《儀器分析》課件第八章電分析化學(xué)導(dǎo)論

《儀器分析》課件第八章電分析化學(xué)導(dǎo)論目錄電分析化學(xué)概述電位分析法電解分析法與庫(kù)侖分析法電導(dǎo)分析法伏安法與極譜法其他電化學(xué)分析方法簡(jiǎn)介01電分析化學(xué)概述Chapter電分析化學(xué)是利用物質(zhì)的電學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征和測(cè)量的科學(xué)分支。它研究物質(zhì)在電場(chǎng)和電化學(xué)系統(tǒng)中的行為，以及與電信號(hào)相關(guān)的分析原理和技術(shù)。電分析化學(xué)起源于18世紀(jì)末和19世紀(jì)初的電化學(xué)研究，隨著電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和材料科學(xué)的飛速發(fā)展，電分析化學(xué)在20世紀(jì)后半葉取得了巨大的進(jìn)展。現(xiàn)代電分析化學(xué)已經(jīng)成為分析化學(xué)領(lǐng)域中最活躍和最重要的分支之一。電分析化學(xué)定義發(fā)展歷程電分析化學(xué)定義與發(fā)展研究?jī)?nèi)容電分析化學(xué)主要研究?jī)?nèi)容包括電導(dǎo)、電位、電解、電容量和電化學(xué)發(fā)光等電化學(xué)分析方法，以及電化學(xué)傳感器、生物電化學(xué)和光電化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域。研究方法電分析化學(xué)的研究方法主要包括電化學(xué)測(cè)量技術(shù)、電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)分析方法和儀器設(shè)計(jì)等方面。其中，電化學(xué)測(cè)量技術(shù)是電分析化學(xué)的基礎(chǔ)，包括電位測(cè)量、電導(dǎo)測(cè)量、電解測(cè)量和庫(kù)侖測(cè)量等。電分析化學(xué)研究?jī)?nèi)容及方法電分析化學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用環(huán)境科學(xué)：電分析化學(xué)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染物分析和環(huán)境評(píng)價(jià)等方面。例如，利用電化學(xué)傳感器檢測(cè)大氣和水體中的污染物，以及利用電化學(xué)方法處理廢水和廢氣等。生命科學(xué)：在生命科學(xué)領(lǐng)域，電分析化學(xué)被廣泛應(yīng)用于生物分子檢測(cè)、生理過(guò)程研究和藥物分析等方面。例如，利用電化學(xué)方法檢測(cè)DNA、蛋白質(zhì)和細(xì)胞等生物分子，以及研究神經(jīng)傳導(dǎo)和肌肉收縮等生理過(guò)程。材料科學(xué)：電分析化學(xué)在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及材料表征、材料合成和材料性能研究等方面。例如，利用電化學(xué)方法合成納米材料、薄膜材料和復(fù)合材料等，以及研究材料的電化學(xué)性能和腐蝕行為等。能源科學(xué)：在能源科學(xué)領(lǐng)域，電分析化學(xué)被應(yīng)用于電池、燃料電池和太陽(yáng)能電池等能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)器件的研究和開(kāi)發(fā)。例如，利用電化學(xué)方法研究鋰離子電池的充放電過(guò)程和機(jī)理，以及開(kāi)發(fā)高效、環(huán)保的電池材料。02電位分析法Chapter03電位分析法測(cè)量原理通過(guò)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)或電極電位，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中離子活度或濃度的測(cè)定。01電位與電極電勢(shì)電位是電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)與參考點(diǎn)電勢(shì)之差，電極電勢(shì)則決定于電極材料和溶液中相關(guān)離子的活度。02離子選擇性電極利用膜電位原理，對(duì)特定離子具有選擇性響應(yīng)的電極，其電位與待測(cè)離子活度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。電位分析法基本原理用于指示待測(cè)離子活度的電極，其電位隨待測(cè)離子活度的變化而變化。指示電極具有穩(wěn)定電位的電極，作為電位測(cè)量的基準(zhǔn)，常用的有銀/氯化銀電極、甘汞電極等。參比電極根據(jù)測(cè)定需求和溶液性質(zhì)選擇合適的指示電極和參比電極，并注意正確使用和保養(yǎng)。