電化學測量有哪些應用

A. 電化學感測器的原理及應用

基本原理
化學感測器主要由兩部分組成：識別系統；傳導或轉換系統。
識別系統反待測物的某一化學參數（常常是濃度）與傳導系統連結起來。它主要具有兩種功能：選擇性地與待測物發生作用，反所測得的化學參數轉化成傳導系統可以產生響應的信號。分子識別系統是決定整個化學感測器的關鍵因素。因此，化學感測器研究的主要問題**是分子識別系統的選擇以及如何反分子識別系統與合適的傳導系統相連續。化學感測器的傳導系統接受識別系統響應信號，並通過電極、光纖或質量敏感元件將響應信號以電壓、電流或光強度等的變化形式，傳送到電子系統進行放大或進行轉換輸出，終使識別系統的響應信號轉變為人們所能用作分析的信號，檢測出樣品中待測物的量。

化學感測器在環境與衛生監測中的應用

（一）空氣檢驗

1、濕度感測器 濕度是空氣環境的一個重要指標，空氣的濕度與人體蒸發熱之間有著密切關系，高溫高濕時，由於人體水分蒸發困難而感到悶熱，低溫高濕時，人體散熱過程劇烈，容易引起感冒和凍傷。人體**適宜的氣溫是18~22℃，相對濕度為35%～65%RH。 在環境與衛生監測中，常用於濕球溫濕度計、手搖濕溫度計和通風濕溫度計等儀器測定空氣濕度。近年來，大量文獻報道用感測器測定空氣濕度。
2、氧化氮感測器 氧化氮是氮的各種氧化物所組成的氣體混合物的總稱，常以NOX表示。在氧化氮中，不同形式的氧化氮化學穩定性不同，空氣中常風的是化學性質相對穩定的一氧化氮，它們在衛生學上的意義顯得較其它形式氧化氮更為重要。在環境分析中，氧化氮一般指一氧化氮
3、硫化氫氣體感測器 硫化氫是一種無色、具有特殊腐蛋臭味的可燃氣體，具有刺激性和窒息性，對人體有較大危害。目前大多用比色法和氣相色譜法測定空氣中硫化
4、二氧化硫感測器 二氧化硫是污染空氣的主要物質之一，檢測空氣中二氧化硫嘗試是空氣檢驗的一項經常性工作。應用感測器監測二氧化硫。從縮短檢測時間到降低檢出限，都顯示出極大的優越性。

B. 電化學工作站能測什麼

電化學工作站既能檢測電池電壓、電流、容量等基本參數，又能檢測體現電池反應機理的交流阻抗參數，從而完成對多種狀態下電池參數的跟蹤和分析。電化學工作站是電化學測量系統的簡稱，是電化學研究和教學常用的測量設備。其主要有2大類，單通道工作站和多通道工作站，應用於生物技術、物質的定性定量分析等。

電化學工作站可直接用於超微電極上的穩態電流測量。如果與微電流放大器及屏蔽箱連接，可測量1pA或更低的電流。如果與大電流放大器連接，電流范圍可拓寬為±100A。某些實驗方法的時間尺度的數量級可達l0倍，動態范圍極為寬廣，一些工作站甚至沒有時間記錄的限制。可進行循環伏安法、交流阻抗法、交流伏安法、電流滴定、電位滴定等測量。

電化學工作站可以同時進行兩電極、三電極及四電極的工作方式。四電極可用於液/液界面電化學測量，對於大電流或低阻抗電解池(例如電池)也十分重要，可消除由於電纜和接觸電阻引起的測量誤差。儀器還有外部信號輸入通道，可在記錄電化學信號的同時記錄外部輸入的電壓信號，例如光譜信號，快速動力學反應信號等。這對光譜電化學，電化學動力學等實驗極為方便。

