电化学测量有哪些应用

A. 电化学传感器的原理及应用

基本原理
化学传感器主要由两部分组成：识别系统；传导或转换系统。
识别系统反待测物的某一化学参数（常常是浓度）与传导系统连结起来。它主要具有两种功能：选择性地与待测物发生作用，反所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题**是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。

化学传感器在环境与卫生监测中的应用

（一）空气检验

1、湿度传感器 湿度是空气环境的一个重要指标，空气的湿度与人体蒸发热之间有着密切关系，高温高湿时，由于人体水分蒸发困难而感到闷热，低温高湿时，人体散热过程剧烈，容易引起感冒和冻伤。人体**适宜的气温是18~22℃，相对湿度为35%～65%RH。 在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。近年来，大量文献报道用传感器测定空气湿度。
2、氧化氮传感器 氧化氮是氮的各种氧化物所组成的气体混合物的总称，常以NOX表示。在氧化氮中，不同形式的氧化氮化学稳定性不同，空气中常风的是化学性质相对稳定的一氧化氮，它们在卫生学上的意义显得较其它形式氧化氮更为重要。在环境分析中，氧化氮一般指一氧化氮
3、硫化氢气体传感器 硫化氢是一种无色、具有特殊腐蛋臭味的可燃气体，具有刺激性和窒息性，对人体有较大危害。目前大多用比色法和气相色谱法测定空气中硫化
4、二氧化硫传感器 二氧化硫是污染空气的主要物质之一，检测空气中二氧化硫尝试是空气检验的一项经常性工作。应用传感器监测二氧化硫。从缩短检测时间到降低检出限，都显示出极大的优越性。

B. 电化学工作站能测什么

电化学工作站既能检测电池电压、电流、容量等基本参数，又能检测体现电池反应机理的交流阻抗参数，从而完成对多种状态下电池参数的跟踪和分析。电化学工作站是电化学测量系统的简称，是电化学研究和教学常用的测量设备。其主要有2大类，单通道工作站和多通道工作站，应用于生物技术、物质的定性定量分析等。

电化学工作站可直接用于超微电极上的稳态电流测量。如果与微电流放大器及屏蔽箱连接，可测量1pA或更低的电流。如果与大电流放大器连接，电流范围可拓宽为±100A。某些实验方法的时间尺度的数量级可达l0倍，动态范围极为宽广，一些工作站甚至没有时间记录的限制。可进行循环伏安法、交流阻抗法、交流伏安法、电流滴定、电位滴定等测量。

电化学工作站可以同时进行两电极、三电极及四电极的工作方式。四电极可用于液/液界面电化学测量，对于大电流或低阻抗电解池(例如电池)也十分重要，可消除由于电缆和接触电阻引起的测量误差。仪器还有外部信号输入通道，可在记录电化学信号的同时记录外部输入的电压信号，例如光谱信号，快速动力学反应信号等。这对光谱电化学，电化学动力学等实验极为方便。

C. 电化学分析法的应用

（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。

D. 电化学方法原理和应用

电化学（Electrochemistry）是研究电和化学反应相互关系的科学，即研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压静电放电来实现（如氧通过无声放电管转变为臭氧），二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。由于放电化学有了专门的名称，因而，电化学往往专门指“电池的科学”。 电化学如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。

在物理化学众多分支中，电化学是唯一以大工业为基础的学科。其应用分为以下几个方面：①电解工业：其中氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的无机物基础工业、耐纶66的中间单体己二腈是通过电解合成的；铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等的精炼也都用的是电解法；②机械工业：要用电镀、电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整；③环境保护：用电渗析的方法除去氰离子、铬离子等污染物；④化学电源；⑤金属防腐蚀：大部分金属腐蚀是电化学腐蚀问题；⑥许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递都涉及到电化学机理；⑦应用电化学原理发展起来的各种电化学分析法，已成为实验室和工业监控不可缺少的手段。现在电化学热点问题多，如电化学工业、电化学传感器、金属腐蚀、生物电化学、化学电源等。

一、电化学两种原理

原电池是将化学能转变成电能的装置。根据定义，普通的干电池、燃料电池等都可以称为原电池。原电池，与蓄电池相对，又称非蓄电池，是利用两个电极之间金属性的不同，产生电势差，从而使电子流动，产生电流，是电化电池的一种，其电化反应不能逆转，只能将化学能转换为电能，简单来讲就是不能重新储存电力。原电池工作原理：原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。

电解池是将电能转化为化学能的装置。电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

二、电化学的发展

电学最早起源于静电起电，1791年伽伐尼发表了金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象，一般认为这是电化学起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基础上发明了用不同的金属片夹湿纸组成的“电堆”，即现今所谓“伏打堆”，这是化学电源的雏型。在直流电机发明以前，各种化学电源是唯一能提供恒稳电流的电源。1834年法拉第电解定律的发现为电化学奠定了定量基础。

19世纪下半叶，赫尔姆霍兹和吉布斯的工作，赋于电池的“起电力”(今称“电动势”)以明确的热力学含义；1889年能斯特用热力学导出了参与电极反应的物质浓度与电极电势的关系，即着名的能斯脱公式；1923年德拜和休克尔提出了人们普遍接受的强电解质稀溶液静电理论，大大促进了电化学在理论探讨和实验方法方面的发展。

