電化學理論與分析方法

㈠ 電化學分析法的分類

電化學分析系統根據不同的分類條件，電化學分析法有不同的分類，下面是幾種常見的分類：
①根據在某一特定條件下，化學電池中的電極電位、電量、電流電壓及電導等物理量與溶液濃度的關系進行分析的方法。例如，電位測定法、恆電位庫侖法、極譜法和電導法等。
②以化學電池中的電極電位、電量、電流和電導等物理量的：突變作為指示終點的方法。例如，電位滴定法、庫侖滴定法、電流滴定法和電導滴定法等。
③將試液中某一被測組分通過電極反應，使其在工作電極上析出金屬或氧化物，稱量此電沉積物的質量求得被測得組分的含量。例如，電解分析法。

㈡ 電位化學分析法的理論

電化學分析法(electrochemical analysis)是應用電化學原理和技術，利用化學電池內被分析溶液的組成及含量與其電化學性質的關系而建立起來的一類分析方法。其特點是靈敏度高，選擇性好，設備簡單，操作方便，應用范圍廣。許多電化學分析法既可定性，又可定量；既能分析有機物，又能分析無機物，並且許多方法便於自動化，可用於連續、自動及遙控測定，在生產、科研和醫葯衛生等各個領域有著廣泛的應用。 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。 電位法是通過測量電他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。 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。 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。 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。 無論是哪一種類型的電化學分析法，都必須在一個化學電池中進行，因此化學電池的基本原理是各種電化學方法的基礎。

㈢ 電化學分析法的應用

（1）電化學分析法不僅可用於物質組成和含量的定量分析，也可用於結構分析，如進行元素價態和形態分析。
（2）傳統電化學分析法主要用於無機離子的分析，隨著該類技術的發展，測定有機化合物的應用也日益廣泛，在葯物分析的應用也越來越多。
（3）隨著電極製造技術的不斷進步，超微電極直接刺入生物體內，活體分析也成為現實。
（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、易於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徵和測量的科學，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、准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、生物和葯物、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、熔岩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、化學感測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葯物學研究領域。例如，葯物在人體內的代謝過程就是一個生物氧化還原過程，與葯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，可以了解這些葯物的生物氧化還原過程。亦可研究熱、光、氧、酒、酸、鹼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，為葯物的臨床應用和葯理葯效的研究提供理論依據。

㈣ 電化學分析法的主要方法

電導法
是用電導儀直接測量電解質溶液的電導率的方法。

電化學分析法電位滴定法
是在用標准溶液滴定待測離子過程中，用指示電極的電位變化指示滴定終點的到達，是把電位測定與滴定分析互相結合起來的一種測試方法。

電化學分析法電解分析法
是將直流電壓施加於電解池的兩個電極上，根據電極增加的質量計算被測物的含量。

電化學分析法伏安法
根據電解過程中的電流電壓曲線（伏安曲線）來進行分析的方法。

電化學分析法溶出伏安法
將恆電位電解富集法與伏安法結合的一種極譜分析方法。它首先將欲測物質在適當電位下進行電解並富集在固定表面積的特殊電極上，然後反向改變電位，讓富集在電極上的物質重新溶出，同時記錄電流電壓曲線。根據溶出峰電流的大小進行定量分析。

電化學分析法電位溶出分析法
在恆電位下將被測物質電解富集在工作電極上，然後斷開恆電位電路，由電解液中的氧化劑將被富集的物質溶解出來，同時記錄溶出時的電位時間曲線，根據曲線上溶出階的長度進行定量，這種方法縮寫為P．S．A．。
電位溶出分析法與溶出伏安法之間主要區別在於前者在溶出時沒有電流流過工作電極，而後者具有背景電流，在某些情況下可能淹沒溶出峰。

㈤ 電化學方法原理和應用

電化學（Electrochemistry）是研究電和化學反應相互關系的科學，即研究兩類導體形成的帶電界面現象及其上所發生的變化的科學。電和化學反應相互作用可通過電池來完成，也可利用高壓靜電放電來實現（如氧通過無聲放電管轉變為臭氧），二者統稱電化學，後者為電化學的一個分支，稱放電化學。由於放電化學有了專門的名稱，因而，電化學往往專門指「電池的科學」。 電化學如今已形成了合成電化學、量子電化學、半導體電化學、有機導體電化學、光譜電化學、生物電化學等多個分支。電化學在化工、冶金、機械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫學、材料、能源、金屬腐蝕與防護、環境科學等科技領域獲得了廣泛的應用。電化學是研究電和化學反應相互關系的科學。

