线性扫描伏安法与循环伏安法实验技术

线性扫描伏安法与循环伏安法实验技术* Experimental Techniques of Linear Scan Voltammetry and Cylic Voltammetry 何 为** 唐先忠 王守绪 王 磊 (电子科技大学微电子与固体电子学院 成都 610054) 摘要: 根据线性扫描伏安法与循环伏安法的基本原理, 采用电化学中典型的 K3 [ Fe ( CN) 6 ] 电化学可逆系统设计了线性扫描伏安法与循环伏安法实验。作为应用化学专业高年级学 生和研究生学习电化学课程的实验, 收到了非常好的教学效果。 关键词: 线性扫描伏安法; 循环伏安法; 电位扫描技术; 电化学实验 中图分类号: 064914 文献标识码: B 文章编号: 1672- 4550( 2005) 03- 0126- 03 1 前言 电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及 其上所发生的变化的科学。如今已形成了合成电化 学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化 学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。电化学 在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、 仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境 科学等科技领域获得了广泛的应用。当前世界上十 分关注的研究课题, 如能源、材料、环境保护、生 命科学等等都与电化学以各种各样的方式关联在一 起。电化学实验技术也在不断的发展, 随着微电子 技术和计算机技术的迅猛发展, 线性扫描伏安法和 循环伏安法、交流阻抗法和一系列更复杂灵巧的极 化程序控制方法已在很大程度上取代了经典极化曲 线测量和极谱方法 [ 1- 2]。 本文在参考国内外有关电化学线性扫描伏安法 与循环伏安法的基础上 [ 3 - 4 ] , 进行了广泛的探索, 采用电化学中典型的 K 3 [ Fe ( CN ) 6 ] 电化学可逆 系统设计了线性扫描伏安法与循环伏安法实验, 得 到了适合应用化学专业高年级学生和研究生实验教 学的综合研究性实验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。教学效果表明, 该实验 采用计算机控制的综合电化学测试仪, 实验参数容 易控制, 数据测量准确, 实验结果便于计算机处 理。学生通过对实验数据的处理, 自己得出电化学 可逆体系的诊断 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 , 使学生通过这个综合性研究 实验, 加深了对线性扫描伏安法与循环伏安法的特 点和基本原理的理解, 掌握线性扫描伏安法的定量 分析方法, 熟悉循环伏安法在研究电极机理方面的 应用 从而达到掌握线性扫描伏安法和循环伏安法 实验技术的实验目的。 2 基本原理 211 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: ip = 014463nFADO 1/2 Co * ( nFv /RT ) 1 /2 = 2169 @ 105 n3 /2ADO 1/2 v 1/ 2 Co * ( 1) 式中, n为电子交换数; A为电极有效面积; D o 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: ip = kv 1 /2 Co * ( 2) )126) Experim en t Science& Technology 2005年 10月 增刊 * * * [收稿日期 ] 2005- 05- 31 [作者简介 ] 何 为 ( 1957) ) , 男, 教授, 研究方向: 应用电化学。 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, Ep = E 1 /2 ? 111RT /nF ( 3) 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。 212 循环伏安法 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 ip c与阳极峰电流 ipa之比 ) 的绝对值约 等于 1。峰电位之差 $Ep (阴极峰电流 Epc与阳极 峰电流 Epa之差, $Ep = | Epa - Epc | ) 约为 60mV ( 25e ), 即 $Ep = 2122RT /nF ( 4) 3 实验 311 仪器和试剂 实验仪器为计算机控制的 LK98A电化学分析 系统, 采用三电极系统: 玻碳电极为工作电极, 饱 和甘汞电极为参比电极, 铂电极为对极。主要试剂 为 110 @ 10- 3mo l/L K3 [ Fe ( CN ) 6 ] (铁氰化钾 ) 溶液 (含 011 mol /L KC l的支持电解质 )。 312 实验步骤 选择仪器实验方法: 电位扫描技术 ) ) ) 线性扫 描伏安法或循环伏安法。 参数设置如下: 初始电位: 0160 V; 终止电位: - 0120V; 开关电位 1: - 0120 V; 开关电位 2: 0160V; 等待时间: 3~ 5 s; 扫描速度: 根据实验需要设定; 灵敏度选择: 10 LA; 滤波参数: 50H z; 放大倍数: 1。 31211 线性扫描伏安法实验 ( 1) 以 110 @ 10- 3 mol/L K3 [ Fe ( CN ) 6 ] 溶 液为实验溶液。分别设定扫描速度 (单位为 V / s) 为: 0102, 0105, 0110, 0120, 0130, 0140, 0150 和 0160, 记录线性扫描伏安图, 将从上面各图中 得到的实验结果填入表 1。扫描速度为 0130V /s的 伏安图如图 1所示。 