线性电位扫描法测量交 换电流密度 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
实验9：线性电位扫描法测量交换电流密度 一、实验目的 1. 理解交换电流密度的意义； 2. 掌握线性电位扫描法测量交换电流密度。 二、实验原理 设电极反应为： 当电极电位等于平衡电位时，电极上没有净反应发生，即没有宏观的物质变化和外电流通过，但是在微观上仍有物质交换。也就是说，电极上的氧化反应和还原反应处于动态平衡，即： 因为平衡电位下的还原反应速度与氧化反应速度相等，在电化学上用一个统一的符 号i o 来表示这两个反应速度。这里i o 就叫作交换电流密度或简称交换电流。它表示 平衡电位下氧化反应和还原反应的绝对速度。也就是说，i o 就是在平衡条件下，氧 化态粒子和还原态粒子在电极/溶液界面的交换速度。所以，所以交换电流密度本身就表征了电极反应在平衡态下的动力学特征，它的大小与电极反应的速率常数、电极材料和反应物质的浓度等因素有关。 在低过电位下，过电位η（V）与极化电流密度i (A)之间呈线性关系，即 可见，RT/nF i o具有电阻的量纲，常被称为电荷转移电阻Rct（或R r）。它相当于电荷在电极/溶液界面传递时单位面积上的等效电阻。当η≤ 10 mV时，拟合极化曲线中的线性部分，根据拟合直线的斜率可以求得Rct，再根据上述公式求得交换 电流密度i o (A/cm2）。 三、实验器材 CHI电化学工作站；铂片电极；Hg/Hg 2SO 4 参比电极；玻碳电极；三口电解池； mol/L VO 2+ + mol/L VO2+ +3 mol/L H 2 SO 4 溶液；程控水浴锅 四、实验步骤 1. 预处理电极，用去离子水沾湿玻碳电极后在砂纸上打磨至表面光亮，然后用去离子水冲洗干净后用滤纸擦干。打磨铂电极至光亮，用浓盐酸洗液浸泡后擦干. 2. 打开仪器和电脑，连接仪器和电极。记录电极开路电位其值为，待开路电位稳定后，选择“线性电位扫描”方法。电极电位为，从的电位开始扫描，终止电位是，扫描速率是s，自动灵敏度； 4. 待测量结束后，保存数据，将电解槽放入50o C水浴锅中，重复步骤2（此时测得开路电位为）； 5. 关闭电脑和仪器，清洗电极与电解槽。 五、实验数据处理及分析 1. 将在室温和50o C下的线性电位扫描曲线的线性部分分别进行线性拟合，求出i o 值； 图1.室温下玻碳电极的线性电位扫描曲线 取点（,）,
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 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。
高光谱成像检测技术 一、高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术，其最突出的应用是遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。 高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。 高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段）、高的光谱分辨率（几个nm）、波段窄（≤10-2λ）、光谱范围广（200-2500nm）和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹”效应，不同物不同谱，同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。 二、高光谱成像系统的组成和成像原理 高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD）、装备有图像采集卡的计算机。光谱范围覆盖了200-400nm、400-1000nm、900-1700 nm、1000-2500 nm。 CCD 光源光栅光谱仪成像镜头
光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵CCD。 高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向），横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。它的横向是X方向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。 同时，在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。
目录 一.高光谱成像仪的简介 (2) 二.高光谱成像仪市场现状 (2) 三.产品类型分类 (4) 四.主要产品供应商 (5) 五.高光谱成像应用实例 (10)
