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电化学分析法导论电分析化学PPT课件

电化学分析法导论电分析化学PPT课件
第22页/共31页
英国著名电化学家戴维和其他知名专家经常在 英国皇家学院讲演会上作学术报告，法拉第在工作之 余经常去听这些学术报告。戴维的报告深深吸引了法 拉第，戴维的熟练的实验演示，使他十分敬佩。他将 自己对电的一些想法写信告诉了戴维，他在信中提出： “电解作用，很可能存在着某种严格的数量关系”戴 维发现了法拉第的才能，决定录用他为助手。法拉第 通过对这一现象的深入研究，发现了电磁感应定律， 这一定律是现代电磁学的基础，但由于他的数学基础 比较差，没有能对这一现象概括出严格的定量关系。 1829年戴维去世以后，法拉第专心研究电化学的问 题，经研究发现：当电流通过电解质溶液时，两极上 会同时出现化学变化。法拉第通过对这一现象的定量 研究，发现了电解定律.电解定律的发现，把电和化学统 一起来了，这使法拉第成了世界知名的化学家。 1867年8月28日，法拉第在伦敦病逝。
电导法，电导滴定法等。 （2）有双电层无电极反应。
微分电容，非法拉第法等。 （3）有电极反应。
A．电解电流=0 B．电解电流≠0 这 类 方 法 , IUPAC 建 议 ， 划 分 成 三 类 ： ① 施 加 恒 定 激 发 信 号 ， ② 施 加 可 变 的 大 振 幅激发信号，③ 施加小振幅度激发信号。
由于十几年来的习惯,国内外多数专业书刊还 未能接受这一推荐。即阴极电流用正值，阳极电
第14页/共31页
5. 极化电极和去极化电极
电 化 学 分P析o法l a中r还i z把e电d极a区n分d为 极d化e电p极o和l a去r极i z化e电d极 , 插 入 试 液 中 的 电 极 的 电e极l e电c位t完r o全d随e外s加 电 压 改 变 或 电 极 电 位 改 变 很 大 而 产 生 的 电 流
人们称之为“能斯特热定理”，这个定理有效地解决了计算

物化 第七章 电化学ppt课件

物化 第七章 电化学ppt课件

2. 电极过程
电化学过程必须在电化学池中实现，总是伴随着电化学反应和 化学能和电能相互转换发生。
原电池： 化学能转化为电能的装置；干电池，蓄电池，燃料电池等
系统对外做电功
G T,P 0
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2. 电极过程
电解池： 电能转化为化学能的装置；电镀装置，电抛光装置等
Q m n M M z F
M-物质的摩尔质量
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3. 法拉第定律
已知元电荷电量为
1 . 6 0 2 21 0C
1 9
F=L· e =6.022×1023 mol-1×1.6022×10-19 C
=96484.6 C· mol-1
≈96500 C· mol-1
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2018/11/25
2. 电极过程 原电池 将化学能转化 为电能的装置
阳极（负极）：
Zn（s）= Zn2+ （aq）+ 2e（氧化反应）
Zn
Cu
阴极（正极）：
Cu2+（aq）+ 2e- = Cu（s） （还原反应）
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2018/11/25
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3. 法拉第定律
Faraday’s Law
⒈ 在电极界面上发生化学变化物质的质量 与通入的电量成正比。 Q m 或 Q n
Michael Faraday ⒉ 通电于若干个电解池串联的线路中，当 （l791-1867) 所取的基本粒子的荷电数相同时，在各个 英国著名的自 学成才的科学家

