图片来源:Metrohm AG
重金属离子的准确定量对于许多应用至关重要，如废物管理、环境监测、研究或某些临床试验。虽然重金属确实是自然产生的，但在过去200年中，城市化和工业化程度的提高导致了许多环境中重金属含量的增加。
随着这些有害元素的释放，它们在土壤、地表或地下水中积累，可能通过饮用水或动植物体内的生物积累进入食物链。事实上，建议孕妇不要食用海鲜，因为可能会通过食物链积累汞(Hg)。
金属的类型将决定其毒性程度、生物学作用，最关键的是其浓度。饮用水中铁、镉、铅、铜、铬、砷或镍浓度升高是人类中毒的最常见原因。
为了突出某些重金属的毒性，保护人类健康，世界卫生组织(WHO)、美国环境保护局(EPA)和欧洲委员会等组织都对饮用水中的重金属水平设定了限值或指导值。
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重金属离子分析技术已经发展起来。常用的技术包括电感耦合等离子体(ICP)、原子吸收光谱法(AAS)或荧光光谱法。
每一种技术都需要昂贵的设备，以及大量的维护费用和训练有素的人员。2020欧洲杯下注官网正因为如此，我们迫切需要一种直接、经济、高灵敏度的方法来检测水样中的金属离子。
溶出伏安法为这些挑战提供了理想的解决方案，为许多其他技术提供了快速、简单和廉价的替代方案。未经培训的人员可以使用溶出伏安法，同时能够适应ng/L范围内的检测限。此外，它可以测定现场的痕量重金属，使溶出伏安法成为一种有趣的、有价值的移动应用方法。
溶出伏安法原理
伏安法测定重金属有两个步骤。第一步是将分析物预浓缩到工作电极的表面，如图1所示，以阳极溶出伏安法测定铅(Pb)为例。
图1。阳极溶出伏安法-铅沉积（溶液搅拌）。图片来源：Metrohm AG
第二步是溶出步骤(图2)，在这里，根据测定方法的不同，被分析物通过还原或氧化被释放出来。这一步产生分析信号，它必须与沉积的分析物的数量成比例。
图2。阳极溶出伏安法-铅(溶液)溶出不搅拌）。图片来源：Metrohm AG
与阳极溶出伏安法一样，吸附溶出伏安法或阴极溶出伏安法也以类似的方式起作用。
每一种不同的方法都有一个共同的特点：伏安法测定只能和测量中使用的传感器一样好。
对新传感器的需求
伏安法中新型传感器的研究往往是由环境问题、传感器成本和该领域对重金属离子测定的持续需求引发的。
理想情况下，新型传感器将由廉价、无毒的材料制造。欧洲杯足球竞彩然而，这些材欧洲杯足球竞彩料的特性会导致一些限制。一个问题是，在碳、金或铋等特定电极材料上可能探测到的元素数量有限。
在同一个无汞传感器上同时成功地确定元素的数量也可能是有问题的，但这可以通过仔细选择最合适的电极材料和优化的传感器设计来解决。
铋作为替代电极材料
人们曾多次尝试寻找毒性比汞小的电极材料，以适合测定重金属离子。不幸的是，这些材料都没有达到高水平的电分析性能。2000年，欧洲杯足球竞彩美国研究人员约瑟夫·王（Joseph Wang）成为第一个报道铋膜电极的人。
图3。铋晶体。图片来源:Metrohm AG
在这一革命性的初步报告之后，铋基电极作为原位和非原位膜的使用有了显著的增加固态电极如碳。
铋的低毒性和广阔的电化学窗口是关键因素，铋的能力与大量的重金属形成合金。铋也表现出与汞类似的高氢过电位。
这些特性结合起来使铋成为溶出伏安法的一个特别有趣的选择。析氢被有效地抑制，这意味着在负电位下可以进行无噪声的测量。
基于铋膜的铋电极是一个可行的选择，但需要薄膜沉积增加了一个额外的，耗时的步骤，整个过程。
VA的新传感器:双滴电极
由于铋滴电极的发展，现在有了一种适用于饮用水中重金属离子测定的新型固体电极。一个直径约2毫米的铋滴提供伏安测量中的工作电极。
该电极可以在没有薄膜沉积或抛光的情况下工作——它只需要电化学活化。这大大缩短了整个分析时间，一旦激活，在低μg/L甚至ng/L范围内进行一系列高重复性重金属测定变得可行。
