电化学恒电位仪工作原理

WaveDriver® 系列双恒电位仪是一个多功能的双电极电化学工作站，有多种配置。在强大的AfterMath® 软件控制下，WaveDriver 200 EIS双恒电位仪能够进行电化学交流阻抗谱（EIS）以及各种单、双电极直流电分析技术。WaveDriver 200是一款真正的集成式双恒电位仪，能够控制在同一个电化学电池中工作的一个或两个工作电极以及一个反电极和参比电极，使该仪器成为旋转圆盘电极（RRDE）伏安法的理想选择。产品特点真正集成的双恒电位仪从软件到电池电缆，WaveDriver 200双恒电位仪设计简单易于操作：不需要复杂的管路连接，也不需要额外的电池电缆或适配器。WaveDriver 200可通过标准的USB数据线连接到笔记本电脑或PC端，并由我们强大的AfterMath软件控制。软件用户界面的设计考虑到了两个工作电极，因此输入双电极技术的实验参数非常简单快捷。应用程序WaveDriver 200在世界各地的学术和工业研究实验室中得到了广泛的应用。该仪器提供范围广泛的可用电流范围（±100 nA至±1 A）和电位范围（±2.5V至±15 V），以及先进的过滤和iR补偿。当使用旋转盘电极（RDE）、旋转环盘电极（RRDE）或旋转圆柱体电极（RCE）进行伏安测量时，背板连接允许控制旋转速率。额外的输入/输出和定时连接允许WaveDriver在光谱电化学等应用中控制第三方仪器。电化学交流阻抗谱EIS我们优秀的工程师和化学家团队将EIS整合到我们的WaveDriver系列恒电位仪中，EIS频率范围（10 µ Hz至1 MHz）。我们已经将强大且易于使用的EIS等效电路整合直接纳入我们的AfterMath软件平台。多种曲线拟合算法和选项使您能够将最棘手的EIS数据拟合到内置的等效电路模型中，或者您也可以设计和绘制自己的等效电路模型。集成曲线拟合和分析我们的软件团队已将EIS曲线拟合无缝集成到AfterMath中。AfterMath EIS曲线拟合工具提供了多种分析方法，包括电路拟合（Circuit Fit）、传输线路（Transmission Line）和Kramers-Kronig关系。与其他软件不同的是，我们的拟合软件还提供了几种拟合方法，包括修正的Levenberg-Marquardt（LM）、Simplex和Powell算法，此外还包括动态选点、统一和参数拟合在内的拟合选项。独特的传输线路拟合AfterMath 提供了一种独特的方法来模拟多孔电极。虽然传输线路模型并不新鲜，但AfterMath为您提供了一些独特的传输线路拟合工具。我们提供了一个非常灵活的基本模型，而不是无法控制模型元素的静态电路，您可以从中自定义模型以适合您的系统。您可以试试将您的三列或五列EIS数据直接导入AfterMath，看看和我们的传输线路拟合有什么不同。可同时查看绘图和拟合在拟合EIS数据时，为什么要在Nyquist图和Bode图之间来回切换？为什么不能同时查看绘图和拟合？我们从许多客户那里听到这种反馈，并设计了AfterMath，以便在拟合过程中同时为您提供两种图。独特的滑块控件使您可以快速改变一个电路元件的值，同时观察该元件对Bode图和Nyquist图的影响。如您对 双恒电位仪 感兴趣，可通过 仪器信息网400-860-5168转3827 和我们取得联系！

p 　　要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。 /p p strong 1.电化学型气体传感器的结构 /strong /p p 　　电化学式气体传感器，主要利用两个电极间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。电化学式传感器采用恒电位电解方式和伽伐尼电池方式工作。有液体电解质和固体电解质，而液体电解质有分为电位型和电流型。电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量；电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。 /p p 　　电化学传感器有两电极和三电极结构，主要区别在于有无参比电极。两电极CO传感器没有参比电极，结构简单，易于设计和制造，成本较低适用于低浓度CO的检测和报警；三电极CO传感器引入参比电极，使传感器具有较大的量程和良好的精度，但参比电极的引入增加了制造工序和材料成本，所以三电极CO传感器的价格高于两电极CO传感器，主要用于工业领域。两电极电化学CO传感器主要由电极、电解液、电解液的保持材料、出去干涉气体的过滤材料、管脚等零部件组成。 /p p strong 2.电传感器工作原理 /strong /p p 　　电化学气体传感器是一种化学传感器，按照工作原理一般分为：a.在保持电极和电解质溶液的界面为某恒电位时，将气体直接氧化或还原，并将流过外电路的电流作为传感器的输出；b.将溶解于电解质溶液并离子化的气态物质的离子作用与离子电极，把由此产生的电动势作为传感器输出；c.将气体与电解质溶液反应而产生的电解电流作为传感器输出；d.