循环伏安法与线性扫描伏安法

循环伏安法与线性扫描伏安法

循环伏安法

原理：

循环伏安法（CV）是最重要的电分析化学研究方法之一。该方法使用的仪器简单，操作方便，图谱解析直观，在电化学、无机化学、有机化学、生物化学等许多研究领域被广泛应用。

循环伏安法通常采用三电极系统，一支工作电极（被研究物质起反应的电极），

一支参比电极（监测工作电极的电势），一支辅助（对）电极。外加电压加在工作电极与辅助电极之间，反应电流通过工作电极与辅助电极。

对可逆电极过程（电荷交换速度很快），如一定条件下的Fe(CN)63-/4-氧化还原体系，当电压负向扫描时，Fe(CN)63－在电极上还原，反应为：

Fe(CN)63－＋e-→Fe(CN)64－

得到一个还原电流峰。当电压正向扫描时，Fe(CN)64－在电极上氧化，反应为：Fe(CN)64－－e-→Fe(CN)63－

得到一个氧化电流峰。所以，电压完成一次循环扫描后，将记录出一个如图2所示的氧化还原曲线。扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极

化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。

应用领域：

循环伏安法能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应历程，电活性物质的吸附等许多信息。循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。

如通过对未知研究体系的CV研究，可以获研究对象的反应电位或和平衡电位, 估算反应物种的量，以及判断反应的可逆性。电化学反应中物种反应的量可以依

图 2 氧化还图1 cv图中电

据Faraday定律估算，, 其中m为反应的摩尔量, n为电极反应中的得失电子数，F 为

图3 Ag在Pt电极上电结晶过程的CV

Faraday常数（96485 C.molmnFidtQt==∫0-1）。如图3的CV图中，阴影部分对应的是铂上满单层氢脱附的电量，为210 μC/cm2。由于氢在铂上只能吸附一层，通过实验得到的吸附电量可以推算实验中所用的电极的真实面积。若电化学过程不只涉及一层物种的反应，如Ag在Pt上的沉积，见图3，通过积分沉积的Ag的溶出电量，以及Ag的晶格参数可以估算电极上沉积的银的层数。通过改变CV实验中的扫描速度，根据实验中得到的Ip, ΔEp, Ep/2，Ep, ,值，判断电极过程的可逆性。25°C 下，针对反应可逆性的不同，将具有以下特征（以一个还原反应通过改变CV实验中的扫描速度，根据实验中得到的Ip, ΔEp, Ep/2，Ep, ,值

实验方法：

氧化还原体系的循环伏安法测定可以按下列步骤进行：

（1）选择好溶剂，支持电解质、研究电极、参比电极、辅助电极。

（2）配好电解液，接好电极测定回路。

（3）通氮气约30分钟，除去溶解氧后停止通气，让电解液恢复静止状态。（4）定好电位测定幅度和扫描速度。

（5）进行测定。

以一定条件下Fe(CN)63-/4-体系为例：

1.工作电极预处理：

金盘电极、石墨电极分别作为测定Fe(CN)63-/4-工作电极，工作电极使用前在细砂纸上轻轻打磨至光亮。

2. 溶液配制

3.循环伏安法测量

(1)电化学分析系统，选择循环伏安法。

(2).设置实验参数：

灵敏度：20μA 初始电位：＋0.600 V

滤波参数：10Hz 终止电位：－0.200V

放大倍数：1 扫描 1.0 mV

循环次数： 1 扫描速度按实验要求选择。

(3).将配制的系列铁氰化钾和亚铁氰化钾溶液逐一转移至电解池中（已通过氮气，

除过氧气的），插入冲洗干净的金盘电极（工作电极）、铂丝电极（辅助电极）及Ag/AgCl参比电极。夹好电极夹。以50mV/S的扫描速度记录循环伏安图并存盘。

(4). 用一定浓度铁氰化钾和亚铁氰化钾溶液，分别记录扫描速度为5 mV/S、

10mV/S、20mV/S、50mV/S、100mV/S、200mV/S的循环伏安图并存盘。在完成每一次扫速的测定后，要轻轻摇动一下电解池，使电极附近溶液恢复至初始条件。

数据处理：

1. 列表总结Fe(CN)63-/4-的测量结果（E pa ,E pc,ΔE p, i pa, i pc）。

2. 绘制Fe(CN)63-/4-的i pc和i pa与相应浓度C的关系曲线；绘制i pc和i pa与相应υ1/2的关系曲线。

3.求算Fe(CN)63-/4-电极反应的n和E0ˊ。

对于符合Nernst方程的可逆电极反应，在25℃时

i p.a / i p.c ≈1

在循环伏安法中，阳极峰电流iPa，阴极峰电流i PC，阳极峰电势E Pa，阴极峰电势E PC，以及i pa/i pc ,ΔEp(E pa- E pc)是最为重要的参数。

对于一个可逆过程：ΔEp = E Pa - E PC≈（57~63）/n mV (25℃)

一般情况下, ΔEP约为58/n mV (25℃)

正向扫描的峰电流ip为：i p = 2.69×105n3/2AD1/2υ1/2C

式中各参数的意义为：

i p：峰电流（安培）；n：电子转移数；A：电极面积（cm2）；D ：扩散系数（cm2/s）；υ：V/s；C：浓度（mol·L-1）。从ip的表达式看：ip与υ1/2和C 都呈线性关系，对研究电极过程具有重要意义。

标准电极电势为：E0 =( E Pa+E Pc)/2

所以对可逆过程，循环伏安法是一个方便的测量标准电极电位的方法。

可逆体系循环伏安法特点：

1. i P 与本体溶液浓度C 成正比。

2. i P 与v 1/2成正比，扫描速度越快，流过的i P 越大。和使用汞电极的极谱分析法中

的极限电流i P 相比，i P ≈8.7v 1/2 i l 。所以当v =1V/s 时，用循环伏安法可以得到大约大十倍左右的电流值。

3. E P 与v 和C 无关，是一定值，偏离E 1/2仅28.50/n[mV]。

4. i P 与电极的面积A 和扩散系数的平方根D 1/2成正比。

5. i P 与反应电子系数n 3/2成正比（极谱分析和旋转圆盘电极中i 正比于n ）

非可逆体系的循环伏安法特点：

1. 峰电流i p = 299（αn α）1/2AD 1/2υ1/2C （25℃）可知i p 正比于C （和可逆体系一样）。 i p 与电位扫描速度υ1/2成正比。（和可逆体系一样）。如果n 、D 、A 等已知，可以通过上式求出

