翟江麗，劉 欣，張 源，郭強(qiáng)強(qiáng)

(1 唐山師范學(xué)院化學(xué)系，河北 唐山 063000；2 唐山市綠色專用化學(xué)品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063000)

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)Ⅲ(3)是我?；瘜W(xué)系面向本科生開設(shè)的一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程，它在整個(gè)本科教學(xué)過(guò)程中占有非常重要的地位。在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，利用電化學(xué)分析儀器測(cè)定金屬離子含量是一類十分重要的實(shí)驗(yàn)[1-2]，示波極譜法測(cè)定水樣中的鎘是我系開展的一個(gè)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，極譜法測(cè)定物質(zhì)含量實(shí)驗(yàn)離不開金屬汞的使用，這將對(duì)試劑回收和環(huán)境污染帶來(lái)較大影響，不符合綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)[3-5]，而且儀器中的毛細(xì)管容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量得到的結(jié)果靈敏度和準(zhǔn)確度欠佳，因此目前極譜法測(cè)定實(shí)際樣品含量的應(yīng)用很少，但如將該電化學(xué)測(cè)定金屬離子含量實(shí)驗(yàn)刪除，又影響學(xué)生學(xué)習(xí)儀器分析方法的完整性，本著綠色環(huán)保、教學(xué)結(jié)合實(shí)際的原則，采用了線性掃描掃描伏安法測(cè)定水樣中銅離子含量的實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)施方案

1.1 儀器調(diào)試

將玻碳電極(直徑=3 mm)在麂皮上打磨，洗滌，晾干備用。以玻碳電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極和鉑片電極為對(duì)電極，連接到LK9808型電化學(xué)分析系統(tǒng)。線性掃描伏安法實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：靈敏度為100 μA；濾波參數(shù)為50 Hz；放大倍率為2；掃描電位從-0.4～0.2 V；掃描速度為0.10 V/s。

1.2 測(cè)定方法

在25.0 mL容量瓶中分別加入水樣5.00 mL、2.00 mL 1.0 mol/L NaNO3溶液、1.00 mL 1.0 mol/L HNO3溶液定容至25.0 mL，搖勻后轉(zhuǎn)移至電解池中，將三電極系統(tǒng)插入待測(cè)溶液中，采集線性掃描伏安曲線。用可調(diào)移液器往電解池中逐次加入25 μL 1.00 mg/mL Cu2+標(biāo)準(zhǔn)液，攪拌均勻后，記錄峰高。根據(jù)峰電流與銅離子濃度成正比關(guān)系，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定水樣中銅離子含量。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與討論中以峰電流為縱軸，銅離子的濃度為橫軸繪制多次加標(biāo)的曲線。由圖1和圖2可見，線性掃描伏安曲線峰形明顯，曲線清晰，工作曲線線性良好，滿足基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。

圖1 線性掃描伏安曲線Fig.1 Linear sweep voltammetric curve

圖2 加標(biāo)曲線Fig.2 Curve of standard addition method

2 教學(xué)效果

2.1 綠色環(huán)保方面

極譜法測(cè)定鎘實(shí)驗(yàn)中采用滴汞電極工作臺(tái)為工作電極，每學(xué)期約有6 g廢汞產(chǎn)生，而且還有學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室過(guò)程中操作不注意會(huì)出現(xiàn)汞的灑落，而且不做任何處理，這就會(huì)造成環(huán)境污染，嚴(yán)重危害實(shí)驗(yàn)師生的健康。線性掃描伏安法與經(jīng)典極譜法不同，是將一鋸齒形脈沖電壓加在電解池的工作電極上，電壓掃描速度比經(jīng)典極譜法快得多，而且線性掃描伏安法在實(shí)驗(yàn)中常使用的是固態(tài)的電極，比如玻碳電極、石墨電極、鉑電極、金電極等，因此實(shí)驗(yàn)革新后避免了汞的使用，減少了有毒化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品的應(yīng)用，更符合綠色化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)[6]。新實(shí)驗(yàn)引入先進(jìn)的線性掃描伏安分析法，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生了解線性掃描伏安法測(cè)定的基本原理和方法，這將有效地?cái)U(kuò)充了學(xué)生儀器分析方法的知識(shí)面，拓寬了視野，更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也提高了儀器分析理論教學(xué)的效果。