不用电解质溶液，而用有机电解质、有机凝胶电解质、固体电解质、固体聚合物电解质等材料制作传感器。 /p p strong 表1 各种电化学式气体传感器的比较 /strong /p table cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" border=" 1" tbody tr class=" firstRow" td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 种类 /span /strong /p /td td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 现象 /span /strong /p /td td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 传感器材料 /span /strong /p /td td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 特点 /span /strong /p /td /tr tr td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 恒电位电解式 /span /strong /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电解电流 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 气体扩散电极，电解质水溶液 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 通过改变气体电极，电解质水溶液，电极电位等可测量CO、H sub 2 /sub S、HO sub 2 /sub 、SO sub 2 /sub 、HCl等 /span /p /td /tr tr td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 离子电极式 /span /strong /p /td td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电极电位变化 /span /p /td td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 离子选择电极，电解质水溶液，多孔聚四氟乙烯膜 /span /p /td td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 选择性好，可测量NH sub 3 /sub 、HCN、H sub 2 /sub S、SO sub 2 /sub 、CO sub 2 /sub 等气体 /span /p /td /tr tr td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电量式 /span /strong /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电解电流 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 贵金属正负电极，电解质水溶液，多孔聚四氟乙烯膜 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 选择性好，可测量Cl sub 2 /sub 、NH sub 3 /sub 、H sub 2 /sub S等 /span /p /td /tr tr td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 固体电解质式 /span /strong /p /td td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 测定电解质浓度差产生的电势 /span /p /td td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 固体电解质 /span /p /td td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 适合低浓度测量，需要基准气体，耗电，可测量CO sub 2 /sub sub 、 /sub NO sub 2 /sub 、H sub 2 /sub S等 /span /p /td /tr /tbody /table p 表1汇集了各类电化学气体传感器的种类、检测原理所用材料与特点。 /p p 2.1 恒电位电解式气体传感器 /p p 　　恒电位电解式气体传感器的原理是：使电极与电解质溶液的界面保持一定电位进行电解，通过改变其设定电位，有选择的使气体进行氧化或还原，从而能定量检测各种气体。