线性扫描伏安法测定废水中的镉
蔡孟珂(13322006) 蔡景恒蔡镓鹂
中山大学化学与化学工程学院，化学类 A 班
摘要：本实验采用线性扫描伏安法，通过测定一系列浓度Cd2+浓度并与测定待测溶液进行比对，计算出待测溶液中Cd2+含量为90.57mg/L。
实验采用常规峰电流和半微分峰电流两种处理方法进行计算，提高了实验精度。
电流峰高与浓度成正比，据此进行定量分析。
同时通过半微分（semi-derivative）处理，可将伏安波动半峰形转化成峰形，改善了峰形和峰分辨率。
该方法方便快捷，且成本不高，适用于快速简便地测定废水中的镉含量。
关键词：线性扫描伏安法镉离子废水
1 引言：
镉是一种具有银白色光泽、软性、延展性好、耐腐蚀的稀有金属，加热即会挥发，其蒸汽可与空气中的氧结合形成氧化镉。
镉类化合物具有较大脂溶性、生物富集性和毒性，并能在动物、植物和水生生物体内蓄积。
随着近年来水环境中镉污染事故的不断出现，人们对环境中镉污染的恐惧也在不断增加。
[1]
铬的污染主要由工业引起。
铬的开采、冶炼、铬盐的制造、电镀、金属加工、制革、油漆、颜料、印染工业，都会有铬化合物排出。
如制革工业通常处理一吨原皮，要排放含铬410mg/l 的废水50－60吨；若每天处理原皮十吨，则年排铬72－86吨。
[2]
水和废水中镉的测定,有比色法、原子吸收分光光度法及阳极溶出伏安法等。
也有报道用离子选择电极法测定显像管废水和用极谱法测定水中的微量镉。
[3]
linear sweep voltammetry；LSV 是一种伏安法技术。
将线性电位扫描(电位与时间为线性关系)施加于电解池的工作电极和辅助电极之间。
工作电极是可极化的微电极，如滴汞电极、静汞电极或其他固体电极；而辅助电极和参比电极则具有相对大的表面积，是不可极化的。
常用的电位扫描速率介于0．001～0．1V／s。
可单次扫描或多次扫描。
根据电流-电位曲线测得的峰电流与被测物的浓度呈线性关系，可作定量分析，更适合于有吸附性物质的测定。
本实验使用CHI750A 电化学工作站，采用线性扫描伏安法技术。
以醋酸-醋酸钠缓冲液（pH = 4.7）作底液，在-0.3 ~ -0.9 V 进行线性电势扫描，Cd2+在铋膜上还原为Cd，和铋形成类似于汞齐的合金。
而且电流峰高与浓度成正比，据此进行定量分析。
同时通过半微分（semi-derivative）处理，可将伏安波动半峰形转化成峰形，改善了峰形和峰分辨率。
2 材料和方法
2.1 实验仪器
CHI750A 电化学工作站；三电极系统：铋膜电极为工作电极，Ag/AgCl 电极为参比电极，Pt 为辅助电极。
2.2 实验试剂
（5000 mg·L-1硝酸铋（A.R.）储备液；5000 mg·L-1溴化钾（A.R.）储备液；醋酸-醋酸钠缓冲液（pH = 4.7）：醋酸钠83 g溶于水，加冰醋酸60 mL，加水稀释至1000 mL；镀铋液（500 mg L-1）：量取5 mL 硝酸铋储备液和5 mL 溴化钾储备液于50 mL 容量瓶中，再用醋酸-醋酸钠缓冲液稀释至50 mL；0.5 mg·mL-1 Cd2+标准溶液。
样品溶液：含Cd2+的废水样（已含缓冲液）2.3 实验步骤
2.3.1 铋膜修饰玻碳电极的制备
1）取少量Al2O3 粉末于鹿皮上，滴加少量超纯水使其形成悬浊液。
将玻碳电极置于其上反复打磨抛光（必要时用 2 mol·L-1硝酸溶液浸泡20 min）。
用超纯水冲洗电极，并用滤纸擦干备用（注意不要碰到玻碳电极表面）。
2）取适量铋溶液于电解池中，插入三电极，连接好电极线。
3）依次打开计算机、电化学工作站，选择电流-时间曲线法(Setup-Technique-Amperometry i-tCurve)，设置镀铋膜参数。
镀好的玻碳铋膜电极保存在超纯水中备用。
2.3.2 测量方法
1）取6个25 mL 容量瓶，用吸量管分别准确加入0、0.5、1.5、2.5、3.5 和5 mL Cd2+标
准溶液，再醋酸-醋酸钠缓冲溶液稀释至刻度，摇匀。
2）选择线性扫描伏安法（Setup--Technique-Linear Sweep oltammetry），设置参数（Setup-- Parameters）。
3）溶液由稀至浓倒入电解池中进行测定。
点击“电化学工作站”工具栏上的“Run”图标，电位扫描过程开始。