《电分析化学》课件

《电分析化学》课件
数据处理
使用适当的数学方法对实验数据进行处理 ，如计算平均值、标准差等。
结果分析
根据实验数据进行分析，得出结论，并与 理论值进行比较。
实验结果与误差分析
结果分析
误差控制
对实验结果进行分析，判断其合理性 和可靠性。
采取措施控制误差，提高实验的准确 性和可靠性。
误差来源
分析实验误差的来源，如测量误差、 操作误差等。
《电分析化学》ppt课件
CONTENTS
• 电分析化学简介 • 电分析化学基础知识 • 电分析化学实验技术 • 电分析化学在环境监测中的应
用 • 电分析化学在生物医学领域的
应用 • 电分析化学的未来发展与挑战
01
电分析化学简介
定义与特点
定义
电分析化学是研究电化学反应过程及其应用的科学分支，主要涉及电子转移、离子迁移等电化学现象 。
特点
具有高灵敏度、高选择性、操作简便等优点，广泛应用于环境监测、生物分析、药物研究等领域。
发展历程
早期发展
18世纪末，电化学基础理 论开始形成，为电分析化
学的发展奠定了基础。
20世纪发展
随着电子技术和计算机技 术的进步，电分析化学在 灵敏度、精度和自动化方
面取得了显著提升。
当前趋势
纳米技术、生物技术等交 叉学科的引入，为电分析 化学带来了新的发展机遇
sp
电分析化学基础知识
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电化学分析法导论PPT课件

电化学分析法导论PPT课件

AgCl
Ag
0 .0591 lg Ksp
Ag
Ag
对于生成络合物的电极
体系有：
14
Ag ( CN
)
2
e
Ag
2 CN
Ag ( CN
)
2
Ag
0 .0591
Ag ( CN
)
2
lg 2
CN
又
Ag ( CN
)
2
Ag 2 CN
K 稳 ＝
Ag ( CN
)
2
Ag
2 CN
Ag e Ag
3、辅助电极或对电极
它们是提供电子传导的场所，与工作电极组成电池，形 成通路，但电极上进行的电化学反应并非实验中所需研究或 测试的。当通过的电流很小时，一般直接由工作电极和参比 电极组成电池，但是，当通过的电流较大时，参比电极不能 负荷，其电位不再稳定，或体系的iR降低太大，难以克服， 此时需再采用辅助电极，即构成所谓三电极系统来测量或控 制工作电极的电位。
5
以北京大学的高小霞、中国地质科学院的姚修仁为代表进行的极谱催化波的
研究和应用，取得了突出的成绩，特别是用于稀土元素的测定，处于国际领先水 平。
以南京大学高鸿为代表进行的研究各类电极和电极过程的电流理论与示波极谱 滴定，跻身于世界前列。
复旦大学的邓家祺教授研究活化分析。
中国科学院环境生态研究中心研究库仑分析。
究电分析化学技术发展的前沿领域。
6
电分析化学虽然只有一、二百年历史，但作为分析手段，方法是多样
化，应用是广泛化，有经典的成熟方法，也有新创的刚露头的方法，不但 在技术上日新月异，而且在理论上也是不断深入提高和前进的，因此要把 许多电分析化学方法恰当地分类是有一定困难的。

《电分析化学法》PPT课件

《电分析化学法》PPT课件
E H2C gl/ H E g H O2 2 g Cl/ H 0.g 05 lg a 9 (C)l
电极内溶液的Cl-活度一定，甘汞电极电位固定。
电极电位的测量 无法测定单个电极的绝对电极电位；相对电极电位。
规定：将标准氢电极作为负极与待测电极组成电池，电位 差即该电极的相对电极电位，比标准氢电极的电极电位高的 为正，反之为负；
an1a.ly什sis么是电化学分析 应用电化学的根本原理和实验技术，依据物质电化
学性质来测定物质组成及含量的分析方法称为电化学 分2析. 或电电化分学析分化析学法。的重要特征
〔1〕直接通过测定电流、电位、电导、电量等物 理量， 在溶液中有电流或无电流流动的情况下， 来〔研2〕究依、据确测定定参电参与数反分响别的命化名学各物种电质化的量。
classification of electrochemical analytical methods
电化学分析的分类方法 按IUPAC的推荐，可分为三类: (1)不涉及双电层，也不涉及电极反响。电导分析。 (2)涉及双电层，但不涉及电极反响。 (3)涉及电极反响。电解、库仑、极谱、伏安分析等。
习惯分类方法〔按测量的电化学参数分类〕: (1)电导分析法：测量电导值； (2)电位分析法：测量电动势； (3)电解(电重量)分析法：测量电解过程电极上析出物重量； (4)库仑分析法：测量电解过程中的电量； (5)伏安分析：测量电流与电位变化曲线； (6)极谱分析：使用滴汞电极时的伏安分析。
《电分析化学法》PPT课 件
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生物电化学PPT资料优选版

