电化学工作站

电化学的分析

　　电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。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，二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。因而电化学往往专指“电池的科学”。

　　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。

　　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的起源。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，经过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。

　　在物理化学的众多分支中，电化学是以大工业为基础的学科。它的应用主要有：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；铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等的精炼也都用的是电解法；机械工业使用电镀、电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整；环境保护可用电渗析的方法除去氰离子、铬离子等污染物；化学电源；金属的防腐蚀问题，大部分金属腐蚀是电化学腐蚀问题；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。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。

特性

　　电化学工作站的特性以100BWBAS电化学工作站为例，具体分析如下：

　　1.经典电化学分析测试仪器；

　　2.多达15种电化学测试技术；

　　3.全自动控制参数及电极；

　　4.控制生长滴汞电极、旋转圆盘电极等多种电化学附件；

　　5.多功能双恒电位仪，双通道同时扫描；

　　6.国内用户最多的进口电化学研究及教学仪器；

　　7.内置参数校正模块；

　　8.全系列应用电极，可用于固定化酶研究、电解研究、电分析研究。

模型

　　如下图所示为电化学工作站的简单模型，其中1为工作电极，2为参比电极，3为对电极。

功能

　　电化学工作站将一个恒电位仪、信号发生器和相应的控制软件进行有机的结合，可以在电脑的控制下完成开路电位监测、恒电位（流）极化、动电位（流）扫描、循环伏安、恒电位（流）方波、恒电位（流）阶跃以及电化学噪声监测等多项测试功能。测量过程中可以根据数据实时绘图，能对电位--电流曲线进行各种平滑和数字滤波处理，并可直接将图形以矢量方式输出。

应用

　　电化学工作站可直接用于超微电极上的稳态电流测量，应用于电分析基础教学科研、电池材料研究、生物化学（传感器）、有机电合成基础及冶金、制药、环境分析等领域的研究测试，基本可满足所有电化学教学和科研领域的应用。

举例

　　电化学工作站的介绍主要以CS系列的电化学工作站为例，其分析介绍如下：

　　CS系列电化学工作站由高速MCU、高精度FET集成电路组成，内置DDS数字信号合成器、高功率恒电位/恒电流仪、双通道相关分析器和双通道高速16bit /高精度24bit AD转换器。能完成线性扫描循环伏安（CV）、阶梯波循环伏安（SCV）、方波循环伏安（SWV）、差分脉冲伏安（DPV）和常规脉冲伏安（NPV）以及差分常规脉冲伏安（DNPV）等电分析方法；还可以完成恒电流（位）极化、动电位（流）扫描、任意恒电流（位）方波，多恒电流（位）阶跃、零电阻模式电化学噪声（电偶电流）、电化学阻抗（EIS）等电化学测试等功能。

　　CS系列电化学工作站包括多种型号（CS120，CS150，CS300，CS330，CS310，CS350，CS360），可用于较大电流和较高槽压的电化学测量和应用，例如电池、电分析、腐蚀、电解、电镀等。仪器的电流输出范围为±2A，槽压为±21V。电压控制范围：±10V；电流控制范围：±2.0A；电流测量下限为10pA。

　　CorrTest测试软件是CS电化学工作站的控制平台，软件基于Windows98/ 2000/ XP操作系统，并遵守Windows软件设计规则，易于安装和使用。软件包括文件管理、实验方法管理、多坐标图形显示和缩放、数据/图形的存贮/打印以及交互式帮助等。软件具有良好的用户界面，命令窗口所用的词汇与通用的电化学术语保持一致，全中文菜单和界面，方便用户的教学和科研工作。

　　CorrTest测试软件还具有特别针对材料和腐蚀电化学的实验方法，包括钝化曲线自动或人工反扫，电化学再活化法，溶液电阻（IR降）测量和补偿法。Corrtest分析软件则具有完善的数据分析功能，可对伏安曲线进行数字平滑、积分、微分运算，能对极化曲线进行电化学参数解析，包括极化电阻Rp，Tafel斜率ba，bc，腐蚀电流密度icorr，腐蚀速率计算等，还可计算噪声电阻Rn和功率谱，并可将图形以矢量方式拷贝到Microsoft Word 文档中。