法拉第電解定律與離子色譜

法拉第（1791年-1867年），英國物理學家、化學家，著名的自學成才的科學家。法拉第出生于一個貧苦的鐵匠家庭，幼年時沒有受過正規(guī)教育，13歲到一個書商兼訂書匠的家里做學徒。那里的書籍堆積如山，法拉第如饑似渴的閱讀各類書籍，汲取了很多電學方面的知識。20歲時，他如愿以償成為了戴維的實驗助手，開啟了他的科學生涯。1821年法拉第發(fā)明了電動機，是世界上所有電動機的鼻祖。1831年提出法拉第電磁感應定律，這一發(fā)現掃清了探索電磁本質道路上的攔路虎，開通了在電池之外大量產生電流的新道路。1834年總結出法拉第電解定律，該定律是連接物理學和化學的橋梁，也是電化學中最早的定量分析定律。法拉第還非常熱心科學普及工作和公眾事業(yè)，為人質樸不圖名利。他的一生是偉大而平凡的^[1]。

法拉第電解定律是描述電極上通過的電量與產物物質的量之間關系的定律，該定律的公式為Q=nZF，式中Q為通入電解池的電量，單位為庫倫；n為電解產物的物質的量，單位為摩爾；Z為電解反應中電子的計量數，無單位；F為法拉第常數，96485庫倫每摩爾。該定律沒有使用條件的限制且實驗條件越精確，所得結果與法拉第電解定律越吻合，此類定律在科學中并不多見^[2]。

法拉第電解定律在離子色譜中的應用主要體現在三個方面，分別是電解微膜抑制器、耐高壓電解淋洗液發(fā)生器和直流安培檢測器。下面逐一進行介紹。

根據法拉第電解定律，當淋洗液流速為1.0mL/min時，只需施加1.6（該數值通常被稱為電流系數）倍于淋洗液濃度的電流即可產生對應的抑制離子。實際上沒有商品化的抑制器可以達到這個電流系數，性能較好的抑制器電流系數為2.5，施加電流過大使基線噪聲變大并縮短抑制器使用壽命。耐高壓電解淋洗液發(fā)生器是離子色譜發(fā)展中的重大跨越，使用電解水即可在線產生純度高、濃度準確的淋洗液。羅明艷報道^[3]的KOH型電解淋洗液發(fā)生器可以達到100%的電流效率（即電解產物完全用于產生淋洗液），在此條件下電解產物的濃度（C）與施加電流（I）之間的關系是：C=0.621I+常數項，這表明當淋洗液流速為1.0mL/min時，施加1mA電流可產生約0.62mmol/LKOH，常數項可能是因為電解質罐內高濃度的氫氧化鉀與流路之間存在濃差擴散等現象。安培檢測器是測定已發(fā)生氧化還原反應離子（多為易被氧化的離子）的首選檢測器，靈敏度與選擇性都很高。使用直流安培檢測器時，待測離子經過色譜柱分離并在電極表面發(fā)生氧化反應，電子轉移形成電流。即使僅有約10%的待測離子被氧化，納安級的電流足以產生信號并被檢測，此現象仍然可以用法拉第電解定律解釋。

結語

法拉第是一位成績斐然、影響深遠的科學家，他發(fā)現的電解定律在電化學和離子色譜中擁有諸多應用。

參考文獻

[1] 法拉第.百度百科

[2] 傅獻彩，沈文霞，姚天洋，侯文華.《物理化學》（第二版）

[3] 羅明艷，呂蓓，沈國斌，章飛芳，楊丙成.《分析化學》。2015(43).10:1569-1572