力学和铋膜电极结合，不仅提供了一种绿色方法测定金属离子，而且还大大地提高了检测的灵敏度和重现性。具体来说，本文主要开展了以下几方面的研究工作： 1. 本文提出了一种新颖的磁伏安法用于测定超痕量Cd2+和Pb2+。在0.6T的低强度磁场下，采用方波伏安法对Cd2+与Pb2+进行了测定。在预富集阶段，当高浓度的Fe3+加入被分析物溶液中发生还原反应时，会产生强大的负电流。在磁场的作用下还会产生一个大的洛伦兹力，从而导致在溶液中产生对流。这时候在MHD对流的影响下，更多的金属离子以更快的速度沉积在电极表面，可以观察到阳极溶出电流增加了160％。与此同时，采用方波伏安法可以实现更高灵敏度的分析测定。在最佳的条件下，这种方法在1×10-8－1×10-6 M范围内分别展示了对Cd2+（5.67 μA·μM-1）和Pb2+（6.98 μA·μM-1）的高灵敏测定。在2分钟的预富集时间里，Cd2+和Pb2+的检测限分别为9.0×10-10和8.6×10-10 M。这种方法能成功地用于实际水样中Cd2+与Pb2+的检测，并且结果与用原子吸收光谱法测定一致。此外，这种方法有望用于做小体积ASV分析。 2. 通过在玻碳电极上在位沉积制备一层铋膜，然后用来测量黄芪中锌含量。在最佳的实验条件下，此电极显示了良好的效果，有较宽的线性关系（在5×10-8mol/L和1×10-6mol/L之间）、高的精确性（R.S.D为3.8％）及较低的检测限（在120s的预富集时间里为9.6×10-9mol/L）。结果表明铋膜电极非常适合检测黄芪中营养元素锌，并且可以完全避免在使用汞膜电极时所受到的限制。 3. 提出了一种基于磁伏安法采用铋膜电极测定金属离子的方法。在金属离子的溶出伏安分析测定中，加入高浓度的Fe3+，可以产生大的阴极电流，这个阴极电流在通过磁场时会导致对流，因而，有更多的Pb2+以更快的速度沉积在电极上，因而产生更大的溶出峰电流。同时，铋膜电极为测定提供了一个无汞的环境。这种方法在测定Pb2+时灵敏度为4.61 μA μM-1，线性范围为1×10-8 M到1×10-6 M，检测限为8.5×10-10 M。此种方法被成功地用于实际样品中Pb2+的测定。