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第18章 极谱仪为什么能测定溶液的浓度

我们知道,金属靠其内部的自由电子导电,而电解质溶液靠其内部的离子导电,这样,电解质稀溶液中离子的浓度与电流和电位有一定的依赖关系。1922年,前捷克斯洛伐克分析化学家海洛夫斯基,通过测定电解过程中电流电位(或电位一时间)曲线,来确定溶液中被测成分的浓度,这种分析法叫极谱法。

1924年,海洛夫斯基与志方益三合作,制造出世界上第一台极谱仪。海洛夫斯基因上述成就而荣获1959年度诺贝尔化学奖。

现在已经有很多种类型的极谱仪,广泛应用在各个领域的化学分析中,测量的试样浓度可低至105—1010摩尔,体积可小到1毫升,即使只有1010克的被测成分也可以准确测出。

有一种控制外加电位的单扫描极谱仪,它由随时间变化的外加直流电源、插入滴汞电极和参比电极的电解池、电位器和示波器等组成。如果用它来测定氯化镉稀溶液的浓度,开始时电位很低,电解池中的电流很小,镉离子和其他阳离子(如氢离子等)不能发生还原反应,电流随外电压增加而缓慢增加,电流——

电位曲线平直;随着外加电压的不断增加,电流也增加,当外加电位达到一定值时(约-0.6伏即镉离子的氧化还原电位),滴汞电极表面附近的大量镉离子很快被还原成为金属镉,此时的电流也随电压急剧地增大,电流——电位曲线陡然升高;当滴汞电极附近的镉离子被完全还原后,从溶液中扩散到达滴汞电极表面的镉离子立即被还原,此时电流几乎不再随外加电位的增大而升高,电流——电位曲线又显平缓,这时的电流称为极限电流,它取决于整个溶液中镉离子浓度。以此电流——电位曲线可以确定镉离子浓度。如果继续增加外加电位,达到-2伏时,电流又随电位增加而迅速升高,此时相当于滴汞电极表面附近的氢离子开始还原。因此,极谱仪可以一次分析几种物质,确定各是哪种离子和各离子浓度的多少。

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