C. 電化學分析法的應用

（1）電化學分析法不僅可用於物質組成和含量的定量分析，也可用於結構分析，如進行元素價態和形態分析。
（2）傳統電化學分析法主要用於無機離子的分析，隨著該類技術的發展，測定有機化合物的應用也日益廣泛，在葯物分析的應用也越來越多。
（3）隨著電極製造技術的不斷進步，超微電極直接刺入生物體內，活體分析也成為現實。
（4）電化學分析法還可用作為科學研究的工具，如化學平衡常數測定、化學反應機理研究、研究電極過程動力學、氧化還原過程、催化反應過程、有機電極過程、吸附現象等等。
（5）電化學分析法還因為信號易傳遞、易於實現自動化和連續化以及儀器簡單、價格便宜等特點，在環境監測與控制、工業自動控制和在線分析領域有著重要的地位。
電分析化學是利用物質的電學和電化學性質進行表徵和測量的科學，它是電化學和分析化學學科的重要組成部分，與其它學科，如物理學、電子學、計算機科學、材料科學以及生物學等有著密切的關系。電分析化學已經建立了比較完整的理論體系。電分析化學既是現代分析化學的一個重要分支，又是一門表面科學，在研究表面現象和相界面過程中發揮著越來越重要的作用。
1.電分析化學方法是一種公認的快速、靈敏、准確的微量和痕量分析方法。溶出伏安法測定重金屬離子的濃度可以低至10-12mol/L，結合催化法，測定靈敏度可以達到10-14mol/L，如果結合生物酶的專一催化反應，檢出限可以達到10-16mol/L，電分析儀器簡單，價格低廉，特別是在有機、生物和葯物、環境分析中與越來越顯示出很大的潛力和優越性。另外。在一些苛刻的環境條件下，如流動的河流、非水化學流動過程、熔岩及核反應堆芯的流體中，電化學方法也是非常有用的。
2.電極過程動力學和電極反應機理的研究，是電分析化學的另外一個重要方面。 電極過程中常常包含有在溶液中或在電極表面上進行的化學步驟、新相的生成和表面擴散步驟等。電極過程動力學的研究在冶金、電鍍、有機物與無機物的電合成、化學電源、化學感測器以及金屬材料的腐蝕防護等方面都具有重要意義。
3.物質在電極上的氧化還原反應機理是十分復雜的，但它的研究結果對許多學科都具有借鑒意義，特別是在生物化學和葯物學研究領域。例如，葯物在人體內的代謝過程就是一個生物氧化還原過程，與葯物在電極上的氧化還原反應具有某些相似性。從電極反應的機理，可以了解這些葯物的生物氧化還原過程。亦可研究熱、光、氧、酒、酸、鹼等對生物過程的影響，研究聯合作用、協同效應和拒抗作用，研究人體中常見物質的影響等，為葯物的臨床應用和葯理葯效的研究提供理論依據。

D. 電化學方法原理和應用

電化學（Electrochemistry）是研究電和化學反應相互關系的科學，即研究兩類導體形成的帶電界面現象及其上所發生的變化的科學。電和化學反應相互作用可通過電池來完成，也可利用高壓靜電放電來實現（如氧通過無聲放電管轉變為臭氧），二者統稱電化學，後者為電化學的一個分支，稱放電化學。由於放電化學有了專門的名稱，因而，電化學往往專門指「電池的科學」。 電化學如今已形成了合成電化學、量子電化學、半導體電化學、有機導體電化學、光譜電化學、生物電化學等多個分支。電化學在化工、冶金、機械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫學、材料、能源、金屬腐蝕與防護、環境科學等科技領域獲得了廣泛的應用。電化學是研究電和化學反應相互關系的科學。

在物理化學眾多分支中，電化學是唯一以大工業為基礎的學科。其應用分為以下幾個方面：①電解工業：其中氯鹼工業是僅次於合成氨和硫酸的無機物基礎工業、耐綸66的中間單體己二腈是通過電解合成的；鋁、鈉等輕金屬的冶煉，銅、鋅等的精煉也都用的是電解法；②機械工業：要用電鍍、電拋光、電泳塗漆等來完成部件的表面精整；③環境保護：用電滲析的方法除去氰離子、鉻離子等污染物；④化學電源；⑤金屬防腐蝕：大部分金屬腐蝕是電化學腐蝕問題；⑥許多生命現象如肌肉運動、神經的信息傳遞都涉及到電化學機理；⑦應用電化學原理發展起來的各種電化學分析法，已成為實驗室和工業監控不可缺少的手段。現在電化學熱點問題多，如電化學工業、電化學感測器、金屬腐蝕、生物電化學、化學電源等。