電極的選擇與使用指示電極與參比電極123在滴定過(guò)程中通過(guò)測(cè)量電位變化來(lái)確定滴定終點(diǎn)的方法，具有準(zhǔn)確度高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。電位滴定法原理可用于酸堿滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定等多種類型反應(yīng)的終點(diǎn)判斷，特別適用于有色或渾濁溶液的滴定分析。電位滴定法的應(yīng)用選擇合適的指示電極和參比電極，控制滴定速度和攪拌強(qiáng)度，準(zhǔn)確記錄電位變化并判斷滴定終點(diǎn)。電位滴定法的操作要點(diǎn)電位滴定法及應(yīng)用03電解分析法與庫(kù)侖分析法Chapter電解分析法原理及應(yīng)用原理電解分析法是基于物質(zhì)在電解過(guò)程中的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的方法。通過(guò)測(cè)量電解過(guò)程中電極上析出物質(zhì)的重量或電量，可以確定被測(cè)物質(zhì)的含量。應(yīng)用電解分析法在無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的定性和定量分析中有廣泛應(yīng)用。例如，通過(guò)電解重量法可以測(cè)定銅、銀等金屬的含量；通過(guò)電解電量法可以測(cè)定鹵素、硫等元素的含量。庫(kù)侖分析法是基于法拉第電解定律進(jìn)行定量分析的方法。通過(guò)測(cè)量電解過(guò)程中消耗的電量，可以計(jì)算出被測(cè)物質(zhì)的含量。庫(kù)侖分析法具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。原理庫(kù)侖分析法在環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品分析、藥物分析等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。例如，通過(guò)庫(kù)侖滴定法可以測(cè)定水樣中的COD（化學(xué)需氧量）值；通過(guò)庫(kù)侖電量法可以測(cè)定食品中的添加劑含量。應(yīng)用庫(kù)侖分析法原理及應(yīng)用電解分析法基于物質(zhì)在電解過(guò)程中的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，而庫(kù)侖分析法基于法拉第電解定律進(jìn)行分析。電解分析法測(cè)量電極上析出物質(zhì)的重量或電量，而庫(kù)侖分析法測(cè)量消耗的電量。兩種方法比較及優(yōu)缺點(diǎn)測(cè)量參數(shù)原理適用范圍：電解分析法適用于無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的定性和定量分析，而庫(kù)侖分析法適用于多種領(lǐng)域中的定量分析。兩種方法比較及優(yōu)缺點(diǎn)兩種方法比較及優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)電解分析法的優(yōu)點(diǎn)包括操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單等；缺點(diǎn)包括靈敏度相對(duì)較低、易受干擾等。庫(kù)侖分析法的優(yōu)點(diǎn)包括靈敏度高、準(zhǔn)確度高、適用范圍廣等；缺點(diǎn)包括操作相對(duì)復(fù)雜、需要專業(yè)設(shè)備等。04電導(dǎo)分析法Chapter電導(dǎo)與電導(dǎo)率電導(dǎo)是表示物質(zhì)導(dǎo)電能力的物理量，電導(dǎo)率則是單位長(zhǎng)度、單位截面積的物質(zhì)的電導(dǎo)。電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性電解質(zhì)溶液能夠?qū)щ姡且驗(yàn)槠渲写嬖谧杂梢苿?dòng)的離子。離子的濃度和遷移率決定了溶液的導(dǎo)電性。電導(dǎo)分析法原理通過(guò)測(cè)量溶液的電導(dǎo)或電導(dǎo)率，可以間接得到溶液中離子的濃度或遷移率等信息，從而進(jìn)行定量分析。電導(dǎo)分析法基本原理電導(dǎo)率測(cè)量方法01常用的電導(dǎo)率測(cè)量方法有交流電橋法和直流四電極法。交流電橋法通過(guò)測(cè)量交流電阻抗來(lái)計(jì)算電導(dǎo)率，而直流四電極法則通過(guò)測(cè)量直流電阻來(lái)計(jì)算電導(dǎo)率。電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x器02電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x器通常由測(cè)量電極、溫度傳感器、信號(hào)放大與處理電路等部分組成。