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生物电化学传感器
生物材料敏感元件+电极转换元件
例如:酶电极传感器
以葡萄糖氧化酶(GOD)电极为例.
其工作原理为:在GOD的催化下,葡萄糖(C6H12O6) 被氧氧化,生成葡萄糖酸(C6H12O7)和过氧化氢.
这就是所谓的第一代酶电极传感器
目前种类很多,包括用于检测司机是否饮酒的
乙醇氧化酶电极传感器.
专利技术:将乙醇氧化酶电极传感器与汽车的点 火装置相连
心脏起搏细胞
科学家用基因疗法修复心脏起搏功能
记者 王艳红 2002年 新华网伦敦９月１２日电 科学家通过基因疗 法修复心脏细胞的起搏功能，已在动物实验中 取得成功。这一方法将来有可能取代昂贵而又 危险的电动心脏起搏器。
2003年的NOBEL化学奖介绍
彼得·阿格雷： 科学家。1949年生于 明尼苏 达州小城诺斯菲尔德，1974年在巴尔的摩约翰 斯·霍普金斯大学医学院获医学博士学位，现为该 学院生物化学教授和医学教授。
罗德里克·麦金农： 科学家。1956年出生，在 波士顿附近的小镇伯灵顿长大，1982年在塔夫茨 医学院获医学博士学位，现为洛克菲勒大学分子 神经生物学和生物物理学教授。
生物样品利用电泳的出人意料的成果?
据称其原因可能是电场激励了生长代谢的离子泵作用. 科学家说，只需要对几千个细胞进行基因改造，就能达到起搏的目的。
int ext 8％以下提高到10％ －12％，而细胞存活率也能从38.
ex t 电场加速作物生长是较新的研究课题,Matsuzaki
实际上，早在十九世纪中期，人们就猜想人体 细胞一定存在用以传输水分的特别的通道。然 而，直到1988年，才由阿格雷在分离一种膜蛋 白上获得成功，约一年后，他明白了这个蛋白 一定就是长期以来所寻求的水通道。这一决定 性的发现打开了通向细菌、植物及哺乳动物体 内水通道的生物化学、生理学以及遗传学等完 整的系列研究之门。今天，学者们详知水分子 通过细胞膜的方式并了解为何只有水分子能穿 过而不是其他更小的分子或离子。