对于特定气体来说，设定电位由其固有的氧化还原电位决定，但又随电解时作用电极的材质、电解质的种类不同而变化。电解电流和气体浓度之间的关系如下式表示： /p p 　　　　I=(nfADC)/ σ /p p 　　式中：I-电解电流；n-1mol气体产生的电子数；f-法拉第常数；A-气体扩散面积；D-扩散系数；C-电解质溶液中电解的气体浓度；σ-扩散层的厚度。 /p p 　　在统一传感器中，n、f、A、D及σ是一定的，电解电流与气体浓度成正比。 /p p 　　自20世纪50年代出现CIDK电极以来，控制电位电化学气体传感器在结构、性能和用途等方面都得到了很大的发展。20世纪70年代初，市场上就有了31检测器。有先后出现了CO、N sub x /sub O sub Y /sub （氮氧化物）、H sub 2 /sub S检测仪器等产品。这些气体传感器灵敏度是不同的，一般是H sub 2 /sub S& gt NO& gt NO sub b /sub & gt Sq& gt CO，响应时间一般为几秒至几十秒，大多数小于1min；他们的寿命相差很大，短的只有半年，有的CO监测仪实际寿命已近10年。影响这类传感器寿命的主要因素为：电极受淹、电解质干枯、电极催化剂晶体长大、催化剂中毒和传感器使用方法等。 /p p 　　以CO气体监测为例来说明这种传感器隔膜工作电极对比电极的结构和工作原理。在容器内的相对两壁，安置作用电极h’和对比电极，其内充满电解质溶液构成一密封结构。瓦在化田由极3g对冲由极AnljI进行恒定电位差而构成恒压电路。此时，作用电极和对比电极之间的电流是I，恒电位电解式气体传感器的基本构造根据此电流值就可知CO气体的浓度。这种方式的传感器可用于检测各种可燃性气体和毒气，如H sub 2 /sub S、NO、NO sub b /sub 、Sq、HCl、Cl sub 2 /sub 、PH sub 3 /sub 等，还能检测血液中的氧浓度。 /p p 2.2离子电极式气体传感器 /p p 　　离子电极式气体传感器的工作原理是：气态物质溶解于电解质溶液并离解，离解生成的离子作用于离子电极产生电动势，将此电动势取出以代表气体浓度。这种方式的传感器是有作用电极、对比电极、内部溶液和隔膜等构成的。 /p p 　　现以检测NH sub 3 /sub 传感器为例说明这种气体传感器的工作原理。作用电极是可测定pH的玻璃电极，参比电极是A8从姐电极，内部溶液是NIkCE溶液。NEACt离解，产生铵离子NH sub 4 /sub sup + /sup ，同时水也微弱离解，生成氢离子H sup + /sup ，而NH4 sup + /sup 与H sup + /sup 保持平衡。将传感器侵入NH sub 3 /sub 中，NH sub 3 /sub 将通过隔膜向内部渗透，NH sub 3 /sub 增加，而H sup + /sup 减少，即pH 增加。通过玻璃电极检测此PH的变化，就能知道NH sub 3 /sub 浓度。除NH sub 3 /sub 外，这种传感器海能检测HCN（氰化氢）、H sub 2 /sub S、Sq、C0 sub 2 /sub 等气体。 /p p 　　离子电极式气体传感器出现得较早，通过检测离子极化电流来检测气体的体积分数，电化学式气体传感器主要的有点是检测气体的灵敏度高、选择性好。 /p p 2.3电量式气体传感器 /p p 　　电量式气体传感器的原理是：被测气体与电解质溶液反应生成电解电流，将此电流作为传感器输出，来检测气体浓度，其作用电极、对比电极都是Pt电极。 /p p 　　现以检测C12为例来说明这种传感器的工作原理。将溴化物MBr（M是一价金属）水溶液介于两个铂电极之间，其离解成比，同时水也离解成H sup + /sup ，在两铂电极间加上适当电压，电流开始流动，后因H sup + /sup 反应产生了H sub 2 /sub ，电极间发生极化，发生反应，其结果，电极部分的H sub 2 /sub 被极化解除，从而产生电流。该电流与H sub 2 /sub 浓度成正比，所以检测该电流就能检测Cl sub 2 /sub 浓度。除Cl sub 2 /sub 外，这种方式的传感器还可以检测NH sub 2 /sub 、H sub 2 /sub S等气体。 /p p strong 3.传感器的检测 /strong /p p 　　电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器。可控电解式传感器是通过检测电解时流过的电流来检测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能检测CO、NO、NO sub 2 /sub 、O sub 2 /sub 、SO sub 2 /sub 等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数。离子电极式气体传感器出现得较早，通过检测离子极化电流来检测气体的体积分数。电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。 /p p 　　综上所述，不同种类的气体传感器适用于不同气体检测与控制的需求，随着现代工业的发展，尤其是绿色环保理念的不断加强，气体传感器技术的开发应用必将具有非常广阔的发展前景。两电极电化学CO传感器，是近年来研究的热点，属于国际上先进的传感器技术，通过实验研究，在电极、过滤层、电解质等材料选择和结构的设计中，攻克了影响传感器寿命的诸多技术难题，研制成功了具有实用意义的新型CO传感器，它必将在CO气体检测领域发挥积极的作用。 /p

