极谱法

极谱法的基本装置

示波极谱装置和极谱曲线

　　极谱法（汉语拼音：jí pǔ fǎ），（polarography），通过测定电解过程中所得到的极化电极的电流-电位（或电位-时间）曲线来确定溶液中被测物质浓度的一类电化学分析方法。于1922年由捷克化学家J.海洛夫斯基建立。极谱法和伏安法的区别在于极化电极的不同。极谱法是使用滴汞电极或其他表面能够周期性更新的液体电极为极化电极；伏安法是使用表面静止的液体或固体电极为极化电极。

原理

　　极化电极（滴汞电极）通常和极化电压负端相连，参比电极（甘汞电极）和极化电压正端相连。当施加于两电极上的外加直流电压达到足以使被测电活性物质在滴汞电极上还原的分解电压之前，通过电解池的电流一直很小（此微小电流称为残余电流），达到分解电压时，被测物质开始在滴汞电极上还原，产生极谱电流，此后极谱电流随外加电压增高而急剧增大，并逐渐达到极限值（极限电流），不再随外加电压增高而增大。这样得到的电流-电压曲线，称为极谱波。极谱波的半波电位E_1/2是被测物质的特征值，可用来进行定性分析。扩散电流依赖于被测物质从溶液本体向滴汞电极表面扩散的速度，其大小由溶液中被测物质的浓度决定，据此可进行定量分析。

分类

　　极谱法分为控制电位极谱法和控制电流极谱法两大类。在控制电位极谱法中，电极电位是被控制的激发信号，电流是被测定的响应信号。在控制电流极谱法中，电流是被控制的激发信号，电极电位是被测定的响应信号。控制电位极谱法包括直流极谱法、交流极谱法、单扫描极谱法、方波极谱法、脉冲极谱法等。控制电流极谱法有示波极谱法。此外还有极谱催化波、溶出伏安法。

　　直流极谱法　又称恒电位极谱法。通过测定电解过程中得到电流-电位曲线来确定溶液中被测成分的浓度。其特点是电极电位改变的速率很慢。它是一种广泛应用的快速分析方法，适用于测定能在电极上还原或氧化的物质。

　　交流极谱法　将一个小振幅(几到几十毫伏)的低频正弦电压叠加在直流极谱的直流电压上面，通过测量电解池的支流电流得到交流极谱波，峰电位等于直流极谱的半波电位E_1/2，峰电流ip与被测物质浓度成正比。该法的特点是：①交流极谱波呈峰形，灵敏度比直流极谱高，检测下限可达到10^-7mol/L。②分辨率高，可分辨峰电位相差40mV的相邻两极谱波。③抗干扰能力强，前还原物质不干扰后还原物质的极谱波测量。④叠加的交流电压使双电层迅速充放电，充电电流较大，限制了最低可检测浓度进一步降低。

　　单扫描极谱法　在一个汞滴生长的后期，其面积基本保持恒定的时候，在电解池两电极上快速施加一脉冲电压，同时用示波器观察在一个滴汞上所产生的电流电压曲线。该法的特点是：①极谱波呈峰形，灵敏度比直流极谱法高1～2个数量级，检测下限可达到10^-7mol／L。②分辨率高，抗干扰能力强。可分辨峰电位相差50mV的相邻两极谱波，前还原物质的浓度比后还原物质浓度大100～1000倍也不干扰测定。③快速施加极化电压，产生较大的充电电流，故需采取有效补偿充电电流的措施。④不可逆过程不出现极谱峰，减小以至完全消除了氧波的干扰。

　　方波极谱法　在通常的缓慢改变的直流电压上面，叠加上一个低频率小振幅（≤50mV）的方形波电压，并在方波电压改变方向前的一瞬间记录通过电解池的交流电流成分。方波极谱波呈峰形，峰电位E_p和直流极谱的E_1/2相同，峰电流与被测物质浓度成正比。该法的特点是：①它是在充电电流充分衰减的时刻记录电流，极谱电流中没有充电电流，因此可以通过放大电流来提高灵敏度，检测下限可达到10^-8～10^-9mol／L。②分辨率高，抗干扰能力强。可分辨峰电位相差25mV的相邻两极谱波，前还原物质的量为后还原物质的量104倍时，仍能有效地测定痕量的后还原物质。③氧波的峰电流很小，在分析含量较高的物质时，可以不需除氧。④为了减小时间常数，充分衰减充电电流，要求被测溶液内阻不大于50Ω，支持电解质浓度不低于0.2mol／L，因此要求试剂具有特别高的纯度。⑤毛细管噪声电流较大，限制了灵敏度的进一步提高。

　　脉冲极谱法　在汞滴生长到一定面积时在直流电压上面叠加一小振幅(10～100mV)的脉冲方波电压并在方波后期测量脉冲电压所产生的电流。依脉冲方波电压施加方式不同，脉冲极谱法分为示差脉冲极谱和常规脉冲极谱。前者是直流线性扫描电压上叠加一个等幅方波脉冲，得到的极谱波呈峰形，后者施加的方波脉冲幅度是随时间线性增加的，得到的每个脉冲的电流-电压曲线与直流极谱的电流-电压曲线相似。该法的特点是：①灵敏度高，在充分衰减充电电流ic和毛细管噪声电流iN的基础上放大法拉第电流，使检测下限可以达到10^-8～10^-9mol／L。②分辨率好，抗干扰能力强。可分辨E1/2或Ep相差25mV的相邻两极谱波，前还原物质的量比被测物质的量高5×10⁴倍也不干扰测定。③由于脉冲持续时间较长，使用较低浓度的支持电解质时仍可使iC和iN充分衰减，从而可降低空白值。④脉冲持续时间长，电极反应速度缓慢的不可逆反应，如许多有机化合物的电极反应，也可达到相当高的灵敏度，检测下限可以达到10^-8mol／L。

　　示波极谱法　一种控制电流极谱法，用示波器观察或记录极谱曲线。常用的极化电极是悬汞电极和汞膜电极，参比电极是镀汞银电极、汞池电极或钨电极。将220V交流正弦电压经高电阻R（约10⁵～10⁶Ω）调压至2V加到电解池上。在交流电压上叠加一可调直流电压，以在0～－2V范围内提供一个固定的电位。交流电的高电压几乎全部落在高电阻上，通过电解池的交流电流的振幅是恒定的，主要是测定它的电流变化。示波管的垂直偏向板与两个电极相连，在水平偏向板上用锯齿波扫描。当扫描电压与交流电压同步和使用固定微电极时，荧光屏上出现稳定的电位时间曲线。根据记录方式不同，可以得到三种类型的电位时间曲线：E-t曲线、曲线与曲线。支持电解质的交流Et曲线具有正弦形状，被水平的恒定电位延滞而割短，当溶液中有电活性物质存在时，在曲线上相应于电极反应的电位处呈现分步的时间延滞，延滞的转折点电位等于直流极谱波的E_1/2，延滞的长度取决于被测物质的浓度。E-t曲线上的延滞在和曲线上表现为切口，对于可逆反应，阳极和阴极切口是相对应的。切口的深度随被物质浓度增大而加深，可用作定量分析，但灵敏度不高，检测下限只能到10^-5mol／L。示波极谱法可用鉴别电极上的吸附现象和电极反应的可逆性。

用途

　　极谱法可用来测定大多数金属离子、许多阴离子和有机化合物（如羰基、硝基、亚硝基化合物，过氧化物、环氧化物，硫醇和共轭双键化合物等）。此外，在电化学、界面化学、络合物化学和生物化学等方面都有着广泛的应用。