利用陽極溶出伏安法測定水體鈷元素

2020-04-17 14:47:12張雷

農(nóng)業(yè)與技術 2020年6期

張雷

摘要：本文采用陽極溶出伏安法測定水中的鈷，通過一系列實驗確定方法的檢出限為0.1μg/L、測定下限為0.4μg/L;通過平行6次測定地表水、海水、污水3種不同類型水體樣品及對應加標樣品確定方法的精密度為8.5%～23.4%;加標回收率為89.5%～92.7%。

關鍵詞：陽極溶出伏安法;精密度;準確度;檢出限

中圖分類號：S-3 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330008

鈷是人體和植物的必需微量元素，天然水中鈷含量較低，有色金屬冶煉廠和加工廠等企業(yè)的廢水中常含高濃度的鈷。當鈷含量達到一定量時，會對水質(zhì)的色、嗅、味等性狀產(chǎn)生影響，并對人體有中毒、致癌作用。當前在飲用水地表水源、地下水、土壤監(jiān)測的污染狀況調(diào)查中均涉及到鈷的測定[3]。

1 溶出伏安法簡介

溶出伏安儀是在極譜分析基礎上發(fā)展起來的，工作電極為滴汞、懸汞電極和各種碳電極，原理是通過電解將電解液中的極微量成分濃縮在電極上，再以反向電位進行掃描，使該成分溶出并記錄伏安曲線。靈敏度比經(jīng)典極譜法提高幾個數(shù)量級，根據(jù)溶出過程的氧化、還原反應分陽極溶出和陰極溶出。

陽極溶出伏安法（ASV）首先發(fā)明于19世紀20年代，并于1959年為其發(fā)明者Jaroslav Heyrovsky贏得了諾貝爾化學獎。陽極溶出伏安法過程簡單，將還原電勢施加于工作電極，當電極電勢超過某種金屬離子的析出電勢時，溶液中被分析的金屬離子還原為金屬電鍍于工作電極表面，電勢施加時間越長，還原出來電鍍于電極表面（被稱為“沉積”或“積累”過程）的金屬越多，當足夠的金屬鍍于工作電極表面，向工作電極以恒定速度增加電勢，金屬將在電極上溶出（氧化）。對于給定電解質(zhì)溶液和電極，每種金屬都有特定的氧化或溶出反應電壓，該過程釋放出的電子形成峰值電流。測量該電流并記錄相應電勢，根據(jù)氧化發(fā)生的電勢值來識別金屬種類，并通過氧化電勢的差異同時測量多種金屬。樣品離子濃度的計算，是通過計算電流峰高或峰面積與相同條件下的標準溶液相比較得出。

陽極溶出伏安分析技術使得樣品中很低濃度的金屬都能夠被快速檢測出來，并有良好精密度，能同時進行多組分的測定，且不需要太貴重的儀器，是很有用的高靈敏分析方法。

2 方法比較

目前實驗室測定鈷的方法主要有原子吸收法[5]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[2]、分光光度法[4]等。

2.1 原子吸收法

是基于待測元素的基態(tài)原子蒸汽對其特征譜線的吸收，由特征譜線的特征和譜線被減弱的程度對待測元素進行定性定量分析的一種儀器分析方法。該方法較為成熟，但是儀器耗材較為昂貴，且方法受基體影響較大。

2.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

該法通過等離子體使樣品汽化，之后通過質(zhì)譜對分離出來的待測離子進行測定。此法檢出限低，線性范圍寬，靈敏度高，選擇性好，可同時分析多種元素，但價格昂貴，且易受外界環(huán)境干擾。

2.3 分光光度法

分光光度法是基于待測物質(zhì)在特定波長處或特定波長范圍內(nèi)對光的吸光度或發(fā)光強度而建立起來的定性以及定量分析的方法。該法具有操作簡單、快速，儀器設備簡單，反應條件較溫和，分析成本低，容易普及，不足之處在于干擾因素多，選擇性差。

本文采用極譜儀標準加入法進行分析測定，通過一系列實驗確定了方法的檢出限、測定下限、精密度及準確度，確立了水中鈷的測定方法—陽極溶出伏安法。

3 實驗部分

3.1 實驗原理

水樣經(jīng)0.45μm濾膜過濾后酸化，在pH8.0～9.5的氨水-氯化銨緩沖溶液中，丁二酮肟與水中鈷于-0.60V恒壓下在懸汞電極上反應生成具有吸附作用的配合物，其特征峰電位為-1.08V。經(jīng)富集后，當電極電位均勻地由-0.80V向-1.30V掃描時，富集在電極上的鈷配合物繼續(xù)還原。利用反應過程中產(chǎn)生的電流，根據(jù)所得到的伏安曲線計算樣品中鈷的含量。

3.2 實驗材料

3.2.1 實驗試劑

硝酸溶液（1+99）：1體積硝酸與99體積水混勻;氨水溶液（1+3）：1體積氨水與3體積水混勻;氯化銨溶液（54g/L）：稱取5.4g氯化銨與100mL水混勻;丁二酮肟乙醇溶液：稱取0.05g丁二酮肟與100mL乙醇混勻;鈷標準溶液：汞>99.999%，氮氣>99.999%;濾膜：0.45μm。

3.2.2 實驗儀器

極譜儀：懸汞電極、鉑絲輔助電極和Ag/AgCl參比電極;pH計：測量范圍0.00～14.00;一般實驗室常用儀器設備。

3.3 測定步驟

準確量取10.0mL樣品于反應池中，加入0.5mL氯化銨溶液，用氨水溶液調(diào)節(jié)體系pH值在8.0～9.5之間后，加入0.1mL的丁二酮肟乙醇溶液，混勻待測。設置好儀器參數(shù)進行測定，記錄鈷的峰電流值，參考本底測定值選擇并加入合適的鈷標準使用溶液后，測定并記錄鈷的峰電流值。

3.4 結(jié)果與討論

3.4.1 檢出限、檢出下限的測定

根據(jù)HJ 168-2010檢出限測定方法，對含鈷濃度為200ng/L的樣品平行測定7次，得出方法檢出限、測定下限[1]如表1。

由表1可知，方法檢出限為0.1μg/L，測定下限為0.4μg/L。

3.4.2 精密度與準確度

選用地表水、海水、廢水3種類型水體樣品進行6次平行測定及加標樣品測定，測得精密度、準確度結(jié)果如表2。

由表2可知，3種類型水體樣品所測定精密度為8.5%～23.4%，加標樣品回收率為89.5%～92.7%。

4 實驗結(jié)論

利用陽極溶出伏安法測定水體中的鈷元素，具有操作簡單、產(chǎn)生廢液便于回收，樣品不受基體干擾，精密性高、準確度好等優(yōu)點。

通過一些列實驗確定了方法檢出限為0.1μg/L，測定下限為0.4μg/L;3種類型水體樣品所測定精密度為8.5%～23.4%，加標樣品回收率為89.5%～92.7%。

參考文獻

[1] HJ168-2010，環(huán)境監(jiān)測.分析方法標準制修訂技術導則[S].北京：環(huán)境保護部， 2010.