一.高光谱成像仪的简介 高光谱成像（HSI）是光谱技术和成像技术的结合，通常也被成为成像光谱技术。高光谱成像是加入了彩色三维成像的技术，包括目标频谱数据的反射图像，通过数据处理得到电磁光谱图像中每个像素。高光谱成像系统一般包括高光谱成像仪，摄像机，光源，数据软件和计算机等。 二.高光谱成像仪市场现状 2017年全球高光谱成像系统产量达到395台，销售额约6849万美元。预计2023年将达到13456万美元，年复合增长率（CAGR）为11.91%。 2019年全球高光谱成像系统产量达到549台，销售额约9042万美元。从全球范围看，北美是最大生产地区，主要生产企业也集中在这一地区，比如美国Headwall Photonics,美国Resonon，美国Surface Optics，美国康宁（并购NovaSol），加拿大ITRES，加拿大Telops和美国Brimrose等。北美地区2019产量共318套，占全球的58.01%，其次是欧洲，主要生产商有芬兰Specim，欧洲微电子研究中心（IMEC），挪威纳斯克电子光学公司（Norsk Elektro Optikk AS）等。
图1 2017年全球不同分类高光谱成像系统产量份额 图2 2017年全球高光谱成像系统主要应用领域消费量份额
三.产品类型分类 1. 紫外光谱（10～380 nm） 军事领域：飞机发动机尾焰紫外追踪，导弹预警，紫外预警目标观察，紫外火控目标瞄准系统 公安刑侦：现场侦查痕迹，可观察指纹印、体液、火药、麻药 航天领域：空间探测 2. 可见光谱（380～780nm） 农业领域：防病虫害 增强视场：获取高光谱分辨率和高空间分辨率 公安刑侦：手印显现 3. 近红外光谱（780-2526nm） 生物医学领域：测定脑血流量和脑血管中CO2的活性、血或血清中血红蛋白载氧量、PH、葡萄糖、尿素等含量 农业、食品、纺织、聚合物、药物、石油化工、生化和环保。 4. 中红外光谱（2.5-25μm） 在军事、环境监测、医学治疗以及基础研究等领域 环境监测：监测甲烷和氧化亚氮 生物医学：蛋白质分析、液相色谱/生物反应器监控、无标签数字病理学、纳米成像5.远红外光谱（25-1000μm） 基础研究：半导体监测，超导体监测、等离子体诊断、天体物理研究。
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。
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 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
**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=?。
前言 随着科学技术的发展，人们的感官得到了延伸，认识事物的能力也不断的提高，其中光谱成像和雷达成像成为其中的佼佼者，高谱和图像使人们能够在大千世界更好的认识到事物。高光谱成像技术作为一项优点显著，实用的成像技术，从20世纪80年代开始得到了世界各国的重视，经过深入的研究和发展如今已经被广泛地应用于各个领域。 高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测。 高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，其中最突出的应用是在遥感探测领域，并在民用领域有着更大的应用前景。 本文通过分析介绍高光谱图像的成像原理，探讨了高光谱图像在国内外发展现状及其应用。
1.高光谱图像成像原理及特点 1.1高光谱遥感基本概念 高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据，成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到，所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。 1.2高光谱图像成像原理 光源相机（成像光谱仪+ccd）装备有图像采集卡的计算机是高光谱成像技术的硬件组成，其光谱的覆盖范围为200-400nm，400-1000nm，900-1700nm，1000-2500nm。其中光谱相机的主要组成部分为准直镜，光栅光谱仪，聚焦透镜以及面阵ccd。 其扫描过程是当ccd探测器在光学焦面的垂直方向上做横向扫描（x），当横向的平行光垂直入射到投身光栅是就形成了光栅光谱，这是象元经过高光谱仪在ccd上得出的数据，它的横向式x方向上的像素点也就是扫描的象元，它的总想是各象元对应的信息。在检测系统输送前进是排列的他测器完成纵向扫面（y）。综合扫描信息即可得到物体的三围高光谱数据。 1.3高光谱遥感的特点 （1）波段多且宽度窄能够使得高光谱遥感探测到别的宽波段无法探测到的物体。 （2）光谱响应范围更广和光谱分辨率高使得它能够更加精细的发硬出被探测物的微小特征。 （3）它可以提供空间域和光谱域信息也就是“谱像合一”。 （4）数据量大和信息冗余多，由于高光谱数据的波段多，其数据量大，而且和相邻波段的相关性比较高就使得信息冗余度增加很多。 （5）高光谱遥感的数据描述模型多能够分析的更灵活。经常使用的3种模型有：图像，光谱和特征模型。 1.4高光谱的优势 随着高光谱成像的光谱分辨率的提高，其探测能力也有所增强。因此，与全色和多光谱成像相比较，高光谱成像有以下显著优著: (1)有着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像在经过光谱反射率重建后，能获取与被探测物近似的连续的光谱反射率曲线，与它的实测值相匹配，将实验室中被探测物光谱分析模型应用到成像过程中。 (2)对于地表覆盖的探测和识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱
1实验目的 2实验原理 线性电势扫描法是指在一定的范围内控制施加在WE 上的电极电势，以一定的速度均匀变化，同时记录对应电极电势下电化学反应的响应电流密度，以电极电势为自变量，电流密度为因变量，用电极电势-电流密度曲线表示实验结果，即极化曲线。 线性电势扫描法可测定电极的阴极和阳极极化曲线。用该法测得的阳极钝化曲线常为下图所示。 E E 钝化 i i 钝化 图1 线性电势扫描法得到的金属阳极钝化曲线示意图 上图中整条曲线分为四个区域：（1）AB 区间为活性溶解区。金属发生阳极溶解，阳极电流密度与电极电势（或超电势）符合Tafel 规律；（2）BC 区间为过渡钝化区。由于金属表面开始发生钝化，随着电极电势逐渐正移，金属的溶解速率迅速减小；（3）CD 区间为钝化稳定区。由于金属表面已经覆盖一层致密的钝化膜，金属的溶解速度保持在一个比较小的水平，溶解速率基本不随电极电势的正移而改变；（4）DE 区间为过度钝化区。由于在高极化状态下，电极表面发生了析氧反应或生成更高价金属离子的反应，电流密度随电极电势的正移而增大。从极化曲线可以看出，具有钝化现象的阳极极化曲线的一个重要特点是：在BCD 区间，同一电流密度值下对应几个不同的电极电势值。这种极化曲线是无法用恒电流法进行测量的。可见，线性电势扫描法是研究金属钝化现象的重要方法。 影响金属钝化的因素很多。主要有：（1）金属的组成和结构。各种金属的钝化能力不同，即所谓的“化学因素”。在金属中引入其它金属成分，可以改变金属的钝化行为。如，铁中掺入镍、铬可促进钝化，并提高钝化状态的稳定性。（2）电解质溶液的组成。溶液的pH 值、卤素离子和氧化性阴离子对金属的钝化行为存在显著影响，即所谓“溶液因素”。在酸性和中性溶液中，随着pH 值的增大，有利于钝化的形成。卤素离子，特别是Cl -离子则阻碍金属的钝化，并能破坏金属的钝态。有些氧化性的阴离子，如NO 2-等，则可促进金属进入钝态。（3）其它因素。温度、搅拌等因素也能影响金属的钝化行为。一般情况下，升高温度、提高搅拌强度不利于金属形成钝态。
无人机载高光谱成像系统 主要参数应优于以下参数。 波长范围：400-1000nm；像素扭曲不超过一个像素， 空间通道数：≥620；光谱通道数：≥250； 光谱采样间隔：优于2.4nm/pixel； 光谱分辨率在20μm狭缝时优于6nm； 最大数值孔径：F/2.5； 重量：<0.6kg(含内部的采集控制模块)； 反射率标准布：不小于3m x 3m，包含3种反射率，可以为计算地物反射率提供标准参考； 定制3轴云台，通电后自动垂直向下，无需手动调平衡； 可在地面站软件上看到云台上图传相机的实时画面； 云台重量：≤0.8kg；
无人机载多光谱/热红外成像系统 主要参数应优于以下参数。 重量≤800 g 光谱波段：EO即电力光学：蓝色、绿色、红色、红边、近红外（NIR）LW IR（长波红外辐射） / 热红外： 8-14um 传感器分辨率：不低于2064*1544（每个EO（即电力光学）波段3.2 MP）/热红外线：不低于160*120
北斗GPS定位系统 仪器参数应优于以下主要参数。 解算技术：超越传统（固定/浮动）技术的 HD-GNSS处理引擎算法，比传统GNSS技术提供的误差估算评定更加精确。 卫星跟踪：360全星座技术,能够跟踪包括GPS、GLONASS、Galileo、北斗和QZSS卫星信号同步跟踪： –– GPS：L1C/A、L1C、L2C、L2E、L5； –– GLONASS：L1C/A、L1P、L2C/A、L2P、L3； –– SBAS：L1C/A、L5； –– Galileo：E1、E5A、E5B； ––北斗：B1、B2、B3 多星多频：不止于接收卫星数量，同时接收GPS、GLANASS、伽利略、北斗的第三频段 信号通道：接收机通道数不少于440个通道，支持更多的卫星信号同步跟踪 高精度静态精度：平面3mm+0.1ppm 高程3.5mm+0.4ppm RTK实时动态精度：平面8mm+1ppm 高程15mm+1ppm 网络RTK精度：平面8mm+0.5ppm 高程15mm+0.5ppm 定位速率：1Hz、2Hz、5Hz 10Hz和20Hz 数据格式：CMR+, CMRx, RTCM 2.1, RTCM 2.3, RTCM 3.0, RTCM 3.1, RT CM 3.2的输入输出 星站差分功能：具有OmniSTAR HP、XP、G2、VBS定位功能 智能化程度：接收机可以通过WBUI管理界面，实现远程管理，下载数据等 工作温度：-40℃～65℃ 防水/防尘：满足IP67等级，可侵入水下1米深 可以承受从2米高测杆处跌落 数据存储：主机4G内存：可以3年以上原始观测数据通讯链路：电台与
