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3电化学三电极体系work Information Technology Company.2020YEAR.3电化学三电极体系电化学传感器中用得最多的是三电极体系，对应的三个电极分别是工作电极、参比电极和辅助电极。
三个电极组成两个回路，工作电极和辅助电极(对电极)组成的回路，用来测电流;工作电极和参比电极组成的回路，用来测电极的电位。
图1.2是电化学传感器中常用的三电极体系示意图，辅助电极又叫对电极(counter electrode )，它在整个体系中的作用是与工作电极形成回路，保持电流的畅通稳定，就好比电路里需同时具备火线和零线一样，由此可见，对电极在电化学测试体系中不可或缺。
对电极保证电化学反应发生在工作电极上但又不会影响工作电极上的反应。
对电极的表面积比工作电极的表面积要大，这样就能降低加在对电极上的电流密度，使它在检测过程中不容易被极化。
常用的对电极材料有Ag, Pt, Ni等。
参比电极(reference electrode)是指具有己知恒定电位，且接近理想不极化的电极，基本上没有电流通过它。
在电化学检测的三电极体系中，参比电极一方面在热力学上提供参比，另一方方面则是将工作电极隔离起来。
为了满足电化学检测体系的需要，参比电极必须是良好的可逆电极，且电极电势要符合能斯特方程，在很小的电流流经过后，电极的电势能快速回到原状，当然电势的稳定和重现性必须很好。
常用的参比电极主要有三种:标准氢电极(normal hydrogenelectrode , NHE );甘汞电极(calomel electrode ) }}0 g' 20};银/氯化银电极(Ag/AgCI协”，’‘]。
其中的甘汞电极和银/氯化银电极在实验室最为常用。
甘汞电极的电极反应是:Hg2Cl2 + 2e二2Hg十2C1"，而银/氯化银电极的电极反应则是AgCI + e一Ag +Cl"，从反应式中可看出，二者的电位皆与氯离子的浓度有关。
Honeywell S系列气体传感器使用指南Honeywell S系列气体传感器使用1. CLE三电极电化学传感器对于三电极电化学传感器，每一个电极都有特殊的用途：感应电极（S），用来氧化或还原气体，并产生与该气体浓度成比例的电流。
参考电极（R），用来稳定感应电极电动势。
对于没有偏压的传感器，感应电极电动势必须与参考电极电动势保持一致。
对于有偏压的传感器，感应电极电动势相对参考电极电动势有一定程度的偏离。
对电极（C），用来还原或氧化感应电极上被氧化或还原的物种，与感应电极一起形成电化学电路。
对电极的电动势允许随着气体浓度的增加而漂移。
对于三电极传感器，其电势是感应电极、参考电极和对电极电势之和。
所有的三电极电化学传感器在推荐的工作气体浓度范围内输出信号与气体浓度成线性关系，可以用下面的公式来计算：输出信号(uA) = 灵敏度(uA/ppm) ×气体浓度(ppm) 对于无偏压的电化学传感器，感应电极和参考电极的电势差应该为零(<15 mV)。
对电极电动势允许漂移并随着感应电流的产生发生极化。
极化的程度取决于时间和气体浓度。
一旦极化电动势达到1.05 V，对电极就不再极化。
这意味着对一个无偏压电化学传感器，其最大理论电池电压是1.05 V。
对于有偏压的电化学传感器，参考电极和对电极电动势跟无偏压的电化学传感器一样，但是其感应电极电动势和参考电极电动势之差大于零。
推荐的偏压设置为：ETO: +300 mV;NH3: +300 mVNO: +300 mV;HCl: +200 mV;O2: -600 mV.因此，对于有偏压的电化学传感器，其最大理论电池电压是1.35 V。
实际上，在有偏压操作的电化学传感器上，其电池电压一般小于1.2 V。
为了保证Honeywell S系列电化学传感器能正常工作，必须给传感器一个合适的电路。
不论对于无偏压还是有偏压的电化学传感器，感应电极上被氧化的气体，如CO，H2S, PH3, ETO和HCN，其输出信号值是正值，相反的，感应电极上被还原的气体，如NO2和Cl2等，其输出信号值为负值。
三电极体系的EIS等效电路一、引言电化学阻抗谱（E lec t ro ch em ic al Im ped a nc eS pe ct ro sc opy,EI S）是一种常用的分析电化学体系的方法。
在E IS实验中，电极与电解质接触，通过施加不同频率的交流电压信号，测量电流响应，从而得到电化学体系的阻抗谱。
为了更好地理解和解读EI S的结果，研究者们提出了多种等效电路模型，其中三电极体系的等效电路模型是研究电极和电解质界面相互作用的基础。