αn α 2. 峰电位ΔEp=])ln()ln(780.0[2/12/12/1RT

F n D n RT E S υακααα++- =E P/2-Ep=（1.857RT ）/αn αF=47.7/αn α[mv]（25℃）

可知Ep 的大小与扫描速度有关。当进行还原反应时，Ep 越大越向负电位方向偏移。在25℃时，α

n α=1时，扫描速度υ增大10倍，E P 往负方向的偏移大约30mV 。Κs 越小，E P 和E 1/2的偏差越大。Ep - E P/2的差与υ和C 无关。υ一定时，Ep 与C 无关。 表1 可逆

3. αn α可以按i p =299（αn α）1/2AD 1/2υ1/2C 求得，以i p 对υ1/2作图。αn α

和Κs 可以改变υ（在三个数量级的范围内），求出i p 和E P 以下式logi p 和E P 作图 )](exp[10227.02/13E E RT

F n nFAC i p s p -?=-αακ从直线截距可以求出Κs ，从斜率可以求出αn

线性扫描伏安法

原理：

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，如图1。可逆电极反应的峰电流如下:

ip= 0.4463nFAD O1 /2 Co*( nF v /R T ) 1 /2

= 2.69×105 n3 /2AD O1 /2v1 /2 Co* (1)

不可逆过程ip=2.99×105 nA（αnα）1/2D O1 /2v1 /2 Co* （2）

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:

ip = k v1 /2 Co* (3)

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 = E1 /2±1.1RT / nF(4)

可逆反映还有以下特点：

1.当n=1时，对于可逆的电流峰的电位值只比平衡电位正28.5mV（可用于定性分析）

2.电流的峰值可用于定量分析。

3.电流的上升非常快，n=1时从电流峰值的10%上升到电流峰值时的电位变化幅度为100mV。

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。

电极表面上还原物的浓度受到电极电位的变化和扩散层的增大等因素的影响，随着扫描的进行电流急剧上升，属于前一种影响，而过了波峰，电流开始减少，则属于后一种原因。

由式（1）和（2）可见，不管电极反应是否可逆，ip都与Co*呈正比，这是线性扫描伏安法定量分析的依据。图1中Ep与电活性物质的支持电解质有关，是定性分析的依据。线性扫描伏安法可测定电活性物质的最佳浓度范围为10-2－

0-4mol/L。

式（1）和（2）还表明，ip正比于v1 /2，随着v的增大ip增大，分析灵敏度提高。但是对于不可逆电极过程，由于电极反应速度慢，在快速扫描时电极反应的速度跟不上极化速度，伏安曲线将不出现电流峰，应此应选用较慢的电位扫

描速度。

线性扫描伏安法测微量铜

线性扫描伏安法测定水样中的微量铜 1、实验目的 （1）了解线性扫描伏安法测定的基本原理和方法； （2）学习相关伏安仪的使用方法； （3）学习和掌握标准加入法； 2、实验原理 与经典极谱法不同，线性扫描伏安法将一锯齿形脉冲电压加在电解池的工作电极上，电压扫描速度比经典极谱法快得多，一般为每秒几十到几百毫伏。由于电压扫描速度特别快，当达到待测物质析出的电位时，该物质在电极上迅速还原，产生很大的电流。随后，电位继续变负，电极表面待测物质浓度迅速降低，由于电解时间的增加，扩散层厚度迅速增大，从而导致电流迅速下降，电流～电压关系呈现峰形。当底液及其它条件一定时，其峰电位E p与被测物的性质及底液有关，而其峰电流i p则与被测物质浓度呈线性关系： i p=Kc 据此可进行定量分析。 本实验采用标准加入法，测定水样中微量铜的含量，即在未知浓度的含铜水样中，先加入一定浓度的NaNO3作为支持电解质，测量其峰电流，然后逐次加入一定浓度的标准铜，每加入一次铜测量一次峰电流，最后用峰电流对标准铜的浓度作图，得一直线，它的外延线与浓度轴的交点即为水样中铜的含量。 3、仪器与药品 XJP-821(C)型新极谱仪；ATA－1B型旋转圆盘电极，ZF-10B数据采集存贮器；工作电极：玻碳电极；参比电极：饱和甘汞电极；辅助电极：Pt电极。 100微升微量移液器，10毫升量筒，5毫升移液管，电解池； Cu2+标准贮备液：准确配制1.00mg·mL-1的Cu2+标准贮备液； 支持电解质溶液：1.0 mol·L-1 NaNO3+1.0 mol·L-1HNO3溶液； 待测水样。 4、实验步骤 1)将三根电极的导线分别与圆盘电极上的各电极连接，新极谱仪的输出连线与数 据采集存贮器相联； 2)参见新极谱仪面板示意图，熟悉仪器； 3)将仪器开关（后面板上）置开，预热仪器10分钟； 4)调节仪器参数：调节扫描速度14，使其为100mV/s，调节扫描上限4，使其为 -500mV，调节扫描下限6，使其为+500mV，调节扫描起始5，使其为+500mV； 将面板上各开关及旋钮设置如下：3置于“循环”，18置于“大电流量程”，17 置于“50μA”，9置于“i-E”，11置于“断”。 5)移取水样5.00mL置于电解池中，加入2 mL 1.0 mol·L-1NaNO3+1.0 mol·L-1HNO3， 加8 mL水，安装电极，开动圆盘电极的搅拌开关使之搅匀后，关闭搅拌开关。

循环伏安法与线性扫描伏安法

循环伏安法 原理： 循环伏安法（CV）是最重要的电分析化学研究方法之一。该方法使用的仪器简单，操作方便，图谱解析直观，在电化学、无机化学、有机化学、生物化学等许多研究领域被广泛应用。 循环伏安法通常采用三电极系统，一支工作电极（被研究物质起反应的电极）， 一支参比电极（监测工作电极的电势），一支辅助（对）电极。外加电压加在工作 电极与辅助电极之间，反应电流通过工作电极与辅助电极。 对可逆电极过程（电荷交换速度很快），如一定条件下的Fe(CN)63-/4-氧化还原体系，当电压负向扫描时，Fe(CN)63－在电极上还原，反应为： Fe(CN)63－＋e-→Fe(CN)64－ 得到一个还原电流峰。当电压正向扫描时，Fe(CN)64－在电极上氧化，反应为：Fe(CN)64－－e-→Fe(CN)63－ 得到一个氧化电流峰。所以，电压完成一次循环扫描后，将记录出一个如图2所示的氧化还原曲线。扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故 称为循环伏安法。 应用领域： 循环伏安法能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应历程，电活性物质的吸附等许多信息。循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。 图2 氧化还原cv曲线图图1 cv图中电势~时间关系