表 1 线性扫描伏安法实验结果 扫描速度 (V /s) 0102 0105 0110 0120 0130 0140 0150 0160 峰电流 ( ip )LA 4190 7159 10130 14187 19173 23164 27126 29175 峰电位 (E p ) V 01190 01190 01190 01189 01191 01190 01192 01188 图 1 线性扫描伏安图 ( 2) 配置系列浓度的 K3 [ Fe ( CN) 6 ] (铁氰 化钾 ) 溶液 (含 011mo l/L KC l) : 110 @ 10- 3, 210 @ 10- 3, 410 @ 10- 3, 610 @ 10- 3, 810 @ 10- 3, 110 @ 10- 2 (单位: mol /L ) 固定扫描速度为 0110 V /s, 记录各个溶液的线性扫描伏安图。将实验结 果填入表 2。 表 2 不同浓度溶液的峰电流 浓度 ( mol /L) 11 0 @ 10- 3 210 @ 10- 3 41 0 @ 10 - 3 610 @ 10- 3 81 0 @10 - 3 110 @ 10- 2 峰电流 ( ip ) LA 141 80 15145 161 73 18166 19150 20178 31212 循环伏安法实验 以 110 @ 10- 3mo l/L K3 [ Fe ( CN ) 6 ] (铁氰化 钾 ) 溶液为试验溶液, 改变扫描速度, 将实验结 果填入表 3。扫描速度为 0110V /s的循环伏安图见 图 2所示。 表 3 不同扫描速度下的峰电流之比和峰电位之差 扫描速度 ( V /s) 01 02 0105 0110 0120 0130 0140 01 50 0160 峰电流之比 ( ip c / ipa) LA 11011 01998 01 994 11001 11021 01994 01999 11010 峰电位之差 ( $E p ) mV 5919 6010 601111 5918 6012 5918 5917 6010 )127) 2005年 10月 增刊 实 验 科 学 与 技 术 Administrator 高亮 4 数据处理 ( 1) 将表 1中的峰电流对扫描速度 v的 1 /2次 方作图 ( ip - v1 /2 ) 得到一条直线, 说明什么问题? 图 2 循环伏安图 ( 2) 将表 1中的峰电位对扫描速度作图 (Ep - v), 并根据曲线解释电极过程。 ( 3) 将表 2中的峰电流对浓度作图 ( ip - C ), 将得到一条直线。试解释之。 ( 4) 表 3中的峰电流之比值几乎不随扫描速度 的变化而变化, 并且接近于 1, 为什么? ( 5) 以表 3中的峰电位之差值对扫描速度作图 ( $Ep - v ), 从图上能说明什么问题? 数据处理要求学生借助于作图软件 Orig in作出 相应的曲线, 通过曲线说明可逆电极过程的诊断标 准和利用线性扫描伏安法进行定量分析的理论依 据。 参 考 文 献 [ 1] 查全性, 等 1电极过程动力学 1北京: 科学出版社, 2002 [ 2] 郭鹤桐, 覃奇贤 1 电化学教程 1 天津: 天津大学出 版社, 2000 [ 3] I1K issinger, Peter T1Labo la to tory Techn iques in E lec- troana ly tica l Chem istry1 ( Second Ed it ) MARCEL DEKKER, INC 2000 [ 4] [日 ] 藤昭, 相澤益男, 井上徹 1电化学测量方法 1 陈震, 姚建年译 1北京: 北京大学出版社, 1995 (上接第 29页 ) 和 AV I等, 本文课件的页面题图用 G IF An imator软 件合成, 格式为 GIF。而页面中的按钮、主页动画 及二维动画演示用 Flash制作。 对于静态图像处理、动态视频处理以及声音媒 体的处理, 主要使用的软件有: A dobe Pho toshop 610、 InageReady 310及 M acromed ia FlashMX等。 313 数据库开发技术 该技术是实现动态网页的关键。主要应用在 /疑难讨论0、 /专题辅导0、 /用户管理 0 等部分, 它的应用可以使网络课件的交互成为可能。本文数 据库系统应用 M icroso ftA ccess D river引擎, 开发工 具为 M icroso ftA ccess XP。 314 CSS技术 CSS即层叠样式表, 使用 CSS能够简化网页的 格式代码, 加快下载显示速度, 外部链接样式可以 同时定义多个页面, 大大减少重复劳动的工作量。 对于不同的模块, 如 /疑难讨论 0、 /专题辅导0、 /学习 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 0、 /导航条 0 等各种复杂的页面元素, 通过少数的几个 CSS样式表来统一管理, 使整个 课件的外观清晰、简洁, 使用方便。 315 PHP技术 PHP技术是一种跨平台的服务器端的嵌入脚 本语言。本文检索功能应用 PHP来开发。 4 结束语 网络教学的优势已为越来越多的人所重视, 需 要大力发展网络教学, 发挥网络优势, 将已有的网 络实验室、校园网、 Internet和教学软件充分利用 起来, 使之真正为教学服务。本文讨论了网络课件 的总体构架及开发技术, 希望本文能为网络课件的 设计与开发提供一些粗浅的经验, 并对高校教学改 革发挥一定的积极作用。 参 考 文 献 [ 1] 韦钰 1中国远程教育发展进入新阶段的标志 1开放 教育, 1998, ( 3): 3 [ 2] 现代远程教育资源建设技术 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 (试行 ) 1 中华人 民共和国教育部 , 1999 [ 3] 甘登岱 , 郭玲文 1 精品网页制作 D IY1 北京 : 清华 大学出版社, 2000 [ 4] 晶玉课件创作组 1 对媒体制作与实例 1 北京: 机械 工业出版社, 2000 )128) Experim en t Science& Technology 2005年 10月 增刊