常用的電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x器有電導(dǎo)率計(jì)和電導(dǎo)率儀。電極的選擇與保養(yǎng)03電極是電導(dǎo)率測(cè)量的關(guān)鍵部分，其選擇與保養(yǎng)對(duì)測(cè)量結(jié)果有重要影響。常用的電極有光亮電極和鉑黑電極等，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的電極，并定期清洗和校準(zhǔn)。溶液電導(dǎo)率測(cè)量方法及儀器電導(dǎo)滴定法是一種通過(guò)測(cè)量滴定過(guò)程中溶液電導(dǎo)變化來(lái)確定滴定終點(diǎn)的方法。在滴定過(guò)程中，隨著滴定劑的加入，溶液中的離子濃度發(fā)生變化，從而引起溶液電導(dǎo)的變化。當(dāng)?shù)味ǖ竭_(dá)終點(diǎn)時(shí)，溶液的電導(dǎo)發(fā)生突變，通過(guò)檢測(cè)這一突變可以確定滴定終點(diǎn)。電導(dǎo)滴定法原理電導(dǎo)滴定法具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)分析領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。例如，在酸堿滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定等方面都可以采用電導(dǎo)滴定法進(jìn)行定量分析。同時(shí)，電導(dǎo)滴定法還可以與其他分析方法相結(jié)合，如光度法、電位法等，進(jìn)一步提高分析的準(zhǔn)確性和可靠性。電導(dǎo)滴定法的應(yīng)用電導(dǎo)滴定法及應(yīng)用05伏安法與極譜法Chapter伏安法基本原理通過(guò)測(cè)量電解過(guò)程中電流-電壓（I-V）曲線，研究電極反應(yīng)的性質(zhì)、機(jī)理和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。儀器裝置主要包括電源、電位器、電流表、電壓表、電解池和電極等部分。其中，電極的選擇和制備對(duì)伏安法的測(cè)量結(jié)果具有重要影響。伏安法基本原理及儀器裝置極譜法基本原理利用滴汞電極的特殊性質(zhì)，在電解過(guò)程中測(cè)量滴汞電極上的電流變化，從而得到被測(cè)物質(zhì)的濃度信息。儀器裝置主要包括極譜儀、滴汞電極、參比電極、攪拌器等部分。其中，極譜儀是實(shí)現(xiàn)極譜法測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備，具有高精度、高靈敏度等特點(diǎn)。極譜法基本原理及儀器裝置伏安法與極譜法的比較原理上，伏安法是通過(guò)測(cè)量I-V曲線研究電極反應(yīng)，而極譜法則是利用滴汞電極測(cè)量電流變化得到濃度信息。應(yīng)用上，伏安法適用于多種類型的電極反應(yīng)研究，而極譜法則主要用于痕量物質(zhì)的測(cè)定。兩種方法比較及優(yōu)缺點(diǎn)VS具有廣泛的適用性，可用于不同類型的電極反應(yīng)研究；測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確可靠。伏安法缺點(diǎn)對(duì)于某些復(fù)雜體系或痕量物質(zhì)測(cè)定時(shí)可能存在一定難度；需要較為精密的儀器裝置和專業(yè)的操作技術(shù)。伏安法優(yōu)點(diǎn)兩種方法比較及優(yōu)缺點(diǎn)兩種方法比較及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)于痕量物質(zhì)的測(cè)定具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確性；操作相對(duì)簡(jiǎn)便，儀器裝置較為簡(jiǎn)單。極譜法優(yōu)點(diǎn)僅適用于具有還原性的物質(zhì)測(cè)定；受溫度、攪拌速度等實(shí)驗(yàn)條件影響較大；長(zhǎng)期使用滴汞電極可能對(duì)環(huán)境造成污染。極譜法缺點(diǎn)06其他電化學(xué)分析方法簡(jiǎn)介Chapter通過(guò)控制電極電勢(shì)以不同的速率，隨時(shí)間以三角波形一次或多次反復(fù)掃描，電勢(shì)范圍是使電極上能交替發(fā)生不同的還原和氧化反應(yīng)，并記錄電流-電勢(shì)曲線。判斷電極反應(yīng)的可逆性、研究電極吸附現(xiàn)象、研究電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)參數(shù)等。原理應(yīng)用循環(huán)伏安法原理在電化學(xué)系統(tǒng)施加一個(gè)頻率不同的小振幅的交流正弦電勢(shì)波，測(cè)量交流電勢(shì)與電流信號(hào)的比值（系統(tǒng)的阻抗）隨正弦波頻率ω的變化，或者是阻抗的相位角Φ隨ω的變化。要點(diǎn)一