如通过对未知研究体系的CV研究，可以获研究对象的反应电位或和平衡电位, 估算反应物种的量，以及判断反应的可逆性。电化学反应中物种反应的量可以依据Faraday定律估算，, 其中m为反应的摩尔量, n为电极反应中的得失电子数，F为 图3 Ag在Pt电极上电结晶过程的CV图0.01mol/LagNO3+0.1mol/LKNO3 Faraday常数（96485 C.molmnFidtQt==∫0-1）。如图3的CV图中，阴影部分对应的是铂上满单层氢脱附的电量，为210 μC/cm2。由于氢在铂上只能吸附一层，通过实验得到的吸附电量可以推算实验中所用的电极的真实面积。若电化学过程不只涉及一层物种的反应，如Ag在Pt上的沉积，见图3，通过积分沉积的Ag的溶出电量，以及Ag的晶格参数可以估算电极上沉积的银的层数。通过改变CV实验中的扫描速度，根据实验中得到的Ip, ΔEp, Ep/2，Ep, ,值，判断电极过程的可逆性。25°C下，针对反应可逆性的不同，将具有以下特征（以一个还原反应通过改变CV实验中的扫描速度，根据实验中得到的Ip, ΔEp, Ep/2，Ep, ,值 实验方法： 氧化还原体系的循环伏安法测定可以按下列步骤进行： （1）选择好溶剂，支持电解质、研究电极、参比电极、辅助电极。 （2）配好电解液，接好电极测定回路。 （3）通氮气约30分钟，除去溶解氧后停止通气，让电解液恢复静止状态。 （4）定好电位测定幅度和扫描速度。 （5）进行测定。 以一定条件下Fe(CN)63-/4-体系为例： 1.工作电极预处理： 金盘电极、石墨电极分别作为测定Fe(CN)63-/4-工作电极，工作电极使用前在细砂纸上轻轻打磨至光亮。 2. 溶液配制 3.循环伏安法测量 (1)电化学分析系统，选择循环伏安法。

线性扫描伏安法测定废水中的镉

线性扫描伏安法测定废水中的镉 蔡孟珂(13322006) 蔡景恒蔡镓鹂 中山大学化学与化学工程学院，化学类 A 班 摘要：本实验采用线性扫描伏安法，通过测定一系列浓度Cd2+浓度并与测定待测溶液进行比对，计算出待测溶液中Cd2+含量为90.57mg/L。实验采用常规峰电流和半微分峰电流两种处理方法进行计算，提高了实验精度。电流峰高与浓度成正比，据此进行定量分析。同时通过半微分（semi-derivative）处理，可将伏安波动半峰形转化成峰形，改善了峰形和峰分辨率。该方法方便快捷，且成本不高，适用于快速简便地测定废水中的镉含量。 关键词：线性扫描伏安法镉离子废水 1 引言： 镉是一种具有银白色光泽、软性、延展性好、耐腐蚀的稀有金属，加热即会挥发，其蒸汽可与空气中的氧结合形成氧化镉。镉类化合物具有较大脂溶性、生物富集性和毒性，并能在动物、植物和水生生物体内蓄积。随着近年来水环境中镉污染事故的不断出现，人们对环境中镉污染的恐惧也在不断增加。[1] 铬的污染主要由工业引起。铬的开采、冶炼、铬盐的制造、电镀、金属加工、制革、油漆、颜料、印染工业，都会有铬化合物排出。如制革工业通常处理一吨原皮，要排放含铬410mg/l 的废水50－60吨；若每天处理原皮十吨，则年排铬72－86吨。[2] 水和废水中镉的测定,有比色法、原子吸收分光光度法及阳极溶出伏安法等。也有报道用离子选择电极法测定显像管废水和用极谱法测定水中的微量镉。[3] linear sweep voltammetry；LSV 是一种伏安法技术。将线性电位扫描(电位与时间为线性关系)施加于电解池的工作电极和辅助电极之间。工作电极是可极化的微电极，如滴汞电极、静汞电极或其他固体电极；而辅助电极和参比电极则具有相对大的表面积，是不可极化的。常用的电位扫描速率介于0．001～0．1V／s。可单次扫描或多次扫描。根据电流-电位曲线测得的峰电流与被测物的浓度呈线性关系，可作定量分析，更适合于有吸附性物质的测定。

51线性扫描循环伏安法——铁氰化钾溶液的氧化还原曲线

5.1 线性扫描循环伏安法——铁氰化钾溶液的氧化还原曲线 5.1.1 实验原理 铁氰化钾体系（Fe(CN)63-/4-）在中性水溶液中的电化学行为是一个可逆过程，其氧化峰和还原峰对称，两峰的电流值相等，峰峰电位差理论值为59mV。体系本身很稳定，通常用于检测电极体系和仪器系统。 5.1.2 仪器 可选用的仪器有：RST1000、RST2000、RST3000或RST5000系列电化学工作站。 5.1.3 电极与试剂 工作电极：铂圆盘电极、金圆盘电极或玻碳圆盘电极，任选一种。 参比电极：饱和甘汞电极。 辅助电极：也称对电极，可选用铂片电极或铂丝电极，电极面积应大于工作电极的5倍。 试剂A：电活性物质，1.00×10-2mol/L K3Fe(CN)6水溶液，用于配置各种浓度的实验溶液。 试剂B：支持电解质，2.0mol/L KNO3水溶液，用于提升溶液的电导率。 5.1.4 溶液的配置 在5个50mL容量瓶中，依次加入KNO3溶液和K3Fe(CN)6溶液，使稀释至刻度后KNO3浓度均为0.2mol/L，而K3Fe(CN)6浓度依次为1.00×10-4 mol/L、2.00×10-4 mol/L、5.00×10-4 mol/L、8.0×10-4 mol/L、1.00×10-3mol/L，用蒸馏水定容。 5.1.5 工作电极的预处理 用抛光粉（Al2O3, 200～300目）将电极表面磨光，然后在抛光机上抛成镜面。最后分别在1:1乙醇、1:1HNO3和蒸馏水中超声波清洗。