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
2011-2012学年物化实验 第 十 一 组 组长：滕远 组员：谭清华、唐艳辉、杨江静时间：二0一一年十一月
实验八十线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的钝化行为 一、预习提问 1、什么是极化？什么是极化曲线？阳极极化电极电势如何变化？阴极极化电极电势又如何变化？ 答:在金属的阳极溶解过程中,其电极电势必须大于其热力学电势,电极过程才能发生.这种电极电势偏离其热力学电势的行为称为极化. 极化曲线:描述电极电势与通过电极的电流密度之间关系的曲线. 阳极极化电极电势：由于极化是电极电势变大 阴极极化电极电势：由于极化使电极电视变小。 2、什么是金属的钝化？ 答:当阳极极化不大时,阳极过程的速率随着电势变正而逐渐增大,但当电极电势正到某一数值时,其溶解速率达到最大,而后,阳极溶解速率随着电势变正反而大幅度降度,这种现象称为金属的钝化. 3、金属为什么会由活化状态转变为钝化状态？ 答:有的人认为金属钝化是由于金属表面形成了一层具有保护性的致密氧化膜,因而阻止了进一步溶解,称为氧化物理论：另一种观点则认为金属钝化是由于金属表面吸附了氧，形成了氧吸附层或含氧物吸附层，因而抑制了腐蚀的进行，称为表面吸附理论：第三种理论认为，开始是氧的吸附，随后金属从基底迁移至氧吸附膜中，然后发展为无定形的金属-氧基结构而使金属溶解速率降低，被称为连续模型理论。 4、影响金属钝化过程的因素有哪些？ 答：（1）溶液的组成，溶液中存在H+、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子对金属钝化现象起着显著的影响。 （2）金属的化学组成和结构，各种纯金属的钝化能力均不相同，以Fe、Ni、Cr 金属为例，易钝化的顺序为Cr >Ni> Fe. （3）外界因素当温度升高或加剧搅拌，都可以推迟或防止钝化过程的发生。 5、阳极极化曲线为什么要用恒电位法而不能用恒电流法？
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）
实验9：线性电位扫描法测量交换电流密度 一、实验目的 1. 理解交换电流密度的意义； 2. 掌握线性电位扫描法测量交换电流密度。 二、实验原理 设电极反应为： O e R +? 当电极电位等于平衡电位时，电极上没有净反应发生，即没有宏观的物质变化和外电流通过，但是在微观上仍有物质交换。也就是说，电极上的氧化反应和还原反应处于动态平衡，即： c a i i = 因为平衡电位下的还原反应速度与氧化反应速度相等，在电化学上用一个统一的符号i o 来表示这两个反应速度。这里i o 就叫作交换电流密度或简称交换电流。它表示平衡电位下氧化反应和还原反应的绝对速度。也就是说，i o 就是在平衡条件下，氧化态粒子和还原态粒子在电极/溶液界面的交换速度。所以，所以交换电流密度本身就表征了电极反应在平衡态下的动力学特征，它的大小与电极反应的速率常数、电极材料和反应物质的浓度等因素有关。 在低过电位下，过电位η（V ）与极化电流密度i (A)之间呈线性关系，即 o RTi nFi η=- 可见，RT/nF i o 具有电阻的量纲，常被称为电荷转移电阻Rct （或R r ）。它相当于电荷在电极/溶液界面传递时单位面积上的等效电阻。当η ≤ 10 mV 时，拟合极化曲线中的线性部分，根据拟合直线的斜率可以求得Rct ，再根据上述公式求得交换电流密度i o (A/cm 2）。
三、实验器材 CHI电化学工作站；铂片电极；Hg/Hg2SO4参比电极；玻碳电极；三口电解池；0.1 mol/L VO2+ + 0.1 mol/L VO2+ +3 mol/L H2SO4溶液；程控水浴锅 四、实验步骤 1. 预处理电极，用去离子水沾湿玻碳电极后在砂纸上打磨至表面光亮，然后用去离子水冲洗干净后用滤纸擦干。打磨铂电极至光亮，用浓盐酸洗液浸泡后擦干. 2. 打开仪器和电脑，连接仪器和电极。记录电极开路电位其值为0.4083V，待开路电位稳定后，选择“线性电位扫描”方法。电极电位为0.4083V，从0.3878V的电位开始扫描，终止电位是 0.4478V，扫描速率是0.3mV/s，自动灵敏度； 4. 待测量结束后，保存数据，将电解槽放入50o C水浴锅中，重复步骤2（此时测得开路电位为 0.4088V）； 5. 关闭电脑和仪器，清洗电极与电解槽。 五、实验数据处理及分析 1. 将在室温和50o C下的线性电位扫描曲线的线性部分分别进行线性拟合，求出i o值； 图1.室温下玻碳电极的线性电位扫描曲线 取点（0.013766,1.7568x10-5）(-0.01297,-1.8402x10-5)
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 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。