—— Gamry不断追求在电化学领域的技术创新！ 美国Gamry 电化学仪器公司（Gamry Instruments,Inc.）是世界电化学工作站的领先制造者，从单通道到多通道电化学工作站，在全球都已得到广泛应用。 Gamry不断追求在电化学领域的技术创新，最新推出的Interface™ 1010系列电化学工作站，是Gamry电化学专家与仪器专家共同开发的成果。这是一款研究级、通用型电化学工作站，最终模数分辨率达到23位，频率分辨率（采样时间的倒数）达到1/232。 Interface™ 1010是电化学领域最精密制造的电子产品，采用表面贴装电子元件方式，机箱内无电缆、线束、互联；所选用的变速风扇、低噪音电源、专门设计的底盘等，充分保证了仪器更低的漂移，更高的精度、准确度及稳定性。 Interface™ 1010可自由组合成为多通道电化学工作站，并且通道之间达到完美隔离，互不影响。 Interface™ 1010具有多种细分型号（Interface™ 1010E、1010B、1010T），满足用户不同方面的需求。 下面将详细阐述Interface™ 1010系列电化学工作站的技术特点： 最佳分辨率：为了获得最佳模数分辨率，Gamry以16位A/D转换器为设计基础，然后增加了噪声滤波器，以消除通道中的任何噪声。最后，通过放大器进一步对信号进行可控放大，增益高达×100，几乎为27倍，即提高7位分辨率。当增益添加到A/D转换器时，得到的最终分辨率为23位，是几乎没有噪声条件下的分辨率！上图是电化学工作站InterfaceTM 1010采用Framework™ 软件，针对200 Ω电阻的实际噪声数据（电位0.0 vs参考值； IE范围1μA满量程；滤波器：1 kHz；CA速度正常）。峰值电流为41.1 nA。使用这种200Ω电阻，我们可以从欧姆定律计算峰峰值电压仅为8.2μV。请注意，没有电源（60 Hz）信号引起的噪声! 频率分辨率在电子学中，频率分辨率 ?f 可以定义为采样时间的倒数。对于Gamry仪器，采用32位直接数字合成时钟为信号发生源，拥有1/232的频率分辨率。（有关频率分辨率的更多信息，请参见我们的技术报告“波形生成和频率分辨率”）。 微调电位器微调电位器会引来系列系统误差和费时矫正。 Interface™ 1010采取软硬件的完美结合，在相关硬件里结合相应软件，不采用微调电位器来实现微调性能。几乎所有的调整都是通过软件自动执行，很少需要手动校准。一般来说，微调电位器极易受到机械冲击和温度变化的影响，而使电化学测量结果失真。因此，Interface™ 1010的设计，不需要更多手动，使校准更容易。InterfaceTM 1010内部的印刷电路板请注意组件的平面分布：左上角的变速冷却风扇远离敏感的电子设备，来避免信号中的噪音。 只在表面安装元器件Gamry仪器在印刷电路板中只使用表面贴装电子元件。表面安装的组件意味着体积更小，温度波动更小，当您获取数据时，可以减少漂移并获得更精确的信号。 没有电缆、线束或互连Interface™ 1010在其机箱里面不包含电缆，线束或互连。这意味着Interface™ 1010具有优越的机械可靠性（无连接变松），较少的杂散电磁干扰，以及更少的触点而导致内部腐蚀。降低金属间接触，可以保证我们的仪器具有更低的漂移，更好的稳定性。 低噪声电源Gamry制造的系列电化学工作站，都使用低噪声开关电源。这种电源消除了电磁干扰。它是有效率的，意味着产生的热量较少，而使环境更加环保。 专门设计的底盘Gamry制造的系列电化学工作站中的底盘，保证优化除热和保持恒温。底盘有一个特殊的引导气流设计，可以更快地冷却电子设备。专门设计的底盘，保证Interface™ 1010电位器的低漂移，高精度和稳定的测量！ 变速风扇设计电化学工作站机箱内的电脑控制的变频风扇，可以有效冷却内部电子元件，风扇设计用于保持恒温。电动马达驱动的风扇会产生少量的电气噪音，风扇远离敏感元件，有效避免风扇信号引起的噪音。另外，变速风扇更安静，这在繁忙的实验室环境中很重要。 通道间的完美隔离电化学测量中的信号测量或者施加来自不同电极或者不同通道。这些信号对应的每一个通道，理想地说，不应该影响另外一个通道的信号。也就是说，通道之间要彼此隔离。Gamry 采取特制组件与导电栅栏，大大降低了任何电磁干扰与通道之间的影响。绿色制造为了保护环境，所有Gamry电化学工作站均符合中国RoHS标准，因此您可以确保Interface™ 1010几乎无铅，无汞，无镉。 Gamry电化学工作站也采取可回收利用的铝制底盘。 了解更详细的产品信息，请登陆Gamry官网。