5.1.6 测量系统搭建 在电解池中放入电活性物质5.00×10-4mol/L铁氰化钾及支持电解质0.20mol/L 硝酸钾溶液。插入工作电极、参比电极、辅助电极。将仪器的电极电缆连接到三支电极上，电缆标识如下：辅助电极----红色； 参比电极----黄色； 工作电极----红色； 为防止溶液中的氧气干扰，可通N2除O2 。 5.1.7 运行线性扫描循环伏安法 溶液：5.00×10-4mol/L铁氰化钾、0.20mol/L 硝酸钾。 运行RST电化学工作站软件，选择“线性扫描循环伏安法”。 参数设定如下： 静置时间(S)： 10 起始电位(V)： -0.2 终止电位(V)： 0.6 扫描速率(V/S)：0.05 采样间隔(V) ：0.001 启动运行，记录循环伏安曲线，观察峰电位和峰电流，判断电极活性。如果峰峰电位差过大，则需重新处理工作电极。 量程依电极面积及扫速不同而异。以扫描曲线不溢出、能占到坐标系Y方向的1/3以上为宜。选择合适的量程，有助于减小量化噪声，提高信噪比。 5.1.8 不同扫描速率的实验 溶液：5.00×10-4mol/L铁氰化钾、0.20mol/L 硝酸钾。 参数设定如下： 静置时间(S)： 10 起始电位(V)： -0.2 终止电位(V)： 0.6 采样间隔(V) ：0.001 分别设定下列扫描速率进行实验： （1）扫描速率(V/S)：0.05 （2）扫描速率(V/S)：0.1 （3）扫描速率(V/S)：0.2 （4）扫描速率(V/S)：0.3 （5）扫描速率(V/S)：0.5 实验运行：分别将以上5次实验得到的曲线以不同的文件名存入磁盘。利用曲线叠加功能，可将以上5条曲线叠加在同一个坐标系画面中。

线性扫描伏安法测定废水中的镉离子含量

线性扫描伏安法测定废水中的镉 摘要：本实验利用线性扫描伏安法扫描废水中镉离子浓度，使用铋膜碳电极为工作电极，Ag/AgCl 电极为参比电极，Pt为辅助电极的三电极系统，在CHI660A电化学工作站采用常规峰电流对镉离子浓度作回归方程，结果测得：对常规峰进行处理后得方程y = 356.44x + 0.0348，相关系数R2达0.9997，测得含量为50.40 mg.L-1。此法精度高、迅速、灵敏，结果令人满意。 关键词：线性扫描伏安法镉离子常规峰电流半微分峰电流 1.引言 镉（Cadmium）是一种重金属，与氧、氯、硫等化学元素形成无机化合物分布于自然界中。人体健康的危害主要来源于工农业生产所造成的环境污染。镉在工业中有广泛应用，如电池、电镀合金、油漆和塑料等的生产和使用。镉对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼及血液系统均可产生毒性，且环境中的镉不能生物降解，所以现今镉的污染已经处于较为严重的状况[1]。 目前国家对于镉离子分析的标准测定方法有：无火焰原子吸收分光光度法、火焰原子吸收分光光度法、双硫脉分光光度法[2]。 伏安法和极谱法是一种特殊的电解方法。以小面积、易极化的电极为工作电极，以大面积、不易极化的电极为参比电极组成电解池，电解被分析物质的稀溶液，由所测得的电流－电压特性曲线来进行定性和定量分析的方法。使用滴汞电极或其他表面能够周期性更新的液体电极者称极谱法,使用表面静止的液体或固体电极者称伏安法。伏安法由极谱法发展而来，后者是伏安法的特例。极谱法的使用涉及到汞，毒性问题较为严重；且若采用极谱法，则需要消除氧波（加入Na2SO3、抗坏血酸、通惰性气体或N2保护）和极谱极大（加入一些表面活性物质如明胶、PVA、Triton X-100等）的干扰，过程较为繁琐。由于线性扫描伏安法扫描的速度比较快，氧波和前波的干扰很小，可不除氧，前放电物质存在也不干扰测定[3]。 伏安法作为一种非分析方法，主要用于研究各种介质中的氧化还原过程、表面吸附过程以及化学修饰电极表面电子转移机制。伏安法选择性和灵敏度较高，而且随着低成本的电子放大装置出现，伏安法开始大量用于医药、生物和环境分析中[4]。相对于其他测定痕量镉的方法包括 ICP-AES[5]，火焰原子光谱法[2]等，这些方法同样需要绘制回归方程，相对误差较大（在1%-5%左右），相关系数R一般比较低。而采用线性伏安法仪器造价低廉、灵敏度高、有一定精确度、测试速度快、维护成本较低、携带方便。 综上所述，本实验中将采用线性扫描伏安法对废水样品中镉离子浓度进行测量。 2.实验部分

线性扫描伏安法与循环伏安法实验

**大学本科实验报告专用纸 课程名称 仪器分析实验 成绩评定 实验项目名称 线性扫描伏安法与循环伏安法实验 指导教师 实验项目编号 实验项目类型 实验地点 学生姓名 学号 学院 系 化学系 专业 实验时间2015年11月13日下午～11月13日下午 温度 ℃湿度 一．实验目的 1.掌握线性扫描伏安法及循环伏安法的原理； 2.掌握微机电化学分析系统的使用及维护。 3.掌握利用线性扫描伏安法进行定量分析及利用循环伏安法判断电极反应过程。 二．实验原理 1. 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，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。 ⑴可逆电极反应的峰电流如下： c v AD n i p 121351069.2?= 式中，n 为电子交换数；A 为电极有效面积；D 为反应物的扩散系数；v 为电位扫描速度；c 为反应物（氧化态）的本体浓度。当电极的有效面积A 不变时，上式可简化为：c Kv i p 21= 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。 ⑵可逆电极反应，峰电位与扫描速度无关，nF RT E E p /1.121±= 电极反应为不可逆时，峰电位p E 随扫描速度v 增大而负（或正）移。 2. 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pa pc i i /（阴极峰电流pc i 与阳极峰电流pa i 之比）的绝对值约等于1。峰电位之差p E ?（阴极峰电位pc E 与阳极峰电位pa E 之差）约为60mV(25℃),即 nF RT E p /22.2=?。