二、三电极体系概述三电极体系是电极表面、电解质溶液和参比电极之间相互作用的系统。
它由工作电极、参比电极和计数电极组成。
工作电极负责催化电化学反应，参比电极则提供参考电位，计数电极用于测量电流。
三电极体系广泛应用于腐蚀研究、电化学传感器、电解水等多个领域。
三、E I S实验原理E I S实验通过在电极与电解质界面施加交流电压信号，并测量响应的电流信号，从而得到阻抗谱。
阻抗谱由实部（re si st an ce）和虚部（r ea ct an ce）组成。
实部表示了电解质中的电阻效应，而虚部则与电极和电解质界面的电化学反应有关。
四、三电极体系的等效电路模型为了更好地描述和解释E IS实验结果，研究者们提出了多种三电极体系的等效电路模型。
其中常见的等效电路模型包括Ra nd le s电路模型、W a rb ur g电路模型和C PE（c on st an tph a se el em en t）电路模型。
1.Ra nd le s电路模型：R a nd le s电路模型是三电极体系中最常用的等效电路模型之一。
它由一个电阻（R_s）和一个电解质-电极界面的并联组件（R_ct和C_dl）组成。
其中，R_s表示电解质的电阻，R_c t代表界面传递电阻，C_dl表示电解质-电极的电容。
2.Wa rb ur g电路模型：W a rb urg电路模型用于描述电解质的扩散效应。
它由一个电阻（R_s）和一个迟滞电容（C_d l）串联结构组成。
电化学传感器工作指南及电路图引言本公司有毒气体检测传感器的开发始于1981年，以一氧化碳传感器的研制为开端。
之后对各式各样新传感器都进行了开发。
直至最进开发的臭氧和氧化乙烯传感器，形成了系列的传感器产品，并以其可靠、稳定和耐用等特点斐声海内外。
此类传感器系一微型燃料电池，设计成为免维护型并且能长时间稳定工作的产品。
所采用的技术立足于己于人本公司早期氧传感器的工作基础，系直接响应气体的体积浓度变化，而不是响应其压力的变化。
该类传感器设计的最大特点是采用了气体的扩散势垒，该势垒能限制气体流向敏感电极的流星。
敏感电极能与到达电极的电化学活性仍有余裕。
这一高的电化学活性保证了传感器的长寿命和很好的温度稳定性。
两电极系统基于电化学原理工作的传感器其最简单的一种型式就是两电极系统。
其工作电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。
当气体扩散进入传感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。
该电流的大小比例于气体的浓度，可通过外电路的负荷电阻予以测量。
为了让反应能够发生，敏感电极的电位必须保持在一个特定的范围内。
但气体的浓度增加时，反应电流也增加，于是导致对电极电位改变（极化）。
由于两电极是通过一个简单的负荷电阻连接起来的，虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。
如果气体的浓度不断地升高，敏感电极的电位最终有可能移出其允许范围。
至此传感器将不成线性，因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。
三电极系统对电极的极化所受的限制可以用引进第三电极，参考电极，和利用一外部的恒电位工作电路来予以避免。
在这样一种装置中，敏感电极曲线相对于参考电极保持一固定值。
在参考电极中无电流流过，因此这两个电极均维持在一恒定的电位。
对电极则仍然可以进行极化，但对传感器而言已不产生任何限制作用。
因此三电极传感器所能检测浓度范围要比两电极大得多。
大部分有毒气体传感器（3/4/7系列）均属三电极系统。
电化学传感器工作指南及电路图本公司有毒气体检测传感器的开发始于1981年，以一氧化碳传感器的研制为开端。
之后对各式各样新传感器都进行了开发。
直至最进开发的臭氧和氧化乙烯传感器，形成了系列的传感器产品，并以其可靠、稳定和耐用等特点斐声海内外。
此类传感器系一微型燃料电池，设计成为免维护型并且能长时间稳定工作的产品。
所采用的技术立足于己于人本公司早期氧传感器的工作基础，系直接响应气体的体积浓度变化，而不是响应其压力的变化。
该类传感器设计的最大特点是采用了气体的扩散势垒，该势垒能限制气体流向敏感电极的流星。
敏感电极能与到达电极的电化学活性仍有余裕。
这一高的电化学活性保证了传感器的长寿命和很好的温度稳定性。
两电极系统基于电化学原理工作的传感器其最简单的一种型式就是两电极系统。
其工作电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。