20世纪40年代以后，电化学暂态技术的应用和发展、电化学方法与光学和表面技术的联用，使人们可以研究快速和复杂的电极反应，可提供电极界面上分子的信息。电化学一直是物理化学中比较活跃的分支学科，它的发展与固体物理、催化、生命科学等学科的发展相互促进、相互渗透。

三、电化学研究内容

电池由两个电极和电极之间的电解质构成，因而电化学的研究内容应包括两个方面：一是电解质的研究，即电解质学，其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等，其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质溶液理论；另一方面是电极的研究，即电极学，其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质，也就是电极和电解质界面上的电化学行为。电解质学和电极学的研究都会涉及到化学热力学、化学动力学和物质结构。

四、电化学分析方法

电化学分析法（electrochemical analysis）也称电分析化学法，是基于物质在溶液中的电化学性质基础上的一类仪器分析方法，由德国化学家C.温克勒尔在19世纪首先引入分析领域，仪器分析法始于1922年捷克化学家 J.海洛夫斯基建立极谱法。通常将试液作为化学电池的一个组成部分，根据该电池的某种电参数（如电阻、电导、电位、电流、电量或电流-电压曲线等）与被测物质的浓度之间存在一定的关系而进行测定的方法。

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。

电化学分析法是应用电化学原理和技术，利用化学电池内被分析溶液的组成及含量与其电化学性质的关系而建立起来的一类分析方法，其操作方便。许多电化学分析法既可定性，又可定量；既能分析有机物，又能分析无机物，并且许多方法便于自动化，在生产等各个领域有着广泛的应用。

E. 电化学有哪些应用领域

电化学的应用领域：
1、电解工业，其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的无机物基础工业、耐纶66的中间单体己二腈是通过电解合成的；铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等的精炼也都用的是电解法；

2、机械工业要用电镀、电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整；
3、环境保护可用电渗析的方法除去氰离子、铬离子等污染物；
4、化学电源；
5、金属的防腐蚀问题，大部分金属腐蚀是电化学腐蚀问题；
6、许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递都涉及到电化学机理；
7、应用电化学原理发展起来的各种电化学分析法已成为实验室和工业监控的不可缺少的手段。
电化学（electrochemistry）作为化学的分支之一，是研究两类导体（电子导体，如金属或半导体，以及离子导体，如电解质溶液）形成的接界面上所发生的带电及电子转移变化的科学。传统观念认为电化学主要研究电能和化学能之间的相互转换，如电解和原电池。但电化学并不局限于电能出现的化学反应，也包含其它物理化学过程，如金属的电化学腐蚀，以及电解质溶液中的金属置换反应。
利用电化学手段分离溶液中的金属离子、有机分子的方法，共分四类：

1、控制电位的电解分离法
当溶液中存在两种或两种以上的金属离子时，如果它们的还原电位相近，□例如Cu□（标准电极电位□□=+0.345伏）和Bi□(□□=0.2伏)，则在电解时都会还原析出，达不到分离的目的。图1两种金属离子A和B的分解电位表示，如果控制阴极电位为□，则金属离子A可产生强度为□的电流，即可被还原；而金属离子B的电流强度极小，即几乎不能被还原，这样即可达到分离目的，并分别测定A和B。在电解过程中，阴极电位□□□是在不断变化的，□□=□式中□□为标准电极电位；□□为气体常数；□为热力学温度；□为电极过程电子转移数；□为法拉第常数；□为离子活度；□□为阴极超电压。电解时，离子浓度不断降低，□□的负值不断增加，以致B也被电解出来。为了控制阴极电位，要用图2控制电位的线路的线路随时调整外加电压。，e□是铂丝对电极，e□是参比电极(饱和甘汞电极)。选定的e□的电位(相对于e□)可从电位计V读出，电解电流从毫安计A读出，在电解过程中不断调整电阻□以保持阴极电位不变。
至于选择什么电位要看实验条件，例如在分别测定Cu□和Bi□时，由于两者电位太相近，需要在溶液中加入酒石酸，调节pH=5.8～6.0，Bi□与酒石酸生成的络合物比Cu□的稳定得多，使两者的分解电压相差得大一些，然后再加入适量的肼，以加速Cu□的还原。在这种条件下，控制阴极电位为－0.30伏，铜先电解出来，称出阴极的增重后，调节pH为4.5～5.5，控制阴极电位为－0.40伏，可将铋全部电解出来。如果溶液中还有Pb□，可将电位控制在－0.50伏，进行电解。应用此法时，后被电解的离子的浓度不能超过先被电解的离子的浓度。

2、汞阴极电解分离法
H□在汞阴极上被还原时，有很大的超电压，所以在酸性溶液中可以分离掉一些容易被还原的金属离子，使一些重金属（如铜、铅、镉、锌）沉积在汞阴极上，形成汞齐，同时保留少量不容易被还原的离子，如碱金属、碱土金属、铝、铁、镍、铬、钛、钒、钨、硅等。