仪器分析实验报告：线性扫描伏安法测定废水中的镉

线性扫描伏安法测定废水中的镉含量1111* 11111学院广州510275 摘要Cd是我国水质监测实施排放总量控制的指标之一。本实验采用线性扫描伏安法（LSV）方法对废水中的镉离子进行了定量分析。扫描曲线经过了半微分方法处理处理后的工作曲线在0-80 mg/L范围内的线性相差系数R2为0.9984，结果表明水样中Cd2+的含量为56.7 mg/L，此含量远超过相差规定，必须加以处理方可排放。方法设备简单、操作简便、分析速度快，有较好的应用前景。关键词线性扫描伏安法废水 镉 引言 镉（Cd）不是人体的必需元素，Cd的毒性很大在人体主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化，引发多种疾病。1955年在日本富山县发生的头痛病，即为Cd污染所致，我国也有受Cd污染稻米的报道。当水中Cd质量浓度为0.1 mg/L时可轻度抑制地表水的自净作用。用Cd质量浓度为0.04 mg/L的污水进行农灌时，土壤和稻米明显受到污染。农灌水中Cd的质量浓度达到0.007 mg/L 时，即可造成污染。因此Cd是我国水质监测实施排放总量控制的指标之一[1]。Cd的主要污染源有电镀、采矿、冶炼、染料、电池及其它工业等排放的废水，这些废水排放到水体中引起水质污染。因此，对水体中有害重金属元素进行检测，保护生态环境就显得很重要[2]。 水和废水中镉的测定，有比色法、原子吸收分光光度法及阳极溶出伏安法、离子选择性电极法、极谱法等[3]。线性扫描伏安法是指在汞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伏安分析方法，它具有灵敏度高、分辨率高、抗先还原能力强等优点，因此被广泛地应用到了包括有机、无机离 子和生物医药物质的分析测定之中。线性扫描伏安法的工作电极是可极化的微电极，如滴汞电极、静汞电极或其他固体电极；而辅助电极和参比电极则具有相对大的表面积，是不可极化的。根据电流-电位曲线测得的峰电流与被测物的浓度呈线性关系，可作定量分析[4]。 Cd2+在多种底液中都有良好的极谱波。本实验采用1.0 mol HCl作底液，在-0.3至-0.8V进行线性扫描，Cd2+在汞膜电极上发生如下电极反应： Cd2++2e-+Hg = Cd(Hg) E1/2= -0.67 V （vs. SCE）电流峰高与浓度成正比，即I p=Kc，据此进行定量分析。为提前灵敏度，本实验同时对谱峰进行半微分处理来与未处理时进行对比。 1 实验部分 1.1仪器与试剂 CHI750电化学工作站；三电极系统：汞膜电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，Pt 为辅助电极；超声清洗仪；50 ml容量瓶6个，电解池6个，砂纸（粗、中、细）若干。 汞（A.R.）；2 mol/L HCl溶液。0.50 mg/mL Cd2+标准溶液；样品溶液：含Cd2+废水样品（已含1.0 1

线性扫描伏安法与循环伏安法

教案 实验线性扫描伏安法与循环伏安法 一、实验目的 1、了解线性扫描伏安法和循环伏安法的特点和基本原理 2、掌握线性扫描伏安法的定量分析方法 3、了解循环伏安法在研究电极机理方面的应用 二、基本原理 1、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可由下式表示： ip=0.4463nFADo1/2Co*(nFv/RT)1/2=5.99x105n3/2ADo1/2v1/2Co* (1) 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。也可以简化为（A不变时） ip=kv1/2Co* (2) 即峰电流与扫描速度的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=E1/2±1.1RT/nF (3) 但当电极反应为不可逆时（准可逆或完全不可逆）。Ep随扫描速度增大而负（正）移。 2、循环伏安法 循环伏安法的原理同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。循环伏安法有两个重要的实验参数，一是峰电位之比，二是峰电位之差。对于可逆电极反应，峰电流之比iPc/iPa(阴极峰电流与阳极峰电流之比)的绝对值约等于1。峰电流之差（ΔEp=|Epa--Epc|）约为59.6mV(25℃). ΔEp=2.22 RT/nF (4) 三、仪器和试剂 1、电化学分析系统 2、三电极系统：玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极（或饱和甘汞电极）为参比电极，铂 电极为对极。 3、1.0x10-3mol/L K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液（含0.1mol/L KCl） 四、实验步骤 1、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。 2、电极的预处理：铂电极用金相砂纸将电极表面抛光，然后用蒸馏水清洗。 3、参数设置： 4、线性扫描伏安法实验： （1）以1.0x10-3mol/L K3[Fe(CN)6]溶液为实验溶液。分别设扫描速度为0.02，0.05，0.10， 0.20，0.30，0.40，0.50和0.60V/S，记录线性扫描伏安图，并将实验结果填入下 表（表1）

线性扫描伏安法

线性扫描伏安法 原理： 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，如图1。可逆电极反应的峰电流如下: ip= 0.4463nFAD O1 /2 Co*( nF v /R T ) 1 /2 = 2.69×105 n3 /2AD O1 /2v1 /2 Co* (1) 不可逆过程ip=2.99×105 nA（αnα）1/2D O1 /2v1 /2 Co* （2） 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: ip = k v1 /2 Co* (3) 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 = E1 /2±1.1R T / n F (4) 可逆反映还有以下特点： 1.当n=1时，对于可逆的电流峰的电位值只比平衡电位正28.5mV（可用于定性分析） 2.电流的峰值可用于定量分析。 3.电流的上升非常快，n=1时从电流峰值的10%上升到电流峰值时的电位变化幅度为100mV。 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。 电极表面上还原物的浓度受到电极电位的变化和扩散层的增大等因素的影响，随着扫描的进行电流急剧上升，属于前一种影响，而过了波峰，电流开始减少，则属于后一种原因。 由式（1）和（1）可见，不管电极反应是否可逆，ip都与Co*呈正比，这是线性扫描伏安法定量分析的依据。图1中Ep与电活性物质的支持电解质有关，是定性分析的依据。线性扫描伏安法可测定电活性物质的最佳浓度范围为10-2~10-4mol/L。 式（1）和（2）还表明，ip正比于v1 /2，随着v的增大ip增大，分析灵敏度提高。但是对于不可逆电极过程，由于电极反应速度慢，在快速扫描时电极反应的速度跟不上极化速度，伏安曲线将不出现电流峰，应此应选用较慢的电位扫描速度。 应用：线性扫描法的应用与循环伏安法类似。

实验十 循环伏安法分析

实验十循环伏安法分析 一、实验目的 1.仔细阅读理解本讲义和相关资料，掌握循环伏安法的基本原理。 2.熟练使用循环伏安法分析的实验技术。 二、实验原理 循环伏安法（Cyclic Voltammetry, 简称CV）往往是首选的电化学分析测试技术，非常重要，已被广泛地应用于化学、生命科学、能源科学、材料科学和环境科学等领域中相关体系的测试表征。 现代电化学仪器均使用计算机控制仪器和处理数据。CV测试比较简便，所获信息量大。采用三电极系统的常规CV实验中，工作电极（The Working Electrode, 简称WE）相对于参比电极（the Reference Electrode，简称RE）的电位在设定的电位区间内随时间进行循环的线