当气体扩散进入传感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。
该电流的大小比例于气体的浓度，可通过外电路的负荷电阻予以测量。
为了让反应能够发生，敏感电极的电位必须保持在一个特定的范围内。
但气体的浓度增加时，反应电流也增加，于是导致对电极电位改变（极化）。
由于两电极是通过一个简单的负荷电阻连接起来的，虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。
如果气体的浓度不断地升高，敏感电极的电位最终有可能移出其允许范围。
至此传感器将不成线性，因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。
三电极系统对电极的极化所受的限制可以用引进第三电极，参考电极，和利用一外部的恒电位工作电路来予以避免。
在这样一种装置中，敏感电极曲线相对于参考电极保持一固定值。
在参考电极中无电流流过，因此这两个电极均维持在一恒定的电位。
对电极则仍然可以进行极化，但对传感器而言已不产生任何限制作用。
因此三电极传感器所能检测浓度范围要比两电极大得多。
大部分有毒气体传感器（3/4/7系列）均属三电极系统。
参考电极：确定工作电极电位。
辅助电极有时也称为对电极。
三电极系统包含两个电路，一个电路由工作电极和参考电极组成，用于测试工作电极的电化学反应过程，另一个电路由工作电极和辅助电极组成，起着传输电子形成电路的作用。
电化学要求两个电极同时发生氧化还原反应，因此需要两个电极。
但是，对于要研究的工作电极，参考电极需要精确地控制工作电极的电极电势，因此需要额外的参考电极来构成三电极系统。
参比电极和工作电极构成测试电路，该系统可以视为开路。
工作电极和对电极构成另一个电路，该电路是电解池的电路，并满足电化学反应平衡。
研究工作电极。
只有准确地测量工作电极的电势，我们才能研究电势与电化学反应，吸附等之间的界面反应规律。
至于辅助电极与工作电极之间的连接，主要是建立电化学反应平衡，并确保辅助电极不影响工作电极。
要确定辅助电极和工作电极之间的电势，可以使用电压表。
不必与双参比电极分开确定两个电极的电势。
当然，未来的电化学工作站能否确定双参比并分别控制辅助电极和参比电极可能是一个新的想法。
三个电极是指工作电极，电导率电极和甘汞电极。
使用电化学工作站时，需要使用250ml电解池，然后放置三个电极以形成自己的样式。
同时，请勿触摸三个电极，但应使它们尽可能靠近。
工作电极和对电极构成电流回路。
它们之间的电压称为槽齿，可以通过普通电压表进行测量。
工作电极和参比电极由具有高输入阻抗的电位差计测量。
与电位计方法类似，该设备用于监视工作电极电势。
上述情况之一是开路，不完全是。
应该有一个小电流流过。
参考电极应尽可能靠近研究电极，一般应使用甘汞电极。
辅助电极，即对电极，通常使用铂电极或其他电极，其面积通常比研究电极大5倍以上。
电化学三电极系统的工作原理可以概括为三个电极和两个电路。
三个电极是指工作电极，参比电极和对电极。
顾名思义，工作电极也称为研究电极，是我们要研究的电极。
参比电极用于测量工作电极的电位。
对电极也称为辅助电极，仅用于传递电流。
三电极传感器和二电极传感器的区别
两电极传感器的负极极化作用使测量受到了一定的限制，加入一个参考电极就相
当于接入一个外部稳压电路，可以稳定敏感电极电动势，同时参考电极上无电流通过，保持各自电压的稳定，这样即使负电极持续极化也不会对工作电极有任何影响，所以
三电极具有更广的测量范围。
三电极设计的最大优点就是它为传感器提供了一个偏压，增强了一些不活拨气体
的反应活性，使之发生氧化或还原反应。
参考电极电动势一般不发生偏压催化反应。
负电极的作用是与感应电极一起形成电化学电路，参考电极没有安装在此电路中。
静态条件下，这个电池中只有微弱电流，负电极电势基本处于静态电势。
当检测气体时，这个电池中电流增大，负电极相对于参考电极产生了极化作用。
在工作电极与对电极之间始终发生着氧化-还原的可逆反应，并在两个电极间产生
了电位差。
由于在两个电极上发生的反应都会使电极极化，这使得电极间电位难以维
持恒定，为了维持电极间电位的恒定，加入一个参比电极。
在三电极电化学气体传感
器中，其输出信号所反应的是参比电极和工作电极之间的电位变化，由于参比电极不
参与氧化或还原反应，因此，它可以使电极间的电位维持恒定（恒电位），此时电位
的变化就与气体浓度的变化直接有关。
通过参比电极可将工作电极控制在某一指定电位，当分析气体通过电极时，在该电位下进行氧化或者还原反应。
产生的信号电流与
气体浓度成正比，所以可以用来定量检测。
三电极电路工作原理图。
