【摘 要】
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总磷含量是评判水污染指数的重要指标之一,在检测前需要先氧化消解为正磷酸盐再进行测量。相比于传统的分光光度法和离子色谱法,离子选择电极(Ion Selective Electrode,ISE)检
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总磷含量是评判水污染指数的重要指标之一,在检测前需要先氧化消解为正磷酸盐再进行测量。相比于传统的分光光度法和离子色谱法,离子选择电极(Ion Selective Electrode,ISE)检测法具有响应速度快、操作简便、成本低且易于携带等优点,所以研究开发出一种可以实现原位测量、检测精度高的磷酸根离子选择电极对实现总磷在线检测具有重要意义。本文基于金属钼电极研究了磷酸根离子的检测方法,主要研究工作如下:(1)针对钼电极在测量过程中响应电位随溶液pH改变的问题,提出了采用电化学阻抗谱法(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)分析被测溶液pH值对钼电极的磷酸根离子检测性能的影响机制。首先改变测试偏置电位和溶液pH分别对钼电极/溶液表面进行测试并分析其电化学反应过程;在此基础上建立R(QR)或R(Q(RZw))电路对测试数据进行等效阻抗拟合,分析各拟合参数随溶液pH变化的变化趋势;最后对钼电极在不同pH下对磷酸根离子的测量性能进行测试比较。实验结果表明:当Na2HPO4溶液pH=11时电极反应体系的电荷转移电阻Rct最低,此时钼电极具有较高的检测斜率,达到-28.29 mV/dec。(2)针对钼电极检测磷酸根离子时受溶液pH值和温度干扰的问题,提出了采用磷酸根离子分布系数结合多元线性回归法建立钼电极测量模型。首先分析被测溶液中磷酸根离子浓度、pH值和温度对钼电极输出电位的影响,然后利用磷酸根离子在不同pH条件下的分布系数,在Nernst方程的基础上引入pH的线性补偿项及温度校正项,建立补偿模型。实验的检测结果表明:使用该测量模型钼电极在10-6~10-11 mol/L的Na2HPO4溶液中对磷酸根离子含量的测量误差在6.33%以内;与离子色谱法检测进行对比,最大相对误差为5.50%。(3)针对钼电极无法检测总磷消解装置得到的酸性磷酸盐溶液的问题,提出了采用电渗析方法将消解后的溶液pH值提高至11以上。以稀释的磷酸三乙酯溶液作为被测溶液,将基于钼电极的磷酸根离子检测装置与在线消解设备联合使用,设计正交试验确定最佳电渗析参数,通过已建立的补偿模型对钼电极的测量性能进行测试。实验结果表明:当消解后溶液中磷酸根离子在2.220×10-6~9.481×10-55 mol/L的浓度范围内时,钼电极的检测斜率为-25.38±0.5 mV/dec,检测下限为1.56×10-66 mol/L,具有较好的检测效果,为钼电极用于磷酸盐的在线检测提供参考方向。
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