表1. 图1的实验条件和一些重要解释

零，所以RE的电位在CV实验中几乎不变，因此RE是实验中WE电位测控过程中的稳定参比。若忽略流过RE上的微弱电流，则实验体系的电解电流全部流过由WE和对电极（The Counter Electrode，简称CE）组成的串联回路。WE和CE间的电位差可能很大，以保证能成功地施加上所设定的WE电位（相对于RE）。CE也常称为辅助电极（The Auxiliary Electrode, 简称AE）。 分析CV实验所得到的电流-电位曲线（伏安曲线）可以获得溶液中或固定在电极表面的组分的氧化和还原信息，电极|溶液界面上电子转移（电极反应）的热力学和动力学信息，和电极反应所伴随的溶液中或电极表面组分的化学反应的热力学和动力学信息。与只进行电位单向扫描（电位正扫或负扫）的线性扫描伏安法（Linear Scan Voltammetry，简称LSV）相比，循环伏安法是一种控制电位的电位反向扫描技术，所以，只需要做1个循环伏安实验，就可既对溶液中或电极表面组分电对的氧化反应进行测试和研究，又可测试和研究其还原反应。 循环伏安法也可以进行多达100圈以上的反复多圈电位扫描。多圈电位扫描的循环伏安实验常可用于电化学合成导电高分子。 图1为3 mmol L-1 K4Fe(CN)6 + 0.5 mol L-1 Na2SO4水溶液中金电极上的CV实验结果。实验条件和一些重要的解释列于表1中。 三、仪器和试剂 仪器：CHI400电化学工作站 磁力搅拌器 铂片工作电极 铅笔芯对电极 KCl饱和甘汞电极 试剂：K3Fe(CN)6（分析纯或优级纯） KNO3（分析纯或优级纯） 溶液及其浓度：1.0 mol L-1 KNO3水溶液。实验中每组学员使用30.0 mL。 0.100 mol L-1 K3Fe(CN)6水溶液储备液。实验中每组学员使用100 L微量注射 器依次注射适量体积的0.100 mol L-1 K3Fe(CN)6水溶液到30 mL的1.0 mol L-1 KNO3水溶液中，详见如下4.3.节。

线性扫描伏安法测定废水中的镉

线性扫描伏安法测定废水中的镉 摘要本实验采用线性扫描伏安法测定废水中镉的含量，采用三电极工作体系，以铋膜电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，Pt电极为辅助电极。通过绘制Cd2+标准溶液的工作曲线，对废水中的Cd2+进行定量分析。实验最终测得废水中Cd2+的浓度为24.44mg?L-1，超过国家规定的废水排放标准，不能直接排放。 关键词线性扫描伏安法铋膜电极镉标准曲线 1 引言 镉是银白色有光泽的金属，有韧性和延展性。镉化合物可用于杀虫剂、杀菌剂、颜料、油漆等之制造业。金属镉毒性较低，但其化合物毒性很大。镉不是人体的必需元素。人体内的镉是出生后从外界环境中吸取的﹐主要通过消化道与呼吸道摄取被镉污染的食物﹑水和空气而进入体内蓄积下来。镉对人体组织和器官的危害是多方面的，主要是对肾脏、肝脏的危害。工作者因职业而曝露于高浓度的含镉熏烟或悬浮微粒的灰尘中，会影响肾脏及呼吸系统。最被彻底研究的人体健康效应是肾脏衰竭，起因于长时期的高剂量曝露。所以大部份已开发国家已设定镉的职业曝露标准，在大气中 2mg/m3到50mg/m3之间，可以保护人体具有 40 到 45 年的正常工作寿命。 鉴于镉对环境、人类的危害，测定废水中镉的含量对于维持生态平衡及保护人类健康就显得十分必要。常见的废水中镉含量的测定有比色法、石墨炉原子吸收光谱法、原子吸收分光光度法、原子荧光法等。其中，比色法设备简单、价廉，但存在干扰因素多，误差大等不足之处；原子光谱法需购买专用的光谱仪器，操作条件要求高；原子吸收分光光谱法具有高选择性及高灵敏度，适于作微量元素检测，但仪器价格昂贵，所耗费用大。因此，本实验采用线性扫描伏安法测定废水中镉的含量，具有灵敏度高，定量快速准确，受干扰小，仪器简单，检测成本低的优点。 2 实验部分 2.1仪器试剂 2.1.1 仪器 CHI750A电化学工作站；三电极系统；铋膜电极为工作电极，Ag/AgCl 电极为参比电极，Pt 为辅助电极。 2.2.2 试剂 (1)5000 ppm硝酸铋（A.R.）储备液；5000ppm 溴化钾（A.R.）储备液；

实验50 线性扫描伏安法测定废水中的镉

实验50线性扫描伏安法测定废水中的镉 【实验目的】 （1）学习CHI750A电化学工作站的操作使用 （2）熟悉铋膜电极的制备，掌握线性扫描伏安法的基本原理 （3）掌握线性扫描伏安法测定废水中痕量镉的方法。 【实验原理】 线性扫描伏安法是在电极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。根据电流-电位曲线测得的峰电流与被测物的浓度呈线性关系，可作定量分析。工作电极是可极化的微电极，如滴汞电极、静汞电极或其他固体电极；而辅助电极和参比电极则具有相对大的表面积，是不可极化的。 Cd2+在多种底液中都有良好的极谱波。经典单极谱扫描伏安法工作电极为滴汞电极或悬汞电极，后改用金基汞膜电极作为工作电极。实验中采用1.0mol/L HCL做底液，在-0.3～-0.8V 进行线性电势扫描，Cd2+在汞膜上发生如下电极反应： Cd2++2e+Hg=Cd（Hg）E1/2=-0.67V（vs.SCE） 由于汞具有很强的毒性，存在很大的污染问题。铋膜电极是新近发展起来的具有和汞膜电极相似性能的固体电极，操作简便，灵敏度高，无毒，铋膜易除去，不会造成环境污染。 实验采用醋酸-醋酸钠缓冲液（pH=4.7）作底液，在-0.3～-0.9V进行线性电势扫描，Cd2+在铋膜上还原为Cd，和铋形成类似于汞齐的合金。而且电流峰高与浓度成正比，据此进行定量分析。由于线性扫描伏安法的电位扫描速度较快，不可逆的氧波影响不大，当被测物质浓度较大时可不必除氧。 实验使用CHI750A电化学工作站，它集成了多种常用的电化学测量技术，包括循环伏安法、线性扫描伏安法、阶梯扫描伏安法、差分脉冲伏安法、方波伏安法、交流伏安法、交流阻抗技术等。本实验采用线性扫描伏安法（linear sweep voltammetry,LSV）技术。仪器软件部分具有很强的数据处理功能，包括电流峰电位、峰高和峰面积（电量）的自动测量，半微分、半积分和导数处理等。通过半微分（semi-derivative）处理，可将伏安波动半峰形转化成峰形，改善了峰形和峰分辨率。这种多组分的同时测定中是十分有用的。 【仪器试剂】 1.仪器 CHI750A电化学工作站；三电极系统；铋膜电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，Pt为辅助电极。 2.试剂 5000mg L-1硝酸铋（A.R.）储备液；5000mg L-1溴化钾（A.R.）储备液； 醋酸-醋酸钠缓冲液（pH=4.7）：醋酸钠83g溶于水，加冰醋酸60mL，加水稀释至1000mL；镀铋液（500mg L-1）：量取5mL硝酸铋储备液和5mL溴化钾储备液于50mL容量瓶中，再用醋酸-醋酸钠缓冲液稀释至50mL； 0.5mg mL-1Cd2+标准溶液；样品溶液：含Cd2+的废水样（已含缓冲液） 【实验步骤】 1.铋膜修饰玻碳电极的制备

