电化学分析仪器

第1章 引论1

1.1 电化学分析技术1

1.2 电化学以及电化学分析技术的发展2

1.2.1 电化学发展简介2

1.2.2 电化学分析技术的发展历史5

1.3 电化学分析仪器分类6

1.3.1 分析仪器分类及其特征7

1.3.2 电化学分析仪器分类8

1.4 电化学分析仪器的发展趋势9

参考文献11

第2章 电化学测量基础12

2.1 电化学基础概念12

2.1.1 氧化还原与电化学反应12

2.1.2 法拉第过程和非法拉第过程13

2.1.3 电化学池14

2.1.4 电解质溶液16

2.1.5 极化19

2.1.6 盐桥21

2.1.7 界面双电层22

2.1.8 电极分类23

2.2 电化学分析基础25

2.2.1 电极过程动力学简介25

2.2.2 电极过程的速度控制步骤26

2.2.3 电极反应与电极反应速率27

2.2.4 交换电流30

2.2.5 电流-超电势方程31

2.2.6 电极反应的可逆性33

2.2.7 电极体系中的传质过程33

2.3 电化学测量基础36

2.3.1 电化学测量的原理36

2.3.2 电化学测量中的电极反应体系的组成和结构37

2.3.3 相对电极电势及其测量38

2.3.4 电流的测量44

2.3.5 稳态测量与暂态测量44

参考文献46

第3章 电化学分析仪器技术48

3.1 控制电势阶跃技术48

3.1.1 常用的阶跃电势波形48

3.1.2 控制电势阶跃的电流-电势特征49

3.1.3 扩散控制下的电势阶跃49

3.1.4 计时电流法与计时库仑法51

3.1.5 双电势阶跃51

3.1.6 恒电势法应用53

3.2 控制电流技术56

3.2.1 控制电流阶跃过程的特点56

3.2.2 常见的阶跃电流波形57

3.2.3 控制电流阶跃的一般理论58

3.2.4 控制电流阶跃的电势-时间曲线特征60

3.2.5 控制电流技术的应用61

3.3 脉冲技术65

3.3.1 原理65

3.3.2 常见的脉冲波形66

3.3.3 库仑脉冲法67

3.3.4 脉冲伏安法67

3.3.5 脉冲伏安法的应用71

3.4 线性电势扫描技术71

3.4.1 线性电势扫描过程中响应电流的特点72

3.4.2 线性电势扫描伏安法73

3.4.3 循环伏安法78

3.4.4 薄层伏安法81

3.4.5 线性电势扫描技术的应用82

3.5 交流阻抗技术84

3.5.1 交流电路的基本性质85

3.5.2 法拉第阻抗88

3.5.3 由法拉第阻抗求动力学参数90

3.5.4 交流阻抗的测量技术91

3.5.5 交流电化学阻抗谱93

3.5.6 交流伏安法94

3.6 光谱电化学技术97

3.6.1 现场光谱技术98

3.6.2 非现场光谱技术107

3.6.3 现场显微技术110

3.6.4 其他现场技术110

参考文献112

第4章 电化学分析仪器原理115

4.1 基本工作原理115

4.1.1 运算放大器115

4.1.2 电流反馈117

4.1.3 电压反馈119

4.1.4 恒电势仪120

4.1.5 恒电流仪123

4.2 电势法分析仪器124

4.2.1 基本原理125

4.2.2 仪器组成127

4.2.3 离子选择性电极128

4.2.4 常见的电位法分析仪器及使用129

4.3 电导法分析仪器139

4.3.1 基本原理139

4.3.2 仪器组成141

4.3.3 电磁浓度计工作原理142

4.3.4 常见的电导法分析仪器介绍143

4.4 电量式分析仪器147

4.4.1 基本原理148

4.4.2 控制电势库仑分析法148

4.4.3 恒电流库仑分析法151

4.4.4 微库仑分析法153

4.4.5 常见的电量法分析仪器介绍156

参考文献161

第5章 电化学分析数据处理和模拟163

5.1 拉普拉斯变换（Laplace）技术163

5.1.1 电化学问题中的偏微分方程163

5.1.2 拉普拉斯变换定义164

5.1.3 Laplace的基本性质和定理165

5.1.4 单位阶跃函数及其Laplace变换166

5.1.5 微分方程的解法166

