甲基异丁酮/水界面电极在环境监测中的应用研究

论文摘要

以合适的无毒有机溶剂取代滴汞电极中使用的汞,来解决滴汞电极中汞的毒性对分析工作者身体及水气环境造成的危害,同时继承以滴汞电极为工作电极的极谱分析法在在线监测方面液滴表面随时更新、分析结果重现性好的优势,这是液/液界面电分析化学领域需要解决的重要课题之一。因此基于滴汞电极的优点,把滴液电极引入到一直存在不能同时具有高灵敏度、高稳定性问题的在线环境监测中,以期建立一种满足在线环境监测分析,而且性价比好、易于普及的新方法。根据前人的研究,已筛选到性能好而毒性小的脂肪酮类有机溶剂来替代常用的硝基苯或1,2-二氯乙烷等高毒试剂;同时由于试剂性能及方法的更新,三电极的悬液或滴液体系已经得以采用,从而简化了以往为解决油阻抗高、电容大而采用的复杂的四电极体系。本论文在前人研究的基础上,采用毒性相对较小,介电常数不是很低,适用于三电极体系甲基异丁酮（MIBK）作为有机溶剂,与水溶液形成液/液界面,并采用悬液和滴液两种电极装置,建立了五个体系对重金属铜、镉、铅,水体pH值的测定进行了研究,这对扩展和普及液/液界面电化学在环境监测领域的研究具有重要的意义。主要的研究结果如下:1.基于水溶液中过量的I-与一定浓度的Cu2+发生化学反应生成I2的特性,设计了一种间接检测铜离子的简单方法。采用灵敏度更高,峰形更容易定量化的方波伏安法进行测定,同时水溶液中生成的碘通过不等体积萃取进入有机相,提高了有机相中碘的浓度,进而期望达到更好的检出限。实际测定结果显示,该方法的检出限是5×10-5mol/L,在1×10-4mol/L～1×10-2mol/L的线性范围内与峰电流成正比。通过二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法比较检测相同的模拟水样后,该方法能够达到较好的准确度,回收率在90～120%之间并且操作过程更为简单快速,费用低。2.利用季铵盐与OH-反应的特殊性质,同时以离子液体作为有机相的基础电解质,研究季铵盐与离子液体协同作用推动OH-由水相向有机相中的转移的机理,及该体系在检测碱性废水pH方面应用的可行性。结果显示,当季铵盐浓度达到50g/L时,液/液界面处OH-的交换能够达到饱和,峰电流大小由OH-浓度控制。在室温条件下,温度对反应的影响不大,OH-的峰电位在0.6V vs.SCE处,并且pH值在6～12范围内与峰电流成正比。对实际酞菁蓝染料废水的pH值进行检测,能够达到较好的准确度。3.由于月桂酸钠可与H+反应生成疏水性的月桂酸,进而推动水相中的H+向有机相中转移。研究了月桂酸钠-[Bmim]PF6-MIBK/酸水溶液体系的机理,及在检测酸性废水pH方面应用的可行性。结果表明,离子液体[Bmim]PF6和月桂酸钠能够推动H+向有机相转移,其中起主要作用的是月桂酸钠。在该界面体系,H+的峰电位出现在约0.12Vvs.SCE左右。该体系存在的最大问题是月桂酸钠极难溶于有机相中,通过超声振荡后虽然可分布于有机相中但性质不够稳定,因此该体系暂不具有实用性,仍待进一步研究。4.利用螯合剂对重金属离子有选择性螯合的特性,以双硫腙作为推动Pb2+在液/液界面处迁移的螯合剂,研究了水/MIBK-双硫腙体系中Pb2+转移的机理及其在在线测定Pb2+方面的可行性。同时改变了上述所用的悬液电极,而采用了滴液电极,使方法向在线监测迈进一步。结果显示,Pb2+在约0V（vs.Ag/AgCl）处能够形成络合峰,酸度,静置时间,液滴大小对实验不会产生较大影响,而螯合剂只须过量,即能够达到对Pb2+定量测定的要求,在5×10-6～1×10-2mol/L范围内Pb2+浓度与峰电流成正比。5.以吡咯烷二硫代氨基甲酸铵（APDC）作为络合剂,利用它在水相中易与Cd2+形成络合物,研究Cd2+在液/液界面处的转移,从而分析Cd2+的浓度。但结果表明该体系很不稳定,有机相为悬浊液,分散不够均匀,常常堵住工作电极导管管口,醋酸酸度不易控制,银丝在该体系下表面十分不稳定,导致实验重现性不佳,因此虽然对镉离子有响应,但不具实际应用价值,需要对实验条件进行改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的背景、目的和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 论文研究的目的和意义
• 1.2 基本原理
• 1.2.1 液/液界面电化学基本原理
• 1.2.2 液/液界面的电荷转移反应
• 1.2.3 液/液界面电化学实验方法
• 1.2.4 液/液界面电化学的实验装置
• 1.2.5 液/液界面电化学在环境监测中的应用
• 1.3 论文的选题内容与技术路线
• 第二章 方波伏安萃取碘量法测定铜离子新方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 萃取体积比对峰电流的影响
• 2.3.2 碘的定量检测研究
• 2+的定量检测'>2.3.3 Cu²⁺的定量检测
• 2.3.4 共存离子的影响
• 2.3.5 模拟水样分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 离子液体季铵盐悬液电极检测碱性废水pH 值新方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器与材料
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• -电化学行为的作用'>3.3.1 季铵盐与离子液体对OH^-电化学行为的作用
• -电化学行为的影响'>3.3.2 季铵盐含量对OH^-电化学行为的影响
• 3.3.3 扫描速度的影响
• 3.3.4 温度的影响
• 3.3.5 静置时间对峰电流的影响
• 3.3.6 pH 值工作曲线
• 3.3.7 实际废水测定
• 3.4 本章小结
• 第四章 离子液体月桂酸钠悬液电极检测酸性废水pH 值新方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器和材料
• 4.3 结果与讨论
• 6/水界面体系'>4.3.1 [Bmim]PF₆/水界面体系
• 6+MIBK/水界面体系'>4.3.2 月桂酸钠+[Bmim]PF₆+MIBK/水界面体系
• 4.4 本章小结
• 第五章 螯合协同伏安法在线测定铅离子的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器和试剂
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 空白实验及可行性研究
• 5.3.2 扫描速率对峰电流及峰电位的影响
• 5.3.3 水相酸性对实验的影响
• 5.3.4 螯合剂用量对实验的影响
• 5.3.5 静置时间对实验的影响
• 5.3.6 液滴大小对实验的影响
• 5.3.7 铅浓度的定量测定
• 5.3.8 机理探讨
• 5.4 本章小结
• 第六章 络合协同伏安法在线测定镉离子的研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 仪器与试剂
• 6.2.2 实验方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 空白实验及可行性研究
• 6.3.2 静置时间对体系的影响
• 6.3.3 同一液滴稳定性研究
• 6.3.4 实验机理讨论
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 本论文的主要结论
• 7.2 本论文的创新点
• 7.3 存在的问题与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文及专利
• 致谢