生物电分析化学基本原理与应用

（6）生物电化学方法对各种疾病 的治疗，涉及生物传感器、燃料电 池、人工心脏、电刺激和电麻醉、 食品控制、环境保护等方面的应用。
生物传感器所涉及的学科领域
Schemes for insulin therapy (胰岛素治疗）
压电(石英晶 体微天平)
电位型
伏安/安培
电化学生 物传感器
电导
阻抗/电容 型
第一代生物传感器具有如下局限性：
i)响应信号与氧浓度关系较大，氧分压的变化会对酶电极 产生明显影响； ii)氧分子也是氧化酶的底物，当溶解氧的浓度不是很高时， 难以对高浓度底物进行测定，从而导致线性范围过于狭窄； iii)酶促反应产生的过氧化氢浓度高时会使酶活性降低很多； iv)过氧化氢的测定通常在较高电位(一般在600mV左右)下 进行，许多还原性电活性物质会被氧化而产生干扰信号； v) NADH的氧化需要很高的过电位及氧化产物会对电极表 面发生聚合而毒化生物传感器。这些缺点限制了第一代生 物传感器的进一步推广和应用，于是导致了第二代传感器 的发展。
一类是将离子选择电极和固定酶结合在一
起，能实现对被检测分子的高灵敏、高选择 性分析。
另一类电位型生物传感器是固定了酶、抗
体等生物组份的场效应晶体管
4. 安培（电流）型生物传感器
安培生物传感器是研究和应用最多的电化学 生物传感器，也是最为成功的生物传感器。 同电位法相比，安培检测更加灵敏、准确和 快速。安培试验所用的仪器也相对简单,记录 的是i-t曲线。
FAD氧化还原中心的氧化还原反应过程，醌类酶的活 性基团是吡咯并喹啉醌 。
许多氧化还原酶的酶促反应都有一种辅助底物(Cosubstrate)的参与。这类物质包括O2、H2O2、ATP、 NAD+/NADH及NADP+/NADPH，起着电子受体的 作用。与酶对其主要底物的高选择性不同，酶促反 应对辅助底物的选择性很低，因而可以用具有良好 电化学性能的人工合成试剂(如电子媒介体和中继 体)代替辅助底物，从而获得期望的目的。正由于 这些特征，氧化还原酶被广泛用来制备安培型生物 传感器。

电分析化学引论PPT优质资料


10.2 电 极 电 位
电极电位的产生：
金属和溶液化学势不同——电子转移——
金属与溶液荷不同电荷——双电层——电位差
2)电解质溶—液—间以产一定生方式电保极持接电触使位离。子从一方迁移到另一方；
究所中测，得C的a电一2+动或、势K作+标的为活该准度电大电极小的极比电其极电浓电度位位大。及小更其有意测义量；
伏安分析。
电分析方法特点： 1) 分析检测限低； 2) 元素形态分析：如Ce(III)及Ce(IV)分析 3) 产生电信号，可直接测定。仪器简单、便宜； 4) 多数情况可以得到化合物的活度而不只是浓度，如在生理学研
究中，Ca2+或K+的活度大小比其浓度大小更有意义； 5) 可得到许多有用的信息：界面电荷转移的化学计量学和速率；
Pt H2(101325Pa), H+(1mol/L) Zn2+(1mol/L) Zn
3. 电极电位：IUPAC规定，任何电极与标准氢电极构成原电池 所测得的电动势作为该电极的电极电位。
二、Nernst方程式
对于任一电极反应： Oxne Rde
电极电位为：
RTlnaO
zF aR
其中，0为标准电极电位；R为摩尔气体常数(8.3145J/mol•K); T为绝对
温度；F为Faraday常数(96485C/mol)；z为电子转移数；a为活度。
在常温下，Nernst方程为：
0.059l2naO
z
aR
上述方程式称为电极反应的Nernst方程。
若电池的总反应为：aA + bB = cC + dD
电池电动势为：
E00.05l9g(2aC)c(aD)d
z (aA)a(aB)b