5.2 泰勒(Taylor)展开式167

5.2.1 多变量函数的展开168

5.2.2 单变量函数的展开168

5.3 傅里叶分析168

5.3.1 傅里叶级数168

5.3.2 傅里叶变换169

5.3.3 Fourier平滑、Fourier插值及Fourier卷积和自去卷积169

5.3.4 Fourier分析应用170

5.4 小波分析171

5.4.1 小波的定义172

5.4.2 用小波实现多分辨分析172

5.4.3 小波变换173

5.4.4 小波分析在电分析化学中的应用174

5.5 电化学数值模拟176

参考文献181

第6章 电化学扫描探针显微技术183

6.1 扫描隧道显微镜184

6.1.1 扫描隧道显微镜的原理184

6.1.2 扫描隧道显微镜的两种模式184

6.1.3 扫描隧道显微镜仪器及特点185

6.2 电化学扫描隧道显微镜186

6.2.1 电化学SIM的工作环境及隧道理论186

6.2.2 ECSTM装置188

6.2.3 针尖189

6.2.4 ECSTM应用190

6.3 原子力显微镜191

6.3.1 AFM的基本原理192

6.3.2 AFM的工作模式193

6.3.3 电化学原子力显微镜(ECAFM)193

6.3.4 ECAFM的应用194

6.3.5 ECAFM的展望196

6.4 扫描电化学显微镜196

6.4.1 SECM的装置196

6.4.2 SECM的原理197

6.4.3 SECM的定量分析理论199

6.4.4 SECM的应用200

6.4.5 SECM的展望203

参考文献203

第7章 电化学传感器205

7.1 电化学生物传感器205

7.1.1 电化学生物传感器概述205

7.1.2 电化学生物传感器的基本组成207

7.1.3 电化学生物传感器信号转化器207

7.1.4 电化学生物传感器的分类207

7.1.5 电化学生物传感器进展211

7.1.6 电化学生物传感器的应用213

7.2 电化学气体传感器213

7.2.1 电化学气体传感器的基本组成213

7.2.2 电化学气体传感器的分类214

7.2.3 电化学气体传感器应用218

参考文献219

第8章 常见的电化学综合测试系统220

8.1 电化学综合测试系统概述220

8.2 CHI系列电化学工作站221

8.2.1 CHI电化学工作站原理221

8.2.2 CHI电化学工作站功能222

8.3 Princeton公司电化学综合测试系统225

8.3.1 PAR电化学仪器225

8.3.2 VersaSTAT227

8.4 部分国内外电化学综合测试系统介绍229

8.4.1 兰力科公司电化学综合测试系统229

8.4.2 韦斯仪器公司电化学综合测试系统230

8.4.3 科斯特公司CS系列电化学综合测试系统231

8.4.4 Solartron(输力强)综合电化学测试仪233

参考文献233

第9章 电化学分析仪器的新发展235

9.1 电化学分析仪器的自动化与智能化235

9.2 各种联用技术在电化学分析仪器设计中的应用236

9.2.1 流动注射-电化学检测联用技术236

9.2.2 液相色谱-电化学检测238

9.2.3 毛细管电泳-电化学检测243

9.3 电化学分析仪器的现场/原位技术研发244

9.4 单分子分析中的电分析方法和仪器设计245

9.5 未来电分析化学仪器设计研发的方向和未来电化学分析的使命246

参考文献247

《电化学分析仪器》是《分析仪器使用与维护丛书》的分册之一。

《电化学分析仪器》主要讲述了电化学分析技术的发展历史、电化学分析仪器的分类及发展趋势。重点介绍了电化学测量基础知识，电化学分析仪器原理和电化学分析仪器技术。对电化学分析数据处理和模拟、电化学扫描探针显微技术、电化学传感器、常见的电化学综合测试系统都做了比较详细的介绍。对电化学分析仪器的智能化、自动化发展趋势以及电分析化学技术在未来电分析科学队伍中的使命也做了适当的介绍。

离子浓度计，是一种用于测定溶液中离子浓度的常规实验室电化学分析仪器，其测定方式类似于常见的pH计，即以各种离子选择电极为指示电极，再辅以适当的参比电极，一起插入待测溶液中，构成供测定用的电化学系统。