電化學(xué)工作站在電池檢測(cè)中占有重要地位,它將恒電位儀、恒電流儀和電化學(xué)交流阻抗分析儀有機(jī)地結(jié)合,既可以做三種基本功能的常規(guī)試驗(yàn),也可以做基于這三種基本功能的程式化試驗(yàn)。在試驗(yàn)中,既能檢測(cè)電池電壓、電流、容量等基本參數(shù),又能檢測(cè)體現(xiàn)電池反應(yīng)機(jī)理的交流阻抗參數(shù),從而完成對(duì)多種狀態(tài)下電池參數(shù)的跟蹤和分析。
電化學(xué)工作站可以在電腦的控制下完成開路電位監(jiān)測(cè)、恒電位(流)極化、動(dòng)電位(流)掃描、循環(huán)伏安、恒電位(流)方波、恒電位(流)階躍以及電化學(xué)噪聲監(jiān)測(cè)等多項(xiàng)測(cè)試功能。測(cè)量過程中可以根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)繪圖,能對(duì)電位—電流曲線進(jìn)行各種平滑和數(shù)字濾波處理,并可直接將圖形以矢量方式輸出。
電化學(xué)工作站的本質(zhì)是用于控制和監(jiān)測(cè)電化學(xué)池電流和電位以及其它電化學(xué)參數(shù)變化的儀器裝置。
一個(gè)簡(jiǎn)單的電分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成:工作(研究)電極(W), 參比電極(R),輔助(對(duì))電極 (C), 電解質(zhì)溶液,恒電勢(shì)(位)儀(potentiostat), PC計(jì)算機(jī)(接口+軟件)。
電化學(xué)測(cè)定方法是將化學(xué)物質(zhì)的變化歸結(jié)為電化學(xué)反應(yīng),也就是以體系中的電位、電流或者電量作為體系中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的量度進(jìn)行測(cè)定的方法。包括電流-電位曲線的測(cè)定;電極化學(xué)反應(yīng)的電位分析,電極化學(xué)反應(yīng)的電量分析;對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行微量測(cè)定的極譜分析;交流阻抗測(cè)試等。
常用的電化學(xué)測(cè)試方法技術(shù)電流分析法(也稱為計(jì)時(shí)安培法)、差分脈沖安培法(DPA)、差分脈沖伏安法(DPV)、循環(huán)伏安法(CV)、線性掃描伏安法(LSV)、常規(guī)脈沖伏安法(NPV)、方波伏安法(SWV)等。
電化學(xué)測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)(1) 簡(jiǎn)單易行??蓪⒁话汶y以測(cè)定的化學(xué)參數(shù)直接變換成容易測(cè)定的電參數(shù)加以測(cè)定。
(2) 靈敏度高。因?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)是按法拉第定律進(jìn)行的,所以,即使是微量的物質(zhì)變化也可以通過容易測(cè)定到的電流或電量來進(jìn)行測(cè)定。
(3) 實(shí)時(shí)性好。利用高精度的特點(diǎn),可以檢測(cè)出微反應(yīng)量,并對(duì)其進(jìn)行定量。
電化學(xué)工作站的基本原理及其應(yīng)用交流阻抗的原理及應(yīng)用交流阻抗方法是用小幅度交流信號(hào)擾動(dòng)電解池,并觀察體系在穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)擾動(dòng)的跟隨的情況,同時(shí)測(cè)量電極的交流阻抗,進(jìn)而計(jì)算電極的電化學(xué)參數(shù)。從原理上來說,阻抗測(cè)量可應(yīng)用與任何物理材料,任何體系,只要該體系具有雙電極,并在該雙電極上對(duì)交流電壓具有瞬時(shí)的交流電流相應(yīng)特性即可。
交流阻抗譜(EIS)在金屬表面鈍化方面的應(yīng)用:要確定某鈍化工藝中Fe2+濃度對(duì)鈍化效果的影響,可以在不同的Fe2+濃度下測(cè)試出交流阻抗曲線,從中篩選出最合適的工況。表明濃度1比濃度2、濃度3的成膜工藝要好,因此可以選擇濃度1作為該參數(shù)的最佳條件。
雙氧化鈍化工藝中,在不同F(xiàn)e2+濃度下的交流阻抗曲線
循環(huán)伏安法是在一定電位下測(cè)量體系的電流,得到伏安特性曲線。根據(jù)伏安特性曲線進(jìn)行定性定量分析。如果施加的電位為等腰三角形的形式加在工作電極上,得到的電流電壓曲線包括兩個(gè)分支,如果前半部分電位向陰極方向掃描,產(chǎn)生還原波,那么后半部分電位向陽極方向掃描時(shí),便產(chǎn)生氧化波,該法稱為循環(huán)伏安法。如果電活性物質(zhì)可逆性差,則氧化波與還原波的高度就不同,對(duì)稱性也較差。
從圖中可以看出氧化還原峰很對(duì)稱,陰極峰電流與陽極峰電流近似相等,且隨著掃描速率的增加,兩峰均沒發(fā)生位移只是峰高增大。這些說明[IrC16 ] 2-與[IrCl6 ]3- 之間的氧化還原反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)。
0.5mol/L [IrC16 ] 2-在1.0 mol/L HCl溶液中的CV曲線
電偶電流曲線上的電偶電流的大小實(shí)際上反映的是瞬間的電路板表面所鍍的金屬沉積的速度,也就是直接反映反應(yīng)的速度。
銅-錫電偶電流隨時(shí)間變化曲線
電化學(xué)工作站的其它應(yīng)用電化學(xué)工作站本身可以完成某些功能,而在與微電流放大器等其他設(shè)備一起使用時(shí),可對(duì)其完成功能進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展,接下來我們就來看看電化學(xué)工作站還有哪些應(yīng)用吧。
(1)可完成對(duì)超微電極的穩(wěn)態(tài)電流的測(cè)量;
(2)具有外部信號(hào)輸入通道,測(cè)量參數(shù)的同時(shí)可完成對(duì)外部電壓信號(hào)的記錄;
(3)與微電流放大器一起使用,可將其測(cè)量電流下限降至1pA甚至更低;
(4)與大電流放大器一起使用,可將其測(cè)量電流范圍擴(kuò)展至-100A~100A。
電化學(xué)工作站是電化學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱,是電化學(xué)研究和教學(xué)中重要的測(cè)量設(shè)備,電化學(xué)工作站的本質(zhì)是用于控制和監(jiān)測(cè)電化學(xué)池中的電流、電位及其它電化學(xué)參數(shù)變化的儀器設(shè)備。
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儀器分析是采用儀器通過測(cè)定某些物理化學(xué)性質(zhì)的變化以確定待測(cè)物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)等信息的分析方法。儀器的采用,大大提高了科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)物質(zhì)定性定量研究的準(zhǔn)確性和速度,同時(shí)也刺激了科研和工業(yè)對(duì)儀器性能和功能的要求。
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