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脉冲极谱

发布时间:2015-08-07 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:920

充电电流是一种干扰电流,直流极谱无法从技术上克服这类电流的干扰,为此,提出了脉冲极谱法。这里主要讨论常规脉冲极谱、示差脉冲极谱和方波极谱法。

一 方波极谱法

方波极谱(squarewavepolarography,SWP)是将一个电压振幅小于30mV、频率225Hz的方波,叠加在线性变化的电位上,由于方波电压加于滴汞电极上,电极/溶液界面双电层立即充电,并产生充电电流。当方波脉冲变化至另一半周时,双电层会立即放电,产生反向的放电电流,但它们都会随时间迅速衰减。

当溶液中有可还原的金属离子存在时,因方波的加入,除了充电电流,同时会产生金属离子还原的Faraday电流。随着时间的变化,电极表面附近的金属离子愈来愈少,而溶液中的金属离子又来不及补充至电极表面,Faraday电流会随之按if∝t-1/2的规律衰减。但衰减的速率要比充电电流慢得多,这可从ic∝e-t的比较中看出。事实上,在方波半周后期的充电电流已非常小,这时进行电流采样,则主要为Faraday电流,所得到的电流一电位曲线呈峰形。对于可逆的电极反应,其峰电流为

ip=k n2F2/RT △UAD1/2c

式中k是与方波频率及采样时间有关的常数,△U为方波电压的振幅。

二 常规脉冲极谱法

从上节的讨论可知,方波极谱有效地改善了极谱法的灵敏度和分辨率。但是,由于方波脉冲的频率很高,在脉冲电压半周的短时间内充电电流不能充分衰减,这限制了灵敏度的进一步提高。为此,又发展起了常规脉冲和示差脉冲极谱法。

常规脉冲极谱法(normalpulsepolarography,NPP)是在汞滴生长后期施加一个矩形的脉冲,脉冲持续40-60ms后再跃回到起始电位Ei处,脉冲跃回与汞滴击落保持同步。在脉冲结束前某一固定时刻,用电子积分电路采集电流,随之汞被强制敲落。下一滴汞产生,另一个振幅稍高的脉冲被加入,再采集电流。这样周而复始地循环采样,就得到了常规脉冲极谱图。

对于可逆极谱波,常规脉冲极谱的极限电流方程式为

i1=nFAD1/2(πtm)-1/2c

式中tm为每个周期内从开始施加脉冲到进行电流采样所经历的时间,其他各项意义同前。

三 示差脉冲极谱法

示差脉冲极谱(differentialpulsepolarography)也称微分脉冲极谱,它与常规脉冲极谱有某些类似,但示差脉冲极谱施加的脉冲和电流取样的方式不同。示差脉冲极谱法是在一个线性变化电位上,叠加等振幅的脉冲(阶梯脉冲电压),脉冲高度保持恒定(10-100mV之间),它是在每滴汞的生长周期内对电流采样两次,即脉冲加入前20ms和脉冲消失(或汞滴击落)前20ms。以每滴汞上两次采样电流之差△i对电位作图即得到示差脉冲极谱图。由图可见,示差脉冲极谱图不同于常规脉冲极谱图,它在极谱波E1/2处电流最大,呈现对称的峰状。对于可逆极谱波,示差脉冲极谱峰电流可表示为

△ip=n2F2/4RTA△UD1/2(πtm)-1/2c

式中△U为脉冲振幅,其他各项意义同前。其峰电位与直流极谱的半波电位的关系为

Ep=E1/2±△U/2

上式中,还原过程△U取负值,氧化过程取正值。

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