電化學分析

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儀器分析

綜述

題目：《電化學分析及應用》

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電化學分析簡述

一、概述

1．根據測量的電信號不同，電化學分析法可分為電位法、電解法、電導法和伏安法。

2．電位法是通過測量電極電動勢以求得待測物質含量的分析方法。若根據電極電位測

量值，直接求算待測物的含量，稱為直接電位法；若根據滴定過程中電極電位的變化以確定

滴定的終點，稱為電位滴定法。

3．電解法是根據通電時，待測物在電他電極上發生定量沉積的性質以確定待測物含量

的分析方法。

4．電導法是根據測量分析溶液的電導以確定待測物含量的分析方法。

5．伏安法是將一微電極插入待測溶液中，利用電解時得到的電流-電壓曲線為基礎而演

變出來的各種分析方法的總稱。

二、特點

電化學分析法具有以下特點。

①靈敏度較高。最低分析檢出限可達10－12mol/L。

②準確度高。如庫侖分析法和電解分析法的準確度很高，前者特別適用于微量成分的測

定，后者適用于高含量成分的測定。

③測量范圍寬。電位分析法及微庫侖分析法等可用于微量組分的測定；電解分析法、電

容量分析法及庫侖分析法則可用于中等含量組分及純物質的分析。

④儀器設備較簡單，價格低廉，儀器的調試和操作都較簡單，容易實現自動化。

⑤選擇性差。電化學分析的選擇性一般都較差，但離子選擇性電極法、極譜法及控制

陰極電位電解法選擇性較高。根據所測量電學量的不同，電化學分析法可分為電導分析法、

電位分析法、伏安法和極譜分析法、電解和庫侖分析法。

三、應用

（1）電化學分析法不僅可用于物質組成和含量的定量分析，也可用于結構分析，如進

行元素價態和形態分析。

（2）傳統電化學分析法主要用于無機離子的分析，隨著該類技術的發展，測定有機化

合物的應用也日益廣泛，在藥物分析的應用也越來越多。

（3）隨著電極制造技術的不斷進步，超微電極直接刺入生物體內，活體分析也成為現

實。

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（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、易于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征和測量的科學，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、準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、生物和藥物、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、熔巖及核反應

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、化學傳感

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藥物學研究領域。例如，藥物在人體內的代謝過程就是一個

生物氧化還原過程，與藥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，

可以了解這些藥物的生物氧化還原過程。亦可研究熱、光、氧、酒、酸、堿等對生物過程的

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，為藥物的臨床

應用和藥理藥效的研究提供理論依據。

四、線性掃描伏安法

線性掃描伏安法是在電極上施加一個線性變化的電壓,即電極電位是隨外加電壓線

性變化記錄工作電極上的電解電流的方法。記錄的電流隨電極電位變化的曲線稱為線性

掃描伏安圖?？赡骐姌O反應的峰電流如下:

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式中,n為電子交換數;A為電極有效面積;Do為反應物的擴散系數;v為電位掃描速

度;Co*為反應物(氧化態)的本體濃度。當電極的有效面積A不變時,式(1)也可

以簡化為:

即峰電流與電位掃描速度v的1/2次方成正比,與反應物的本體濃度成正比。這就是

線性掃描伏安法定量分析的依據。對于可逆電極反應,峰電位與掃描速度無關,

但當電極反應為不可逆時(準可逆或完全不可逆),峰電位Ep隨掃描速度v增大而負

(或正)移。

五、循環伏安法[1]

循環伏安法的原理與線性掃描伏安法相同,只是比線性掃描伏安法多了一個回掃,

所以稱為循環伏安法。循環伏安法是電化學方法中最常用的實驗技術,也是電化學表征

的主要方法。循環伏安法有兩個重要的實驗參數,一是峰電流之比,二是峰電位之差。

對于可逆電極反應,峰電流之比|ipc/ipa∣(陰極峰電流ipc與陽極峰電流ipa之比)

的絕對值約等于1。峰電位之差ΔEp(陰極峰電流Epc與陽極峰電流Epa之差,ΔEp

=|Epa-Epc|約為60mV(25℃),即

參考文獻

[1]何為唐先忠王守緒王磊，線性掃描伏安法與循環伏安法實驗技術，

2005年10月，126-128。