第八电分析化学导论ElectroanalyticalChemistry-资料.ppt

阳极 Zn – 2e → Zn2+ 阴极 Cu2+ + 2e → Cu 原电池表示： Zn∣ZnSO4(α1)‖CuSO4(α2)∣Cu
化学与化学工程学院分析化学精品课程组制 第八章 电分析化学导论
例2：
2 Ag + Hg2Cl2
2Hg + AgCl
阳极：Ag + Cl- - e → AgCl
阴极：Hg2Cl2 + 2e → 2Hg + 2Cl原电池表示为：
化学与化学工程学院分析化学精品课程组制 第八章 电分析化学导论
1、电导分析法：以测量溶液的电导为 基础的分析方法。 直接电导法：是直接测定溶液的 电导值而测出被测物质的浓度。
电导滴定法：是通过电导的突变 来确定滴定终点，然后计算被测物 质的含量。
化学与化学工程学院分析化学精品课程组制 第八章 电分析化学导论
化学与化学工程学院分析化学精品课程组制 第八章 电分析化学导论
§8—3 电极电位：
一、电极和电极电位： 1、电极：在电化学电池中赖以进
行电极反应和传导电流从而构成 回路的部分。
化学与化学工程学院分析化学精品课程组制 第八章 电分析化学导论
2、电极的电极电位：在电极与溶 液的两相界面上，存在的电位差 即为电极的电极电位。
溶液的电化学性质是指当 电流通过溶液构成化学电池 时，化学电池的电位、电流、 电导和电量等电学性质要随 着溶液的化学组成和浓度的 不同而不同的性质。
化学与化学工程学院分析化学精品课程组制 第八章 电分析化学导论
一、电化学分析分类： 1.电导分析法 2.电位分析法 3.电解分析法 4.库仑分析法 5.极谱法和伏安法
化学与化学工程学院分析化学精品课程组制 第八章 电分析化学导论
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生物传感器的结构
生物传感器的敏感识别模式
生物传感器的电子传种由生命体合成的特殊化学催化剂，作 为催化剂其最显著特征是在温和条件下的高效 和专一性。酶通常由两个部份组成：一是脱辅 基酶蛋白 (Apoenzyme)；另一部份是非朊基基团 (Prosthetic group)，这部份在酶的催化反应中起 主要作用，是酶的活性中心(Active center)。按 其催化反应的性质，酶可分为氧化还原酶 (Oxidoreductase)、移换酶(Transferase)、水解酶 (Hydrolase)、裂合酶(Lyase)、异构酶(Isomerase)、 合成酶(Lligase)等六大类。
关于生物电分析化 学
一、引言
今日的生物电分析化学已经涉及到不同领 域的生物学问题，主要是：
（1）在生物体内进行的绝大部分化学反应 都是氧化还原反应，例如为生命所需（营 养、组织生长、再生）进行的新陈代谢。
（2）光合作用，包括吸收分子的电子激 发过程。膜上产生的电子和质子转移过程 和代谢化学反应。
（3）膜现象控制着离子、分子及其 它物质从细胞外部向内部或逆向传输， 离子有方向性的运动造成了跨膜电位 差，调节着一系列的物质运输。
许多氧化还原酶的酶促反应都有一种辅助底物(Cosubstrate)的参与。这类物质包括O2、H2O2、ATP、 NAD+/NADH及NADP+/NADPH，起着电子受体的 作用。与酶对其主要底物的高选择性不同，酶促反
应对辅助底物的选择性很低，因而可以用具有良好 电化学性能的人工合成试剂(如电子媒介体和中继 体)代替辅助底物，从而获得期望的目的。正由于 这些特征，氧化还原酶被广泛用来制备安培型生物 传感器。
三、 生物传感原理
生物传感器是将生物活性物质如：器官、 组织、细胞、酶、抗体等生物物质与换能器 (Transducer)、电子放大器(Electronic amplifier) 直接结合，将受体与被检测分子发生的特定 生物化学反应转换成可检测的输出信号。
根据换能器转换的信号又可分为电化学生 物传感器、光学生物传感器、压电晶体生物 传感器、半导体生物传感器、介体生物传感 器及热敏生物传感器。电化学生物传感器是 这几种中发展最为广泛的。