铋滴电极便于对饮用水中重金属铅、钴、镉、镍、铁的极限值进行无汞监测。因为电极不需要机械处理，所以它在在线应用中特别有用。铋滴电极的另一个好处是，铅和镉，或钴和镍可以同时测定。
图4。米氏铋滴电极。图片来源:Metrohm AG
该传感器稳定、成本效益高、灵敏度高，并且可以提供比先前研究的铋基电极更可重复的结果。
为了适当地展示铋滴电极的灵活性和可能性范围，以下章节将探讨阳极溶出伏安法、吸附溶出伏安法和直接伏安法的例子。
应用程序
阳极溶出伏安法测定镉和铅
世界卫生组织的饮用水水质指南饮用水中镉最大浓度为3µg/L，铅最大浓度为10µg/L。这些临时指南旨在减轻镉对肾脏、骨骼和呼吸系统的毒性作用，以及铅的神经毒性作用。
铋滴电极不含汞，可方便地同时测定饮用水中的铅和镉，无需补充镀膜步骤。在60秒的沉积时间内，铅的检出限(LOD)为0.5µg/L，镉的检出限(LOD)为0.1µg/L，这一异常的灵敏度足以监测上述世卫组织的临时指导值。
图5。以β(Cd) = 2µg/L和β(Pb) = 2µg/L的自来水中镉和铅的测定为例。图片来源:Metrohm AG
这种令人印象深刻的灵敏度与准确性和重现性相结合。在β(Cd) = 1µg/L和β(Pb) = 5µg/L的标准溶液中测定10次铅和镉的相对标准偏差分别为5%和3%，回收率分别为100%和90%。
铁的直接测定
饮用水中的铁可能会导致红棕色污渍和令人不快的刺鼻的金属味道。铁细菌可以在含铁量低至100µg/L的水中生长，产生红棕色的粘液，可能会引起难闻的气味或堵塞管道。
不溶性铁沉积物可能在长时间内形成。这可能会在许多农业和工业应用中造成持续的问题，包括系统冷却、供水或田间灌溉。为了避免这些问题，美国环境保护署（EPA）将水处理和处理厂的二级最大污染物水平（SMCL）定义为饮用水中300µg/L的铁。
在无毒铋滴电极上伏安法测定三乙醇胺铁络合物时，不需要富集。该系统利用催化信号增强，能够在非常低的浓度下检测，检测限为5µg/L，以及在广泛的浓度范围内测量，最高可达500µg/L。
图6。添加β（Fe）=20µg/L的自来水中铁测定示例。图片来源：Metrohm AG
该方法适用于过程分析仪或自动化系统，可提供稳定的结果和大样本系列中铁的全自动测定。在检查标准溶液（β（Fe）=50µg/L）中，一系列10次测量的相对标准偏差为3%，而回收率为111%。
吸附溶出伏安法测定镍和钴
冶金操作、电镀过程以及从配件和管道中浸出都是镍污染的主要来源。在化学和石油工业中使用的催化剂是钴的主要应用领域。
这些来源中的金属要么直接释放，要么通过废水-河流通道进入饮用水系统。正因如此，欧盟立法规定饮用水中镍浓度的极限值为20µg/L。
吸附溶出伏安法（AdSV）构成了简单、同时测定钴和镍的基础。
无毒的Bi滴电极的独特特性与AdSV结合在一起，使其具有卓越的灵敏度和性能。30秒沉积时间的检出限钴约为0.1µg/L，镍约为0.2µg/L。这可以通过增加沉积时间进一步降低。
图7。β(Ni) = 0.5µg/L和β(Co) = 0.5µg/L自来水中镍和钴的测定图片来源:Metrohm AG
这种方法最适合于自动化系统或过程分析仪，能够在大样本系列中自动测定这些金属，并提供准确、稳定的结果。
在检验标准溶液(β(Ni) = 1µg/L β(Co) = 1µg/L)中连续10次测量的相对标准偏差分别为4%和5%。钴回收率为88%，镍回收率为106%。
双滴电极的主要特点
综上所述，双滴电极具有以下主要功能：
- 无毒、无汞，是痕量金属测定的理想选择
- 同时测定Co和Ni，以及Pb和Cd
- 低μg/L和ng/L范围内的检测限
- 适用于在线和自动化系统
致谢
由Metrohm的Alyso欧洲杯足球竞彩n Lanciki最初编写的材料制作而成。
这些信息都是从米特hm AG提供的材料中获取、审查和改编的。欧洲杯足球竞彩
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