一、電化學兩種原理

原電池是將化學能轉變成電能的裝置。根據定義，普通的干電池、燃料電池等都可以稱為原電池。原電池，與蓄電池相對，又稱非蓄電池，是利用兩個電極之間金屬性的不同，產生電勢差，從而使電子流動，產生電流，是電化電池的一種，其電化反應不能逆轉，只能將化學能轉換為電能，簡單來講就是不能重新儲存電力。原電池工作原理：原電池是將一個能自發進行的氧化還原反應的氧化反應和還原反應分別在原電池的負極和正極上發生，從而在外電路中產生電流。

電解池是將電能轉化為化學能的裝置。電解是使電流通過電解質溶液（或熔融的電解質）而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。

二、電化學的發展

電學最早起源於靜電起電，1791年伽伐尼發表了金屬能使蛙腿肌肉抽縮的「動物電」現象，一般認為這是電化學起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基礎上發明了用不同的金屬片夾濕紙組成的「電堆」，即現今所謂「伏打堆」，這是化學電源的雛型。在直流電機發明以前，各種化學電源是唯一能提供恆穩電流的電源。1834年法拉第電解定律的發現為電化學奠定了定量基礎。

19世紀下半葉，赫爾姆霍茲和吉布斯的工作，賦於電池的「起電力」(今稱「電動勢」)以明確的熱力學含義；1889年能斯特用熱力學導出了參與電極反應的物質濃度與電極電勢的關系，即著名的能斯脫公式；1923年德拜和休克爾提出了人們普遍接受的強電解質稀溶液靜電理論，大大促進了電化學在理論探討和實驗方法方面的發展。

20世紀40年代以後，電化學暫態技術的應用和發展、電化學方法與光學和表面技術的聯用，使人們可以研究快速和復雜的電極反應，可提供電極界面上分子的信息。電化學一直是物理化學中比較活躍的分支學科，它的發展與固體物理、催化、生命科學等學科的發展相互促進、相互滲透。

三、電化學研究內容

電池由兩個電極和電極之間的電解質構成，因而電化學的研究內容應包括兩個方面：一是電解質的研究，即電解質學，其中包括電解質的導電性質、離子的傳輸性質、參與反應離子的平衡性質等，其中電解質溶液的物理化學研究常稱作電解質溶液理論；另一方面是電極的研究，即電極學，其中包括電極的平衡性質和通電後的極化性質，也就是電極和電解質界面上的電化學行為。電解質學和電極學的研究都會涉及到化學熱力學、化學動力學和物質結構。

四、電化學分析方法

電化學分析法（electrochemical analysis）也稱電分析化學法，是基於物質在溶液中的電化學性質基礎上的一類儀器分析方法，由德國化學家C.溫克勒爾在19世紀首先引入分析領域，儀器分析法始於1922年捷克化學家 J.海洛夫斯基建立極譜法。通常將試液作為化學電池的一個組成部分，根據該電池的某種電參數（如電阻、電導、電位、電流、電量或電流-電壓曲線等）與被測物質的濃度之間存在一定的關系而進行測定的方法。

電分析化學是利用物質的電學和電化學性質進行表徵和測量的科學，它是電化學和分析化學學科的重要組成部分，與其它學科，如物理學、電子學、計算機科學、材料科學以及生物學等有著密切的關系。電分析化學已經建立了比較完整的理論體系。電分析化學既是現代分析化學的一個重要分支，又是一門表面科學，在研究表面現象和相界面過程中發揮著越來越重要的作用。

電化學分析法是應用電化學原理和技術，利用化學電池內被分析溶液的組成及含量與其電化學性質的關系而建立起來的一類分析方法，其操作方便。許多電化學分析法既可定性，又可定量；既能分析有機物，又能分析無機物，並且許多方法便於自動化，在生產等各個領域有著廣泛的應用。

E. 電化學有哪些應用領域

電化學的應用領域：
1、電解工業，其中的氯鹼工業是僅次於合成氨和硫酸的無機物基礎工業、耐綸66的中間單體己二腈是通過電解合成的；鋁、鈉等輕金屬的冶煉，銅、鋅等的精煉也都用的是電解法；