第一代生物传感器具有如下局限性：
i)响应信号与氧浓度关系较大，氧分压的变化会对酶电极 产生明显影响； ii)氧分子也是氧化酶的底物，当溶解氧的浓度不是很高时， 难以对高浓度底物进行测定，从而导致线性范围过于狭窄； iii)酶促反应产生的过氧化氢浓度高时会使酶活性降低很多； iv)过氧化氢的测定通常在较高电位(一般在600mV左右)下 进行，许多还原性电活性物质会被氧化而产生干扰信号； v) NADH的氧化需要很高的过电位及氧化产物会对电极表 面发生聚合而毒化生物传感器。这些缺点限制了第一代生 物传感器的进一步推广和应用，于是导致了第二代传感器 的发展。
（4）生物体所需的信息过程几乎都 是通过电信号方式发生的，出现一系 列电生现象，包括视觉、动作、痛觉、 热刺激、饥饿和干渴感等等。
（5）用一定周期和幅度的适当电 脉冲在膜中生产膜孔，使物质更容 易跨膜转移，有可能实现细胞融合 和基因摄取。
（6）生物电化学方法对各种疾病 的治疗，涉及生物传感器、燃料电 池、人工心脏、电刺激和电麻醉、 食品控制、环境保护等方面的应用。
2. 生物传感器的发展
根据酶与电极间电子转移机理,大致可将 酶安培生物传感器分为三代：
a)第一代生物传感器
第一代生物传感器是基于检测酶促反应产 物(如：过氧化氢、NADH)的生成或辅助 底物(如氧分子)的消耗来实现对底物的测 定(图1-6A)，因而据此可分为氧检测型、 过氧化氢检测型、NADH检测型等三种。
一类是将离子选择电极和固定酶结合在一
起，能实现对被检测分子的高灵敏、高选择 性分析。
另一类电位型生物传感器是固定了酶、抗
体等生物组份的场效应晶体管
4. 安培（电流）型生物传感器
安培生物传感器是研究和应用最多的电化学 生物传感器，也是最为成功的生物传感器。 同电位法相比，安培检测更加灵敏、准确和 快速。安培试验所用的仪器也相对简单,记录 的是i-t曲线。
生物传感器所涉及的学科领域
Schemes for insulin therapy (胰岛素治疗）
二、生物传感器的分类
压电(石英晶 体微天平)
电位型
伏安/安培
电化学生 物传感器
电导
阻抗/电容 型
1.电导型生物传感器
许多生物/化学反应通常都伴随离子种类和数 量的变化，从而会导致电导率发生相应的改 变。基于此原理可以制备电导型传感器。 电导的测量通常被认为缺乏选择性，但是通 过选择性的生物识别，如特异性的酶促反应， 可克服这个局限。电导型生物传感器为现有 的生物传感器提供了一种有意义的选择。
萄糖氧化酶和黄嘌呤氧化酶），其活性中心分别为黄素腺 嘌呤二核苷酸(Flavine adenine dinucleotide, FAD)或黄素单 核苷酸 (Flavin mononucleotide, FMN)，其中绝大多数是 FAD型酶。
FAD氧化还原中心的氧化还原反应过程，醌类酶的活 性基团是吡咯并喹啉醌 。
2. 电容型生物传感器
Newman于1986年首次报道用电容传感器直 接测定抗原-抗体的相互作用以来，该技术得 到了科技工作者的关注。这类传感器研究主 要集中在免疫电容生物传感器、酶电容生物 传感器、DNA电容生物传感器、分子印迹电 容生物传感器等方面。
3. 电位型生物传感器
电位型传感器是基于异相之间的界面电位 的变化。电位型生物传感器主要有两类:
大部分酶安培生物传感器是在氧化还原酶的基础上发展的，
这是因为氧化还原酶和底物在酶促反应过程中发生了电子 转移。氧化还原酶又可细分为脱氢酶(Dehydrogenase)、氧 化酶(Oxidase)、还原酶(Reductase)、过氧(化)物酶 (Peroxidase)、氧酶(Oxygenase)、羟化酶(Hydroxylase)、触 酶(Catalase)等几种。通常根据其非朊基基团(活性中心)又 可分为含黄素(Flavin)类活性中心酶和含醌(Quinone)类活 性中心酶两类。黄素(Flavin)类酶包含约80种酶（如：葡