电化学分析及应用

仪器分析

综述

题目：《电化学分析及应用》学院：化学化工学院

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电化学分析简述

一、概述

1．根据测量的电信号不同，电化学分析法可分为电位法、电解法、电导法和伏安法。

2．电位法是通过测量电极电动势以求得待测物质含量的分析方法。若根据电极电位测量值，直接求算待测物的含量，称为直接电位法；若根据滴定过程中电极电位的变化以确定滴定的终点，称为电位滴定法。

3．电解法是根据通电时，待测物在电他电极上发生定量沉积的性质以确定待测物含量的分析方法。

4．电导法是根据测量分析溶液的电导以确定待测物含量的分析方法。

5．伏安法是将一微电极插入待测溶液中，利用电解时得到的电流-电压曲线为基础而演变出来的各种分析方法的总称。

二、特点

电化学分析法具有以下特点。

①灵敏度较高。最低分析检出限可达10－12mol/L。

②准确度高。如库仑分析法和电解分析法的准确度很高，前者特别适用于微量成分的测定，后者适用于高含量成分的测定。

③测量范围宽。电位分析法及微库仑分析法等可用于微量组分的测定；电解分析法、电容量分析法及库仑分析法则可用于中等含量组分及纯物质的分析。

④仪器设备较简单，价格低廉，仪器的调试和操作都较简单，容易实现自动化。

⑤选择性差。电化学分析的选择性一般都较差，但离子选择性电极法、极谱法及控制阴极电位电解法选择性较高。根据所测量电学量的不同，电化学分析法可分为电导分析法、电位分析法、伏安法和极谱分析法、电解和库仑分析法。

三、应用

（1）电化学分析法不仅可用于物质组成和含量的定量分析，也可用于结构分析，如进行元素价态和形态分析。

（2）传统电化学分析法主要用于无机离子的分析，随着该类技术的发展，测定有机化合物的应用也日益广泛，在药物分析的应用也越来越多。

（3）随着电极制造技术的不断进步，超微电极直接刺入生物体内，活体分析也成为现实。

（4）电化学分析法还可用作为科学研究的工具，如化学平衡常数测定、化学反应机理研究、研究电极过程动力学、氧化还原过程、催化反应过程、有机电极过程、吸附现象等等。

（5）电化学分析法还因为信号易传递、易于实现自动化和连续化以及仪器简单、价格便宜等特点，在环境监测与控制、工业自动控制和在线分析领域有着重要的地位。

电分析化学是利用物质的电学和电化学性质进行表征和测量的科学，它是电化学和分析化学学科的重要组成部分，与其它学科，如物理学、电子学、计算机科学、材料科学以及生物学等有着密切的关系。电分析化学已经建立了比较完整的理论体系。电分析化学既是现代分析化学的一个重要分支，又是一门表面科学，在研究表面现象和相界面过程中发挥着越来越重要的作用。

1.电分析化学方法是一种公认的快速、灵敏、准确的微量和痕量分析方法。溶出伏安法测定重金属离子的浓度可以低至10-12mol/L，结合催化法，测定灵敏度可以达到

10-14mol/L，如果结合生物酶的专一催化反应，检出限可以达到10-16mol/L，电分析仪器简单，价格低廉，特别是在有机、生物和药物、环境分析中与越来越显示出很大的潜力和优越性。另外。在一些苛刻的环境条件下，如流动的河流、非水化学流动过程、熔岩及核反应堆芯的流体中，电化学方法也是非常有用的。

2.电极过程动力学和电极反应机理的研究，是电分析化学的另外一个重要方面。电极过程中常常包含有在溶液中或在电极表面上进行的化学步骤、新相的生成和表面扩散步骤等。电极过程动力学的研究在冶金、电镀、有机物与无机物的电合成、化学电源、化学传感器以及金属材料的腐蚀防护等方面都具有重要意义。

3.物质在电极上的氧化还原反应机理是十分复杂的，但它的研究结果对许多学科都具有借鉴意义，特别是在生物化学和药物学研究领域。例如，药物在人体内的代谢过程就是一个生物氧化还原过程，与药物在电极上的氧化还原反应具有某些相似性。从电极反应的机理，可以了解这些药物的生物氧化还原过程。亦可研究热、光、氧、酒、酸、碱等对生物过程的影响，研究联合作用、协同效应和拒抗作用，研究人体中常见物质的影响等，为药物的临床应用和药理药效的研究提供理论依据。

四、线性扫描伏安法

线性扫描伏安法是在电极上施加一个线性变化的电压, 即电极电位是随外加电压线性变化记录工作电极上的电解电流的方法。记录的电流随电极电位变化的曲线称为线性扫描伏安图。可逆电极反应的峰电流如下 :

式中 , n为电子交换数;A为电极有效面积;Do 为反应物的扩散系数;v为电位扫描速度 ;Co * 为反应物 (氧化态 ) 的本体浓度。当电极的有效面积 A 不变时, 式 (1) 也可以简化为:

即峰电流与电位扫描速度 v的 1 /2次方成正比 , 与反应物的本体浓度成正比。这就是线性扫描伏安法定量分析的依据。对于可逆电极反应, 峰电位与扫描速度无关,

但当电极反应为不可逆时 (准可逆或完全不可逆), 峰电位 Ep 随扫描速度 v增大而负(或正)移。

五、循环伏安法[1]

循环伏安法的原理与线性扫描伏安法相同 , 只是比线性扫描伏安法多了一个回扫, 所以称为循环伏安法。循环伏安法是电化学方法中最常用的实验技术, 也是电化学表征的主要方法。循环伏安法有两个重要的实验参数 , 一是峰电流之比, 二是峰电位之差。对于可逆电极反应, 峰电流之比 |ipc /ipa∣ (阴极峰电流 ipc与阳极峰电流 ipa之比) 的绝对值约等于 1。峰电位之差ΔEp (阴极峰电流 Epc与阳极峰电流 Epa之差, ΔEp =|Epa-Epc| 约为 60mV (25℃), 即

参考文献

[1] 何为唐先忠王守绪王磊，线性扫描伏安法与循环伏安法实验技术， 2005年10月，126-128。