2、機械工業要用電鍍、電拋光、電泳塗漆等來完成部件的表面精整；
3、環境保護可用電滲析的方法除去氰離子、鉻離子等污染物；
4、化學電源；
5、金屬的防腐蝕問題，大部分金屬腐蝕是電化學腐蝕問題；
6、許多生命現象如肌肉運動、神經的信息傳遞都涉及到電化學機理；
7、應用電化學原理發展起來的各種電化學分析法已成為實驗室和工業監控的不可缺少的手段。
電化學（electrochemistry）作為化學的分支之一，是研究兩類導體（電子導體，如金屬或半導體，以及離子導體，如電解質溶液）形成的接界面上所發生的帶電及電子轉移變化的科學。傳統觀念認為電化學主要研究電能和化學能之間的相互轉換，如電解和原電池。但電化學並不局限於電能出現的化學反應，也包含其它物理化學過程，如金屬的電化學腐蝕，以及電解質溶液中的金屬置換反應。
利用電化學手段分離溶液中的金屬離子、有機分子的方法，共分四類：

1、控制電位的電解分離法
當溶液中存在兩種或兩種以上的金屬離子時，如果它們的還原電位相近，□例如Cu□（標准電極電位□□=+0.345伏）和Bi□(□□=0.2伏)，則在電解時都會還原析出，達不到分離的目的。圖1兩種金屬離子A和B的分解電位表示，如果控制陰極電位為□，則金屬離子A可產生強度為□的電流，即可被還原；而金屬離子B的電流強度極小，即幾乎不能被還原，這樣即可達到分離目的，並分別測定A和B。在電解過程中，陰極電位□□□是在不斷變化的，□□=□式中□□為標准電極電位；□□為氣體常數；□為熱力學溫度；□為電極過程電子轉移數；□為法拉第常數；□為離子活度；□□為陰極超電壓。電解時，離子濃度不斷降低，□□的負值不斷增加，以致B也被電解出來。為了控制陰極電位，要用圖2控制電位的線路的線路隨時調整外加電壓。，e□是鉑絲對電極，e□是參比電極(飽和甘汞電極)。選定的e□的電位(相對於e□)可從電位計V讀出，電解電流從毫安計A讀出，在電解過程中不斷調整電阻□以保持陰極電位不變。
至於選擇什麼電位要看實驗條件，例如在分別測定Cu□和Bi□時，由於兩者電位太相近，需要在溶液中加入酒石酸，調節pH=5.8～6.0，Bi□與酒石酸生成的絡合物比Cu□的穩定得多，使兩者的分解電壓相差得大一些，然後再加入適量的肼，以加速Cu□的還原。在這種條件下，控制陰極電位為－0.30伏，銅先電解出來，稱出陰極的增重後，調節pH為4.5～5.5，控制陰極電位為－0.40伏，可將鉍全部電解出來。如果溶液中還有Pb□，可將電位控制在－0.50伏，進行電解。應用此法時，後被電解的離子的濃度不能超過先被電解的離子的濃度。

2、汞陰極電解分離法
H□在汞陰極上被還原時，有很大的超電壓，所以在酸性溶液中可以分離掉一些容易被還原的金屬離子，使一些重金屬（如銅、鉛、鎘、鋅）沉積在汞陰極上，形成汞齊，同時保留少量不容易被還原的離子，如鹼金屬、鹼土金屬、鋁、鐵、鎳、鉻、鈦、釩、鎢、硅等。

3、內電解分離法
在酸性溶液中，利用金屬氧化－還原電位的不同，可以組成一個內電解池，即不需要外加電壓就可以進行電解。例如要從大量鉛中分離微量銅，在硫酸溶液中Cu□比Pb□先還原，因此可將鉛板作為一個電極，與鉑電極相連，組成一個內電解池，它產生一個自發的電動勢，來源於Pb的氧化和Cu□的還原。這個電動勢使反應能夠進行，直到電流趨近於零時，內電解池就不再作用了。內電解可以分離出微量的容易還原的金屬離子，缺點是電解進行緩慢，因此應用不廣。

4、電滲析法
液體中的離子或荷電質點能在電場的影響下遷移。由於離子的性質不同，遷移的速率也不同，正負電荷移動的方向也不同。當在電池的兩極加上一個直流電壓時，可以把一些有機物的混合物分離。如臨床實驗中常用此法研究蛋白質，將試樣放在一個載器上，外加電場後，荷電質點沿著載器向電荷相反的電極遷移，因它們移動的速率不同而分離，一般能把血清蛋白分成五部分。改進實驗技術可使濃縮斑點的寬度達到25微米左右，然後進行電滲析，可將血清蛋白分成二十個很清晰的部分。