3、内电解分离法
在酸性溶液中，利用金属氧化－还原电位的不同，可以组成一个内电解池，即不需要外加电压就可以进行电解。例如要从大量铅中分离微量铜，在硫酸溶液中Cu□比Pb□先还原，因此可将铅板作为一个电极，与铂电极相连，组成一个内电解池，它产生一个自发的电动势，来源于Pb的氧化和Cu□的还原。这个电动势使反应能够进行，直到电流趋近于零时，内电解池就不再作用了。内电解可以分离出微量的容易还原的金属离子，缺点是电解进行缓慢，因此应用不广。

4、电渗析法
液体中的离子或荷电质点能在电场的影响下迁移。由于离子的性质不同，迁移的速率也不同，正负电荷移动的方向也不同。当在电池的两极加上一个直流电压时，可以把一些有机物的混合物分离。如临床实验中常用此法研究蛋白质，将试样放在一个载器上，外加电场后，荷电质点沿着载器向电荷相反的电极迁移，因它们移动的速率不同而分离，一般能把血清蛋白分成五部分。改进实验技术可使浓缩斑点的宽度达到25微米左右，然后进行电渗析，可将血清蛋白分成二十个很清晰的部分。

F. 电化学主要应用于哪些领域

（1）电解，电镀！
（2）电池行业！
（3）电化学分析！
（4）金属电化防腐蚀！

G. 在环境分析中电化学检测方法的应用有哪些

在环境分析中电化学检测方法的应用有哪些
环境电化学就是将电化学与环境科学结合起来而形成的一个新的交叉学科分支，也就是将电池、腐蚀、介电科学和技术、电沉积、电子学、能源技术、高温材料、工业电解和电化学工艺、荧光和显示材料、有机生物电化学、物理电化学和传感器等12项电化学工艺技术，与环境化学、环境微生物和环境工程等相互贯通融合。环境电化学着重在利用荷电离子或光电子的电极特性与移动规律，探究环境污染物的迁移、转化及其归宿。

H. 电化学工作站的用途

电化学工作站的用途是测量电化学的。
电化学工作站可直接用于超微电极上的稳态电流测量。如果与微电流放大器及屏蔽箱连接，可测量1pA或更低的电流。如果与大电流放大器连接，电流范围可拓宽为±100A。某些实验方法的时间尺度的数量级可达l0倍，动态范围极为宽广，一些工作站甚至没有时间记录的限制。可进行循环伏安法、交流阻抗法、交流伏安法、电流滴定、电位滴定等测量。
工作站可以同时进行两电极、三电极及四电极的工作方式。四电极可用于液/液界面电化学测量，对于大电流或低阻抗电解池(例如电池)也十分重要，可消除由于电缆和接触电阻引起的测量误差。仪器还有外部信号输入通道，可在记录电化学信号的同时记录外部输入的电压信号，例如光谱信号，快速动力学反应信号等。这对光谱电化学，电化学动力学等实验极为方便。

I. 电化学法测量腐蚀速率的适用范围

金属的腐蚀是一种常见的自然现象，金属的腐蚀问题遍及各行各业， 不仅造成了资源的严重浪费，阻碍经济增长，而且在工业生产过程中易导致较大的安全隐患， 对人身和财产安全造成巨大威胁。
腐蚀研究中主要的研究方法包括以X 射线衍射、 金相显微镜及扫描电镜分析为主的表面分析技术，研究腐蚀速率的有失重法、盐雾试验法以及电化学分析技术。电化学测试技术因具有操作简单、测量耗时短、对材料损害小、测量结果精确和获得的电极腐蚀动力学信息全面等优点，被广泛应用于腐蚀科学的研究中。
1、开路电位法
将金属或合金浸泡在腐蚀溶液中， 连接电化学测量电路，在没有外电流通过的情况下，测得的稳定电位即为开路电位。 通过测量开路电位可研究金属或合金的腐蚀和钝化情况，且方法操作简单，由于没有电流通过，不会造成极化，也有利于保护材料。
2、动电位测量法
通过极化曲线分析金属与合金的耐腐蚀性、金属溶解与钝化过程是一种应用较广泛的电化学测试方法， 主要包括极化曲线法以及循环伏安等方法， 由稳态极化曲线位置和形状等特征可分析腐蚀过程进行的电化学行为特征，可计算出一些重要的腐蚀行为参数，对腐蚀过程进行解析，判断耐腐蚀性能。
3、电化学阻抗法
电化学阻抗技术近些年发展迅速，应用范围也已经从传统的电化学领域扩展到了化学电源、生物膜性能以及导电材料和材料表面改性等诸多领域 。 而电化学阻抗技术也在腐蚀领域有着重要应用，可用来研究腐蚀过程中电极表面的变化和腐蚀物质对涂层及镀层的破坏情况，以及金属的的阳极溶解及钝化等过程。 因为电化学阻抗技术施加小振幅的扰动，因此可避免剧烈的极化现象，又因其频率范围较宽，较其他电化学方法可获得更多的电极化学反应信息。