循环伏安法与线性扫描伏安法

循环伏安法与线性扫描伏安法

循环伏安法 原理： 循环伏安法（CV）是最重要的电分析化学研究方法之一。该方法使用的仪器简单，操作方便，图谱解析直观，在电化学、无机化学、有机化学、生物化学等许多研究领域被广泛应用。 循环伏安法通常采用三电极系统，一支工作电极（被研究物质起反应的电极）， 一支参比电极（监测工作电极的电势），一支辅助（对）电极。外加电压加在工作电极与辅助电极之间，反应电流通过工作电极与辅助电极。 对可逆电极过程（电荷交换速度很快），如一定条件下的Fe(CN)63-/4-氧化还原体系，当电压负向扫描时，Fe(CN)63－在电极上还原，反应为： Fe(CN)63－＋e-→Fe(CN)64－ 得到一个还原电流峰。当电压正向扫描时，Fe(CN)64－在电极上氧化，反应为：Fe(CN)64－－e-→Fe(CN)63－ 得到一个氧化电流峰。所以，电压完成一次循环扫描后，将记录出一个如图2所示的氧化还原曲线。扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极 化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。 应用领域： 循环伏安法能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应历程，电活性物质的吸附等许多信息。循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。 如通过对未知研究体系的CV研究，可以获研究对象的反应电位或和平衡电位, 估算反应物种的量，以及判断反应的可逆性。电化学反应中物种反应的量可以依 图 2 氧化还图1 cv图中电

第七章 线性电势扫描法

一、 线性扫描的三种形式 二、 线性电位扫描的特点 三、 小幅度三角波扫描测定Rr、Cd 四、 浓差极化下的动电位扫描法 五、 三角波扫描（循环伏安法） 六、 线性扫描伏安法的应用
电化学测量技术
1

一、 线性扫描的三种形式
A. 单程线性电势扫描 B. 三角波扫描
C. 连续三角波扫描
φ
t
电化学测量技术
2

线性电位扫描法，也叫动电位扫描法，就是控制电 ? ? 以恒定的速度变化，即 ddt = υ =常数，同 极电位 时测量通过电极的电流就可得到动电位扫描曲线。
i ~ t
i ~ ?
这种方法在电分析化学中常称为伏安法。此法又分 为单程动电位扫描法（A），三角波电位扫描法（周期 伏安法、循环伏安法、循环扫描法、CV法）（B）和连 续三角波电位扫描法（C）等。
电化学测量技术
3

伏安法获得的i～ ?曲线称为动电位扫描曲线、伏安曲线、循 环伏安曲线(Cyclic Voltammogram、CV)、连续循环 伏安曲线(Consecutive Cyclic Voltammogram)等。
线性电势扫描法也是暂态法的一种，扫描速度（ν）对暂态 极化曲线的形状和数值影响较大，只有ν足够慢时，才可得 到稳态极化曲线。
i = ic + ir = C
d
dC d? + ? dt dt
d
+ ir
=0
0 ，稳态极化曲线
电化学测量技术
4

线性扫描伏安法和循环扫描伏安法

实验五线性扫描伏安法和循环扫描伏安法 一．实验目的 1、了解线性扫描伏安法和循环扫描伏安法的特点和基本原理。 2、掌握线性扫描伏安法的定量分析方法。、 3、了解循环扫描伏安法在研究电极机理方面的应用。 二、基本原理 1、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可由下式表示：Ip=0.4463nFADo1/2Co*(n F v/RT)1/2=5.99*105n3/2Ado1/2v1/2Co*（1） 式中n为电子交换数，A为电极有效面积，Do为反应物的扩散数，v为电位扫描速度，Co*为反应物（氧化态）的本体浓度。也可简化为（A不变时）ip=kv1/2Co* （2） 即峰电流与扫描速度的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=E1/2±1.1RT/nF （3）但当电位反应为不可逆时（准可逆或完全不可逆）。Ep随扫描速度增大而负（正）移。 2、循环伏安法 循环伏安法的原理同线性扫描伏安法相同，只是比线性扫描伏安法多了一个回归。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。循环伏安法有两个重要的实验参数，一个峰电位之比，二是峰电位之差。对于可逆电极反应，峰电流之比iPc/ipa的绝对值约等于1。峰电位之差约为59.6mv （25℃）。 △Ep=2.22RT/nF （4）Cottrell equation，峰电流和扫速的开方呈正比，说明电极电流是扩散控制。 Nernst equation，峰电压的差值和电子转移数有关系，△E=2.303RT/(nF)。 不同扫速下的氧化还原峰电压的差值变化不大，电极反应就是可逆的。三．仪器和试剂 1.电化学分析系统 2.三电极系统：玻碳电级为工作电极，Ag/Agcl电极为参比电极，铂钛电极为对极。 3.1.0×10-3mol/L铁氰化钾溶液 四．实验步骤 1.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。