F. 電化學主要應用於哪些領域

（1）電解，電鍍！
（2）電池行業！
（3）電化學分析！
（4）金屬電化防腐蝕！

G. 在環境分析中電化學檢測方法的應用有哪些

在環境分析中電化學檢測方法的應用有哪些
環境電化學就是將電化學與環境科學結合起來而形成的一個新的交叉學科分支，也就是將電池、腐蝕、介電科學和技術、電沉積、電子學、能源技術、高溫材料、工業電解和電化學工藝、熒光和顯示材料、有機生物電化學、物理電化學和感測器等12項電化學工藝技術，與環境化學、環境微生物和環境工程等相互貫通融合。環境電化學著重在利用荷電離子或光電子的電極特性與移動規律，探究環境污染物的遷移、轉化及其歸宿。

H. 電化學工作站的用途

電化學工作站的用途是測量電化學的。
電化學工作站可直接用於超微電極上的穩態電流測量。如果與微電流放大器及屏蔽箱連接，可測量1pA或更低的電流。如果與大電流放大器連接，電流范圍可拓寬為±100A。某些實驗方法的時間尺度的數量級可達l0倍，動態范圍極為寬廣，一些工作站甚至沒有時間記錄的限制。可進行循環伏安法、交流阻抗法、交流伏安法、電流滴定、電位滴定等測量。
工作站可以同時進行兩電極、三電極及四電極的工作方式。四電極可用於液/液界面電化學測量，對於大電流或低阻抗電解池(例如電池)也十分重要，可消除由於電纜和接觸電阻引起的測量誤差。儀器還有外部信號輸入通道，可在記錄電化學信號的同時記錄外部輸入的電壓信號，例如光譜信號，快速動力學反應信號等。這對光譜電化學，電化學動力學等實驗極為方便。

I. 電化學法測量腐蝕速率的適用范圍

金屬的腐蝕是一種常見的自然現象，金屬的腐蝕問題遍及各行各業， 不僅造成了資源的嚴重浪費，阻礙經濟增長，而且在工業生產過程中易導致較大的安全隱患， 對人身和財產安全造成巨大威脅。
腐蝕研究中主要的研究方法包括以X 射線衍射、 金相顯微鏡及掃描電鏡分析為主的表面分析技術，研究腐蝕速率的有失重法、鹽霧試驗法以及電化學分析技術。電化學測試技術因具有操作簡單、測量耗時短、對材料損害小、測量結果精確和獲得的電極腐蝕動力學信息全面等優點，被廣泛應用於腐蝕科學的研究中。
1、開路電位法
將金屬或合金浸泡在腐蝕溶液中， 連接電化學測量電路，在沒有外電流通過的情況下，測得的穩定電位即為開路電位。 通過測量開路電位可研究金屬或合金的腐蝕和鈍化情況，且方法操作簡單，由於沒有電流通過，不會造成極化，也有利於保護材料。
2、動電位測量法
通過極化曲線分析金屬與合金的耐腐蝕性、金屬溶解與鈍化過程是一種應用較廣泛的電化學測試方法， 主要包括極化曲線法以及循環伏安等方法， 由穩態極化曲線位置和形狀等特徵可分析腐蝕過程進行的電化學行為特徵，可計算出一些重要的腐蝕行為參數，對腐蝕過程進行解析，判斷耐腐蝕性能。
3、電化學阻抗法
電化學阻抗技術近些年發展迅速，應用范圍也已經從傳統的電化學領域擴展到了化學電源、生物膜性能以及導電材料和材料表面改性等諸多領域 。 而電化學阻抗技術也在腐蝕領域有著重要應用，可用來研究腐蝕過程中電極表面的變化和腐蝕物質對塗層及鍍層的破壞情況，以及金屬的的陽極溶解及鈍化等過程。 因為電化學阻抗技術施加小振幅的擾動，因此可避免劇烈的極化現象，又因其頻率范圍較寬，較其他電化學方法可獲得更多的電極化學反應信息。