鎘鹽毒性較大，原實(shí)驗(yàn)中鎘標(biāo)液濃度為5.0 mmol/L，濃度較大，學(xué)期末產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)廢液會(huì)交給專業(yè)公司集中處理，處理費(fèi)用較高，實(shí)驗(yàn)革新后將測(cè)定物質(zhì)由鎘換成毒性較小的銅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，銅標(biāo)液的濃度為1.0 mg/mL，實(shí)驗(yàn)后廢液可以充當(dāng)銅待測(cè)樣品重復(fù)使用，本學(xué)期實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，在保證安全的前提下鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)開放實(shí)驗(yàn)室的方式參與廢液的回收[7]，因此實(shí)驗(yàn)革新后不僅減少了處理廢液經(jīng)費(fèi)，也使學(xué)生掌握的廢液處理操作，這不僅具有重要的教學(xué)實(shí)踐意義，而且也能提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，提高其環(huán)保素質(zhì)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容完善性方面

我系開展的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)Ⅲ(3)課程共14個(gè)實(shí)驗(yàn)，涉及定量測(cè)定物質(zhì)含量的實(shí)驗(yàn)有11個(gè)，除了乙酸電位滴定分析實(shí)驗(yàn)定量測(cè)定用二階微商法、氣相色譜實(shí)驗(yàn)用內(nèi)標(biāo)法定量外，其他8個(gè)實(shí)驗(yàn)均采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量測(cè)定物質(zhì)含量(見表1)，這就讓學(xué)生學(xué)習(xí)定量方法不夠完整，因此在本實(shí)驗(yàn)定量的過(guò)程中引入其他實(shí)驗(yàn)應(yīng)用相對(duì)較少的標(biāo)準(zhǔn)加入法，使學(xué)生理解多次加標(biāo)定量方法的應(yīng)用條件和測(cè)定方法，掌握多次加標(biāo)的計(jì)算方法。

表1 基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)Ⅲ(3)中涉及定量實(shí)驗(yàn)的題目與方法Table 1 Topics and methods of quantitative experiment in basic chemical experimentⅢ (3)

2.3 新型小儀器設(shè)備應(yīng)用方面

學(xué)生在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確移取一定體積溶液時(shí)都采用移液管，但移取微升級(jí)體積的溶液時(shí)操作就會(huì)很困難，因此在線性掃描伏安法測(cè)定銅離子實(shí)驗(yàn)中，引入基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用較少的微量可調(diào)移液器。微量可調(diào)移液器是化學(xué)、生物、臨床醫(yī)學(xué)等分析過(guò)程中樣品采集和移取常用的工具，而在我系基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)階段幾乎沒(méi)有用過(guò)，因此在改革后的實(shí)驗(yàn)中引入微量可調(diào)移液器，不僅使學(xué)生熟悉并掌握一種分析檢測(cè)過(guò)程中常用的小型儀器設(shè)備，而且進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，拓展學(xué)生的知識(shí)面，學(xué)生會(huì)對(duì)這樣一個(gè)既快速又準(zhǔn)確的能移取小體積的儀器感到新奇，更增加了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)儀器分析的熱情。

3 教學(xué)反思

教學(xué)實(shí)驗(yàn)中我們是允許學(xué)生失敗的，但找出原因，這就成了缺憾中的完美了。例如同學(xué)在線性掃描伏安法測(cè)定銅離子實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)峰型不明顯，甚至是不出峰的情況，我們針對(duì)學(xué)生的具體實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一起分析實(shí)驗(yàn)原因，例如溶液配制的過(guò)程是否忘記加入電解質(zhì)，電極有沒(méi)有進(jìn)行拋光處理等。在伏安分析方法前，工作電極的拋光處理很重要，多數(shù)同學(xué)主要是由于電極處理不好，導(dǎo)致電極的可逆性較差才出現(xiàn)曲線峰型差的情況，因此我們?cè)诮虒W(xué)中要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文采用線性掃描伏安法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的極譜分析，對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)Ⅲ(3)中的單掃描極譜法測(cè)定廢水中的鎘實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了革新。實(shí)踐表明，線性掃描伏安法測(cè)定銅離子含量實(shí)驗(yàn)，不再涉及重金屬試劑汞和鎘，有效地保護(hù)了環(huán)境，符合綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，同時(shí)實(shí)驗(yàn)引入了新的測(cè)定技術(shù)，使學(xué)生在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段就能接觸到科技前沿，為以后學(xué)習(xí)到更多科學(xué)研究的新技術(shù)、新方法、新知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)。