(一) 滴汞電極上的電解反應(yīng)
在靜止溶液中應(yīng)用滴汞電極進(jìn)行電解時(shí),當(dāng)外加電壓逐漸增加時(shí),滴滴求電極(陰極)電位逐漸變得更負(fù);在未達(dá)到析出電位前,離子不能還原,只有微量的電流通過。當(dāng)陰極電位達(dá)到析出電位時(shí),繼繼續(xù)增加電壓,則在滴汞電極表面溶中的離子很快被還原,接近電極表面溶液中的離子濃度很快下降,從而使電極表面和溶液之間產(chǎn)生了濃度差。因此,溶液中的離子逐漸向電極表面移動(dòng),這種現(xiàn)象叫濃差極化。由于滴求電極的面積很小(毛細(xì)管的內(nèi)徑只有0.03~~0.05厘米),因此電極表面的電流密度度是很大的,當(dāng)電壓繼續(xù)增加時(shí),電極表面離子濃度降低很快,以至趨近于零。這時(shí)電流的大小決定于離子由溶液向電極表面運(yùn)動(dòng)的速度。如繼續(xù)增加電壓不能使電流很快增加時(shí),就產(chǎn)生極限電流。
(二)殘余電流
在電解過程中,外加電壓雖未達(dá)到該物質(zhì)的分解電位,但仍有微量的電流通過,這種電流稱為殘余電流。殘余電流是由兩種原因引起的。其中一部分是溶液中痕量雜質(zhì),如溶解氧和汞帶來的微量Hgt和Hg所產(chǎn)生的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)在未達(dá)到被分析物質(zhì)的分解電壓之前,便在滴汞電極上還原,故這部分電流是法拉第電流其方向與陰極極化電流的方向相同。
殘余電流的另一部分為充電電流,它是由于汞滴的不斷下落而引起的。因?yàn)楫?dāng)每一個(gè)帶電荷的汞滴形成時(shí),需要在汞上構(gòu)成相當(dāng)于外加電位的電荷的緣故。隨著汞滴面積的增加,在外電路中,電子就必須依照汞滴表面為雙電層的正方向,或負(fù)方向而由儲汞瓶流入或移出,因此只要汞滴不斷下以落就有充電電流產(chǎn)生。但當(dāng)在零電點(diǎn)時(shí),汞滴表面不荷電,故無充電電流。
圖73表示在外加電壓為零時(shí)(即滴汞徽電極與陽極短路)的充電電流。在0.1NVKC1溶液中,當(dāng)?shù)喂姌O電位比零電點(diǎn)(-0.56伏)為正時(shí),充電電流的方向與陰極極化的方向相反(負(fù)電流),它與上述的法拉第型電流相抵消一部分;當(dāng)?shù)喂姌O電位比零電點(diǎn)更負(fù)時(shí),充電電流改變方向,它與法拉第型的殘余電流疊加起來。因此,當(dāng)?shù)喂姌O電位較零電點(diǎn)為正時(shí),殘余電流較少;當(dāng)外加電位比零電點(diǎn)更負(fù)時(shí),殘余電流較大
(三)遷移電流與支持電解質(zhì)的作用
(1)遷移電流 在電解池上兩極加電壓后,可還原離子在滴汞電極上的濃度就迅速減少,因此滴汞微電極表面與溶液本體間就產(chǎn)生濃差梯度。由于可還原離子是帶電荷的,所以在產(chǎn)生濃差梯度的同時(shí),滴汞表面與溶液本體之間就有電位梯度存在。如果可還原離子為陽離子,帶有正電荷,則溶液
本體比滴汞面具有較正的電位。推動(dòng)可還原離子到滴汞表面有兩種力,一種是由于濃差梯度產(chǎn)生的護(hù)散力,(另一種是由電位梯度產(chǎn)生的電場力。前者所產(chǎn)生的電流稱為擴(kuò)散電流,后者所產(chǎn)生的電流稱為遷移電流(這是海洛夫斯基提出的名稱)。由于只有擴(kuò)散電流才與可還原離子濃度成正比,因而極譜分析應(yīng)除去遷移電流。
圖74示出了10-3 Mcdcl2在加入(a)0、(b)5、(c)10、(d)40、(e)80倍的KC1支持電解質(zhì)中遷移電流曲線。
消除遷移電流的方法很簡單,只需在待分析溶液中加支持電解質(zhì)即可。所謂支持電介質(zhì),就是這些電介質(zhì)具有很負(fù)的還原電位,它們在待待測離子可還原的電位下并不起反應(yīng),因而又稱為惰性電介質(zhì)。如上例的KC1以及NH4C1、KNO3、HCl、KoH……等。
(2)支持電介質(zhì)的作用
a.消除遷移電流,即擔(dān)負(fù)著99%(約100倍支持電介質(zhì))平衡電勢的作用。電場力對欲測離子的作用可以忽略不計(jì)。
b.支持電解質(zhì)的加入,可增加溶液的導(dǎo)電度,減少溶液的電阻,即減少了溶液的電位降,能得到良好的極譜圖。支持電介質(zhì)過多,使溶液的“粘度”增加,降低靈敏度。
c.它與待測離子形成絡(luò)合物,以改變半波電位,起到消除離子間的干擾作用。如在近中性溶液中,同時(shí)測定鋅與鎳是困難的。因?yàn)樵诮行匀芤褐校\與鎳的半波電位各約為-1.06伏特及-1.11伏特,而在氯化銨及氫氧化銨溶液中,其半波電位各為-1.35伏特及-1.10伏特,可方便地測定。