线性扫描伏安法实验

实验线性伏安法研究硫酸体系极化行为 一．实验目的 1. 掌握线性伏安法的基本原理； 2.了解上述方法的实验操作和极化曲线的含义。 3.评估析氧和析氢极化的特性。 二、实验内容 线性伏安法是以一线性变化电位施加于电解池上，以所得的电流---电极电位曲线为基础的分析和研究方法。所施加扫描电位与时间的关系为：E=Ei-vt，电流与被测物质浓度c、扫描速度v等因素有关。 本实验是在电解池中注入0.05MH2SO4溶液，插入两个电极（工作电极与辅助电极），阴极将发生还原反应：2H++2e=H2，阳极将发生氧化反应：H2O=1/2O2+2H++2e。为了测量工作电极的电极电势，需在电解池中加入一个参比电极（通常用甘汞电极），工作电极和参比电极连上电位计可测出电极电势，由于参比电极的电极电势是已知的，故可得到工作电极的电极电势。实验中以较慢速率连续改变电位（扫描），记录相应的电流值，绘制成图即得极化曲线图，由图可求得极化电极电势。 ０ E 电流－电势图 三、实验主要仪器设备和材料 1．仪器：ZHDY智能恒电位仪，铂、石墨为工作电极（研究电极），可根据不同需要选用不同工作电极，铂电极为对电极（辅助电极），饱和甘汞电极为参比电极。 2.试剂：硫酸水溶液，试剂为分析纯，使用二次重蒸水。 四、实验方法、步骤 1. 在电解池中放入适量硫酸水溶液，插入工作电极、辅助电极和饱和甘汞电极。然后

将恒电位仪的接线分别与相应的电极连接，打开恒电位仪。 2. 测阴极极化曲线：打开电脑“ZHDY智能恒电位仪”程序，点击“设置”菜单中“实验设置”，选择“线性伏安法”，设定初始电位0V，终止电位-0.50V，静止时间为1秒，扫描速度0.002 V?s-1,采样间隔为1mv，灵敏度为1mA/v，点击“确定”。再点击“联机”，点“确定”，再点击“开始”菜单，即开始记录线性扫描伏安图，结束后，点“停止”。保存图形。 然后在“实验设置”中改变扫描速度为0.005 V?s-1,重复测定一次。 注意：（1）每次测定前要充分摇动电极，以除去电极表面的气泡；（2）“联机”菜单只需要第一次测定时点击一次即可。 3. 测阳极极化曲线：方法同上，在“实验设置”中改变初始电位为0.6V，终止电位为1.80V，分别以0.002 V?s-1、0.005 V?s-1的扫描速度测定两次。 4. 点击“图形处理”，分别将两次阴极极化曲线、阳极极化曲线进行“波形对比”，打印图形。 五.数据处理 1.计算氢电极反应和氧电极反应的平衡电极电位，分别从阴极极化曲线求析氢电位、阳极 极化曲线求析氧电位，比较析氢和析氧超电势。 2.求水的分解电压。 3.比较三电极法和二电极法的特点。 附录：线性伏安法Linear Sweep Voltammetry(LSV) 控制极化电位由“初始电位”开始，以特定的“扫描速度”随时间向“终止电位”线性变化，同时记录扫描过程中电流与电位（i-E）关系曲线的方法，称为线性扫描伏安法。极化电位波形如下图所示。 s）

阶梯和线性扫描伏安法的比较有价值的替代：循环伏安法中的模拟电流积分

阶梯和线性扫描伏安法的比较 有价值的替代：循环伏安法中的模拟电流积分 循环伏安法中的阶梯法广泛应用于基于数字微处理器的仪器，因为使用数字电子仪器产生不连续的阶梯比真正的线性扫描要容易。此外，如果阶梯时间足够长，双电层对电流的贡献或充电电流会减小。这样的数据被认为只会从法拉第反应产生。Autolab电化学仪器和软件通常使用阶梯法进行循环伏安测量，也可以选择SCANGEN模块进行真线性扫描伏安测量。 图1表示一个阶梯波试验的例子。电流测量的时刻（由α值确定）可以定义。α=0.25时，电流自阶梯的1/4处取样；α=1时，电流自阶梯的终点取样，等等。为改进信号噪音比，电流取样在一个特定的间隔内进行，如果可能在净循环（20或16.6ms）。 图1：阶梯波循环伏安法，α值指示取样时刻. 当研究动力学过程时，阶梯和线性扫描方法的区别被认为并不大。M. Seralthan和R.A. Osteryang(J.Electroanal.Chem.222,69(1987))对常规阶梯伏安和线性扫描伏安进行了理论比较。他们指出，如果在阶梯的适当时刻测量电流，可以得到相近的结果。对于一个可逆系统，电流应该在整个阶梯时间的1/4处取样。因此，对那些有关电化学动力学的研究， 阶梯伏安是一个替代（真正）线性扫描伏安的好方法。 对于个别时间相关的过程，如：欠电位沉积（UDP），双电层效应和铂电极的氢吸收，情况就不相同。在这些条件下，上面描述的（常规）阶梯法失效。这是由于这些现象发生在阶梯的开始，而且在电流取样时已经消失。 Autolab仪器和软件也提供一个记录这些快速现象的阶梯方法。在这种方法中，采用内置模拟电流积分器的μAutolab恒电位仪，PGSTAT10恒电位仪和FI20模块。积分器在每个阶梯开始时重新设置。然后，积分的电流或电量在每个阶梯的终点取样。电量除以阶梯时间就可以得到（假）电流。

伏 安 法

伏安法 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。 1伏安法：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, 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。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, 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。使用表面静止的液体或固体电极，称为伏安法。循环伏安法(Cyclic Voltammetry)。 2 基本原理：如以等腰三角形的脉冲电压加在工作电极上，得到的电流电压曲线包括两 个分支，如果前半部分电位向阴极方向扫描，电活性物质在电极上还原，产生还原波，那么后半部分电位向阳极方向扫描时，还原产物又会重新在电极上氧化，产生氧化波。因此一次三角波扫描，完成一个还原和氧化过程的循环，故该法称为循环伏安法，其电流—电压曲线称为循环伏安图。如果电活性物质可逆性差，则氧化波与还原波的高度就不同，对称性也较差。循环伏安法中电压扫描速度可从每秒种数毫伏到1伏。工作电极可用悬汞电极，或铂、玻碳、石墨等固体电极。 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| i pc / i pa0(阴极峰电流i pc与阳极峰电流i pa之比) 的绝对值约等于1。峰电位之差ΔE p (阴极峰电流E pc与阳极峰电流E pa之差, ΔE p = | E pa - E pc | ) 约为60mV(25℃) , 即 ΔE p = 2122R T / n F (4)