扫描结束后，点击工具栏中的“Data Plot”图标，这时将自动给出伏安峰的“Ep-峰电流”等数据。
每个样品溶液测两次，取其平均值作为峰电流数据。
点击“Save as”图标将伏安图保存在指定的目录下。
点击“Convolution”-Semi-derivative 进行伏安数据的半微分处理，记录峰高。
4）测定未知液（未知液已含醋酸-醋酸钠支持电解质，可直接倾入电解池进行测定。
）
2.3.3 清洗电极
实验结束后，应清洗玻碳铋膜电极以便下次使用，选择电流-时间曲线法(Setup-Technique-Amperometry i-t Curve)，设置清洗电极参数（Setup—Parameters）。
3 讨论和结论：
3.1 数据记录
表1常规峰电流测量数据记录
Cd2+浓度（mg/L）常规1测量/10-5A 常规2测量/10-5A 平均常规峰电流值/10-5A
10 0.3587 0.3507 0.3547
30 1.055 1.109 1.082
50 2.113 2.229 2.171
70 3.016 3.145 3.081
100 4.663 4.723 4.693
未知液 4.168 4.142 4.155
表2半微分峰电流测量数据记录
Cd2+浓度（mg/L）半微1测量/10-5A 半微2测量/10-5A 平均半微峰电流值/10-5A
10 0.4353 0.3755 0.4054
30 1.985 2.166 2.076
50 4.594 4.800 4.697
70 6.850 7.190 7.020
100 11.59 11.36 11.48
未知液10.02 9.817 9.919
图 1 线性扫描伏安法的V-I 曲线
3.2 数据处理
图 2 Cd2+标准溶液的常规峰电流工作曲线
得线性回归方程为I=(0.487×10-6)c-2.563×10-6，R=0.9982。
将未知样品的峰电流值I=4.155×10-5A 代入计算，得浓度c=90.58mg·L-1。
图 3 Cd2+标准溶液的半微分峰电流工作曲线
得线性回归方程为I=(1.2404×10-6)c-13.1431×10-6，R=0.9957。
将未知样品的峰电流值I=9.919×10-5A 代入计算，得浓度c=90.56mg·L-1。
3.3 实验结果
由常规峰电流工作曲线得待测溶液中Cd2+浓度c=90.58mg·L-1，由半微分峰电流工作曲线得待测溶液中Cd2+浓度c=90.56mg·L-1，二者数据接近。
取平均值得待测溶液Cd2+浓度c=90.57mg·L-1。
该方法方便快捷，且成本不高，适用于快速简便地测定废水中的镉含量。
3.4 思考题
（1）为什么线性扫描伏安法的i-E曲线显得光滑无锯齿状，而普通极谱波却带锯齿状？
答：本实验通过了半微分处理，将伏安波的半峰变成了峰形，改善了峰形和峰分辨率，显得光滑无锯齿。
（2）极谱法和伏安法有何区别？
答:当伏安法以滴汞电极作工作电极时，称为极谱法，极谱法是伏安法的特例。
（3）本实验中设置的静止时间（quiet time）较长，为30s，其目的是什么？
答：为了消除电极的记忆效应。
提高实验的精度。
（4）消除氧波和极谱极大的干扰一般采用什么方法？为什么本实验无需特别处理？
答：消除极谱极大加入使表面张力均匀化的极大抑制剂，通常加表面活性物质。
消除氧波可以通入惰性气体，强酸溶液中加入还原剂，弱酸加入抗坏血酸。
本实验由于实验时间较快，氧波干扰小。
且由于三电体系，有效地减少电位降带来的不良影响。
（5）与其他测定痕量镉的分析方法相比，本实验方法有何优缺点？
答：本实验采用的是单扫描极谱法。
仪器造价低廉，精确度高，测试速度快，维护成本较低。
但是稳定性差，重现率较低。
4 参考文献
[1] 戴世明,吕锡武. 镉污染的水处理技术研究进展. 安全与环境工程. 2006-9-10: 63-55, 71.
[2] 黄秋婵,韦友欢,黎晓峰. 镉对人体健康的危害效应及其机理研究进展. 安徽农业科学. 2007-9:2058-2531.
[3] 邹景瑶. 应用悬汞电极测定废水中的镉. 上海环境科学. 1988-4:28-30.
[4] 林洪. 线性扫描伏安法在电化学研究中的应用. 玉溪师范学院学报. 2008-4:10-14.。