在物理化學眾多分支中，電化學是唯一以大工業為基礎的學科。其應用分為以下幾個方面：①電解工業：其中氯鹼工業是僅次於合成氨和硫酸的無機物基礎工業、耐綸66的中間單體己二腈是通過電解合成的；鋁、鈉等輕金屬的冶煉，銅、鋅等的精煉也都用的是電解法；②機械工業：要用電鍍、電拋光、電泳塗漆等來完成部件的表面精整；③環境保護：用電滲析的方法除去氰離子、鉻離子等污染物；④化學電源；⑤金屬防腐蝕：大部分金屬腐蝕是電化學腐蝕問題；⑥許多生命現象如肌肉運動、神經的信息傳遞都涉及到電化學機理；⑦應用電化學原理發展起來的各種電化學分析法，已成為實驗室和工業監控不可缺少的手段。現在電化學熱點問題多，如電化學工業、電化學感測器、金屬腐蝕、生物電化學、化學電源等。

一、電化學兩種原理

原電池是將化學能轉變成電能的裝置。根據定義，普通的干電池、燃料電池等都可以稱為原電池。原電池，與蓄電池相對，又稱非蓄電池，是利用兩個電極之間金屬性的不同，產生電勢差，從而使電子流動，產生電流，是電化電池的一種，其電化反應不能逆轉，只能將化學能轉換為電能，簡單來講就是不能重新儲存電力。原電池工作原理：原電池是將一個能自發進行的氧化還原反應的氧化反應和還原反應分別在原電池的負極和正極上發生，從而在外電路中產生電流。

電解池是將電能轉化為化學能的裝置。電解是使電流通過電解質溶液（或熔融的電解質）而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。

二、電化學的發展

電學最早起源於靜電起電，1791年伽伐尼發表了金屬能使蛙腿肌肉抽縮的「動物電」現象，一般認為這是電化學起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基礎上發明了用不同的金屬片夾濕紙組成的「電堆」，即現今所謂「伏打堆」，這是化學電源的雛型。在直流電機發明以前，各種化學電源是唯一能提供恆穩電流的電源。1834年法拉第電解定律的發現為電化學奠定了定量基礎。

19世紀下半葉，赫爾姆霍茲和吉布斯的工作，賦於電池的「起電力」(今稱「電動勢」)以明確的熱力學含義；1889年能斯特用熱力學導出了參與電極反應的物質濃度與電極電勢的關系，即著名的能斯脫公式；1923年德拜和休克爾提出了人們普遍接受的強電解質稀溶液靜電理論，大大促進了電化學在理論探討和實驗方法方面的發展。

20世紀40年代以後，電化學暫態技術的應用和發展、電化學方法與光學和表面技術的聯用，使人們可以研究快速和復雜的電極反應，可提供電極界面上分子的信息。電化學一直是物理化學中比較活躍的分支學科，它的發展與固體物理、催化、生命科學等學科的發展相互促進、相互滲透。

三、電化學研究內容

電池由兩個電極和電極之間的電解質構成，因而電化學的研究內容應包括兩個方面：一是電解質的研究，即電解質學，其中包括電解質的導電性質、離子的傳輸性質、參與反應離子的平衡性質等，其中電解質溶液的物理化學研究常稱作電解質溶液理論；另一方面是電極的研究，即電極學，其中包括電極的平衡性質和通電後的極化性質，也就是電極和電解質界面上的電化學行為。電解質學和電極學的研究都會涉及到化學熱力學、化學動力學和物質結構。

四、電化學分析方法

電化學分析法（electrochemical analysis）也稱電分析化學法，是基於物質在溶液中的電化學性質基礎上的一類儀器分析方法，由德國化學家C.溫克勒爾在19世紀首先引入分析領域，儀器分析法始於1922年捷克化學家 J.海洛夫斯基建立極譜法。通常將試液作為化學電池的一個組成部分，根據該電池的某種電參數（如電阻、電導、電位、電流、電量或電流-電壓曲線等）與被測物質的濃度之間存在一定的關系而進行測定的方法。

電分析化學是利用物質的電學和電化學性質進行表徵和測量的科學，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。

電化學分析法是應用電化學原理和技術，利用化學電池內被分析溶液的組成及含量與其電化學性質的關系而建立起來的一類分析方法，其操作方便。許多電化學分析法既可定性，又可定量；既能分析有機物，又能分析無機物，並且許多方法便於自動化，在生產等各個領域有著廣泛的應用。