重金屬檢測的電化學(xué)分析分類(lèi)介紹

　　重金屬檢測儀主要是檢測對健康和環(huán)境有危害的重金屬，操作簡(jiǎn)單便捷，成本效益高。傳統方法上很難實(shí)現現場(chǎng)重金屬的快速檢測。產(chǎn)品通過(guò)國際認可的溶出伏安法結合先進(jìn)的探頭式設計和簡(jiǎn)單的緩沖液添加最終實(shí)現現場(chǎng)測試數據良好的重復性和精確度。
　　根據國際純粹與應用化學(xué)聯(lián)合會(huì )的分類(lèi)方法，電化學(xué)分析一般可分為三大類(lèi)。第一類(lèi)為不涉及雙電層和電極反應的方法，如電導分析、高頻滴定分析等；第二類(lèi)為涉及到雙電層但不涉及電極反應的方法，如一些非法拉第測量方法等；第三類(lèi)為同時(shí)涉及雙電層和電極反應的方法，如極譜法、伏安法、電位分析法、庫倫分析法等大多數電化學(xué)分析方法。電化學(xué)分析中可用于對重金屬元素進(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(guò)測量電極之間的電位或電動(dòng)勢變化來(lái)對被測溶液中的物質(zhì)成分以及含量進(jìn)行測量的一種電化學(xué)分析方法。在電位分析法中應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(lèi)利用膜電勢測定溶液中離子的活度或濃度的電化學(xué)傳感器，當電極與待測離子接觸時(shí)，敏感膜與溶液的異相界面上會(huì )產(chǎn)生與被測離子活度相關(guān)的膜電勢，而活度又可在一定條件下轉換為離子濃度。離子選擇性電極具有使用方便、檢測速度快、儀器結構簡(jiǎn)單、功耗低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。采用離子選擇性電極對海水中的鉛、鎘、銅進(jìn)行了測定，實(shí)驗表明傳感器檢測結果準確、性能可靠、成本低廉，適合在現場(chǎng)對重金屬進(jìn)行快速監測。釆用離子載體摻雜PVC膜制作了一種重金屬鋅離子選擇性電極并將其應用于對工業(yè)廢水以及飼料中鋅的檢測，結果表明該電極具有響應時(shí)間短、穩定性好等優(yōu)點(diǎn)。目前離子選擇性電極的主要缺點(diǎn)是檢測靈敏度和準確度相對較低，實(shí)現痕量分析較為困難，由于其敏感膜易受溶液中其它離子的影響，因此在對實(shí)際樣本進(jìn)行測量時(shí)常存在多離子交叉影響問(wèn)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用的一個(gè)重要問(wèn)題。

　　2.電導分析法：是一種通過(guò)測量溶液的電導率來(lái)對被測物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的方法。目前應用較多的為直接電導分析和電導滴定分析。電導分析具有檢測速度快，儀器結構簡(jiǎn)單，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但是電導分析一般只能測量溶液中所有離子的總體電導率，對于復雜溶液體系，很難對其中離子種類(lèi)進(jìn)行分辨，方法選擇性較差。

　　3.極譜法：是一種通過(guò)檢測電化學(xué)反應過(guò)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(lái)對溶液中被測物質(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。按照檢測原理區分，極譜法可分為電位控制和電流控制極譜兩大類(lèi)。而按照工作電極掃描方式區分，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。極譜法可用于測定鉛、鎘、媒、錫、鎘等多種重金屬離子，其靈敏度可達到l(r9mol/L，具有檢測靈敏度高、分辨能力強等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應用在冶金、食品、環(huán)境分析等多個(gè)領(lǐng)域。

　　4.溶出伏安法：伴隨著(zhù)極譜法的廣泛應用，滴束電極在上個(gè)世紀成為電化學(xué)分析中應用最為廣泛的工作電極。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。但是未有劇毒且易揮發(fā)，使用后的廢萊處理較為麻煩，另外當對檢測溶液進(jìn)行攪拌時(shí)，滴親電極容易發(fā)生變形，從而影響其分析準確性。隨著(zhù)電分析化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固態(tài)電極的應用愈來(lái)愈廣泛。首先將極譜法的電流-電位分析技術(shù)應用到固態(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靈敏度和更低的檢測下限，同時(shí)由于采用固態(tài)電極，伏安法更加適合于進(jìn)行現場(chǎng)在線(xiàn)分析。與極譜法類(lèi)似，伏安法根據電勢掃描方式不同又可分為線(xiàn)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)間內重新溶出，從而獲得比普通伏安法更為強烈的法拉第電流，這種方法稱(chēng)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(yáng)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：檢測時(shí)需要經(jīng)歷電沉積、靜置、溶出三個(gè)過(guò)程。溶液中的被測陰離子首先在正電位下發(fā)生氧化反應并與電極材料結合形成一層難溶膜。隨后溶液經(jīng)過(guò)一段靜置時(shí)間后，電勢掃描從正電勢掃向負電勢，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，因此通過(guò)分析峰電流-電勢關(guān)系圖即可獲知溶液中陰離子的種類(lèi)，而通過(guò)測量峰電流強度可獲得陰離子濃度信息。利用方波陰極溶出伏安法結合鉍膜修飾熱解石墨電極對水中的痕量進(jìn)行了測量，檢測限達到0.7ng/L。采用方波陰極溶出伏安法，結合鉍膜修飾銅電極對工業(yè)廢水、地表水以及自來(lái)水中的Ni2+進(jìn)行了檢測，結果表明該方法具有較高的檢測靈敏度和選擇性。
　　(2)吸附溶出伏安法：不采用電勢沉積的方法富集被測物質(zhì)，而是通過(guò)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離子與之結合形成絡(luò )合物，從而吸附富集在電極表面，隨后采用電勢掃描的方法使被測離子從電極表面溶出，分析獲得的伏安曲線(xiàn)即可獲知被測物質(zhì)種類(lèi)和濃度信息。吸附溶出伏安法是伴隨著(zhù)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)是檢測靈敏度高、精確性好、儀器結構簡(jiǎn)單、操作方便等。釆用杯芳經(jīng)衍生物對玻碳電極進(jìn)行修飾，然后采用吸附溶出伏安法對混合水樣中的微量鉛進(jìn)行了測定，其方法檢出限達到利用槲皮素修飾碳糊電極結合吸附溶出伏安法對人血清中的鉛進(jìn)行了測定，結果表明，該方法檢測靈敏度高、準確性好，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)生競爭吸附作用，從而影響其檢測靈敏性。另外由于吸附富集過(guò)程相比于電沉積過(guò)程速度較慢，因此吸附伏安法檢測時(shí)間一般較長(cháng)。
　　(3)陽(yáng)極溶出伏安法：是電化學(xué)重金屬檢測最為常用的一種手段。與陰極溶出伏安法類(lèi)似，陽(yáng)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)恒定負電勢，使得溶液中的多種金屬陽(yáng)離子在電極表面發(fā)生還原反應從而沉積在工作電極表面。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的富集后，電極表面被測物質(zhì)濃度明顯提高。經(jīng)過(guò)一段溶液靜置期后，儀器控制工作電極上的電勢從負電位向正電位進(jìn)行掃描，當電勢到達某種金屬的氧化電勢時(shí)，該金屬迅速氧化溶出形成一強烈的溶出電流峰，記錄電流-電勢曲線(xiàn)即可獲得陽(yáng)極溶出伏安圖。由于不同的重金屬有不同溶出電勢，對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(lèi)，而溶出電流峰的大小與該金屬離子的濃度成正比，據此可獲得重金屬離子濃度信息。