电化学分析

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仪器分析

综述

题目：《电化学分析及应用》

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电化学分析简述

一、概述

1．根据测量的电信号不同，电化学分析法可分为电位法、电解法、电导法和伏安法。

2．电位法是通过测量电极电动势以求得待测物质含量的分析方法。若根据电极电位测

量值，直接求算待测物的含量，称为直接电位法；若根据滴定过程中电极电位的变化以确定

滴定的终点，称为电位滴定法。

3．电解法是根据通电时，待测物在电他电极上发生定量沉积的性质以确定待测物含量

的分析方法。

4．电导法是根据测量分析溶液的电导以确定待测物含量的分析方法。

5．伏安法是将一微电极插入待测溶液中，利用电解时得到的电流-电压曲线为基础而演

变出来的各种分析方法的总称。

二、特点

电化学分析法具有以下特点。

①灵敏度较高。最低分析检出限可达10－12mol/L。

②准确度高。如库仑分析法和电解分析法的准确度很高，前者特别适用于微量成分的测

定，后者适用于高含量成分的测定。

③测量范围宽。电位分析法及微库仑分析法等可用于微量组分的测定；电解分析法、电

容量分析法及库仑分析法则可用于中等含量组分及纯物质的分析。

④仪器设备较简单，价格低廉，仪器的调试和操作都较简单，容易实现自动化。

⑤选择性差。电化学分析的选择性一般都较差，但离子选择性电极法、极谱法及控制

阴极电位电解法选择性较高。根据所测量电学量的不同，电化学分析法可分为电导分析法、

电位分析法、伏安法和极谱分析法、电解和库仑分析法。

三、应用

（1）电化学分析法不仅可用于物质组成和含量的定量分析，也可用于结构分析，如进

行元素价态和形态分析。

（2）传统电化学分析法主要用于无机离子的分析，随着该类技术的发展，测定有机化

合物的应用也日益广泛，在药物分析的应用也越来越多。

（3）随着电极制造技术的不断进步，超微电极直接刺入生物体内，活体分析也成为现

实。

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（4）电化学分析法还可用作为科学研究的工具，如化学平衡常数测定、化学反应机理

研究、研究电极过程动力学、氧化还原过程、催化反应过程、有机电极过程、吸附现象等等。

（5）电化学分析法还因为信号易传递、易于实现自动化和连续化以及仪器简单、价格

便宜等特点，在环境监测与控制、工业自动控制和在线分析领域有着重要的地位。

电分析化学是利用物质的电学和电化学性质进行表征和测量的科学，它是电化学和分析

化学学科的重要组成部分，与其它学科，如物理学、电子学、计算机科学、材料科学以及生

物学等有着密切的关系。电分析化学已经建立了比较完整的理论体系。电分析化学既是现代

分析化学的一个重要分支，又是一门表面科学，在研究表面现象和相界面过程中发挥着越来

越重要的作用。

1.电分析化学方法是一种公认的快速、灵敏、准确的微量和痕量分析方法。溶出伏安法

测定重金属离子的浓度可以低至10-12mol/L，结合催化法，测定灵敏度可以达到

10-14mol/L，如果结合生物酶的专一催化反应，检出限可以达到10-16mol/L，电分析仪器

简单，价格低廉，特别是在有机、生物和药物、环境分析中与越来越显示出很大的潜力和优

越性。另外。在一些苛刻的环境条件下，如流动的河流、非水化学流动过程、熔岩及核反应

堆芯的流体中，电化学方法也是非常有用的。

2.电极过程动力学和电极反应机理的研究，是电分析化学的另外一个重要方面。电极

过程中常常包含有在溶液中或在电极表面上进行的化学步骤、新相的生成和表面扩散步骤

等。电极过程动力学的研究在冶金、电镀、有机物与无机物的电合成、化学电源、化学传感

器以及金属材料的腐蚀防护等方面都具有重要意义。

3.物质在电极上的氧化还原反应机理是十分复杂的，但它的研究结果对许多学科都具有

借鉴意义，特别是在生物化学和药物学研究领域。例如，药物在人体内的代谢过程就是一个

生物氧化还原过程，与药物在电极上的氧化还原反应具有某些相似性。从电极反应的机理，

可以了解这些药物的生物氧化还原过程。亦可研究热、光、氧、酒、酸、碱等对生物过程的

影响，研究联合作用、协同效应和拒抗作用，研究人体中常见物质的影响等，为药物的临床

应用和药理药效的研究提供理论依据。

四、线性扫描伏安法

线性扫描伏安法是在电极上施加一个线性变化的电压,即电极电位是随外加电压线

性变化记录工作电极上的电解电流的方法。记录的电流随电极电位变化的曲线称为线性

扫描伏安图。可逆电极反应的峰电流如下:

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式中,n为电子交换数;A为电极有效面积;Do为反应物的扩散系数;v为电位扫描速

度;Co*为反应物(氧化态)的本体浓度。当电极的有效面积A不变时,式(1)也可

以简化为:

即峰电流与电位扫描速度v的1/2次方成正比,与反应物的本体浓度成正比。这就是

线性扫描伏安法定量分析的依据。对于可逆电极反应,峰电位与扫描速度无关,

但当电极反应为不可逆时(准可逆或完全不可逆),峰电位Ep随扫描速度v增大而负

(或正)移。

五、循环伏安法[1]

循环伏安法的原理与线性扫描伏安法相同,只是比线性扫描伏安法多了一个回扫,

所以称为循环伏安法。循环伏安法是电化学方法中最常用的实验技术,也是电化学表征

的主要方法。循环伏安法有两个重要的实验参数,一是峰电流之比,二是峰电位之差。

对于可逆电极反应,峰电流之比|ipc/ipa∣(阴极峰电流ipc与阳极峰电流ipa之比)

的绝对值约等于1。峰电位之差ΔEp(阴极峰电流Epc与阳极峰电流Epa之差,ΔEp

=|Epa-Epc|约为60mV(25℃),即

参考文献

[1]何为唐先忠王守绪王磊，线性扫描伏安法与循环伏安法实验技术，

2005年10月，126-128。