北京大学电分析课件电分析化学原理、方法和应用共54页

一门电化学领域的高级课程，介绍电分析化学的概述、优点及应用，电化学 理论基础，电分析技术的分类，以及电分析技术的新发展和应用实例。
导论
电分析化学的概述，电分析技术的优点及应用。
电化学理论基础
电化学基本概念，电解质溶液的离子反应与溶液中反应平衡，过电位现象：电化学“水平线”的构造，传 统电极体系：参考电极、工作电极与电极电势。
电分析技术的前景，总结及展望。
电分析技术的分类
电解法，极谱法，电导法，圆二色光谱法，电化学荧光法。
电分析技术的新发展
微流控技术在电分析化学中的应用，纳米技术在电分析化学中的应用，电化 学生物传感器，电极材料的选择及表面修饰。
应用实例
水分析及环境监测，食品分析及质量控制，药物分析及剂量测定，生物分析 及临床检测。
展望与总结

电化学分析法的优缺点
优点
准确性高、灵敏度高、选择性好
缺点
操作复杂、实验时间较长
应用前景
在环境监测、药物研究、生物分析等领域具有广泛的应用前景。
总结和展望
电化学分析法的意义
电化学分析法在科学研究和工程应用中发挥着重 要的作用，为我们认识和应用化学提供了重要的 手段。
未来电化学分析方法的发展趋势
未来，我们可以期待更加高效、快速和精确的电 化学分析方法的出现，并在更多的领域得到应用。
透析法
透析法是利用物质在半透膜上的透析性质进行分析的电化学方法。 通过离子或分子的扩散过程，可以实现对物质的分离、浓缩和检测。
循环伏安法
循环伏安法是一种通过在电势上下限之间循环扫描电流，研究和分析电极表面的电化学行为的方法。 它可以用于研究电极表面的反应动力学、电催化性能等，并在电化学储能、电分析化学等领域得到广泛 应用。
恒定电位法
恒定电位法是一种常用的电化学分析方法，通过控制电位保持在恒定值上， 测量与电位变化相关的电流，实现对物质的定量或定性分析。 该方法需要使用特定的实验装置和操作步骤，确保实验的准确性和重现性。
极谱法
极谱法是一种利用电极在一定电势范围内产生的电流与电势之间的关系，进 行分析和检测的电化离子，以及各种化学物质的含量和浓度。
《电化学分析法》PPT课 件
这是一份关于电化学分析法的PPT课件，通过本课件，我们将深入探讨电化 学分析法的基本原理和应用，帮助大家更好地理解和运用这一重要的分析方 法。
什么是电化学分析法
电化学分析法利用电化学反应的原理和方法，对化学物质进行分析和检测。通过控制电位、电流等参数， 实现对物质的定量或定性分析。 电化学分析法可分为恒定电位法、极谱法、透析法和循环伏安法等不同的分类。

1.1 Introduction 1.2 Scope of Electroanalytical Che
1.1 Introduction (导言)
电分析化学和电化学：两者没有区别！基本原理 一样，仅研究的侧重点可能不同。
电化学池： 原电池(Galvanic Cell)：化学能 电解池(Electrolytic Cell)：电能
polarography A classical electroanalytical technique discovered in 1922 by J. Heyrovsk which he was awarded the Nobel Prize for Chemistry in 1959. Essentiall linear-sweep voltammetry using a dropping-mercury electrode for worki and a large mercury pool as counter electrode. voltammetry An electrochemical measuring technique used for electrochemical analysi the determination of the kinetics and mechanism of electrode reactions. "Voltammetry" is a family of techniques with the common characteristics potential of the working electrode is controlled (typically with a potentios the current flowing through the electrode is measured. In one of the most applications of the technique, the potential is scanned linearly in time; thi the "linear-sweep voltammetry," "LSV," or "LV." "Cyclic voltammetry (C linear-sweep voltammetry with the scan continued in the reverse direction end of the first scan, this cycle can be repeated a number of times.

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3
电化学分析方法的分类及特点
第十二章
方法名 测定的电参量 特点及用途 称
电位分 电极电位 析法
1、适用于微量组分的测定，对一价离子的测定误 差为4%，二价离子的测定误差为8%。
2、选择性好，适用于测定H+、F- Cl- K+等数十种 离子
电导分 电阻或电导 析法
1、适用于测定水的纯度（电解质总量） 2、选择性较差
库仑分 电量 析法
1、不需要标准物质，准确度高
2、适用于测定许多金属、非金属离子及一些有机 化合物
极谱与 电流-电压曲线 1、选择性好，可用于多种金属离子和有机化合物
伏安分
的测定
析法
2、适用于微量和痕量组分的测定
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4
第十二章
电化学滴定法与化学滴定法的区别
不需用指示剂指示终点
不受溶液颜色、浑浊等的限制
第十二章 电化学分析法
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1
第一节 概述
第十二章
[定义]
利用物质的电学、电化学性质及其变 化而建立起来的分析方法，统称为电化学分 析法。
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2
第一节 概述
第十二章
[操作方法]
通常是将待测试液与适当的电极构成一 个化学电池，然后根据物质的组成及含量与 化学电池的某些电参量之间的计量关系进行 分析测试。
在突跃(pH、pM、pX、等的突跃)较小和 无合适指示剂的情况下,可以很方便地使用电 位滴定法。
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5
第十二章
电化学滴定法与化学滴定法的区别
克服了用人眼判断终点造成的主观误差 提高了测定的准确度 易于实现滴定的自动化
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6
第二节 电位法的基本概念
第十二章
定义

03
利用微纳米技术实现对生物样品的高灵敏度、高选择性检测，
如细胞内外物质的分析、生物大分子的检测等。
32
光谱技术在电分析中应用
01
光谱电化学
结合光谱技术和电化学方法，研究电极过程的动力学和机理，以及电极
材料的结构和性质。
02
表面增强拉曼光谱在电分析中的应用
利用表面增强拉曼光谱技术提高电分析的灵敏度和选择性，实现对痕量
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电解分析法
通过电解过程对物质进行定性和定量分 析。
库仑分析法
基于法拉第电解定律，通过测量电解过 程中所消耗的电量进行分析。
6
电分析化学在各个领域应用
环境监测
用于水质、大气、土壤等环境样品的检 测和分析。
食品工业ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
用于食品营养成分、添加剂和有害物质 的分析和检测。
生物医学
在生物样品分析、药物研发和临床医学 等领域有广泛应用。
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THANKS
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电分析化学定义与发展
利用物质的电学和电化学性质 进行表征和测量的科学。
02
发展历程
01
电分析化学定义
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从伏打电池的发现到现代电化学 分析技术的不断革新。
5
电分析化学研究内容
电导分析法
通过测量溶液的电导率来分析溶液中的 离子浓度。
电位分析法
利用电极电位与待测物质浓度之间的关 系进行分析。
物质的检测。
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03
光电化学传感器
将光电转换技术与电化学传感器相结合，构建高灵敏度、高选择性的光
电化学传感器，用于环境、生物等领域的分析检测。

Vol:25, p.1
4. J.Koryta, Electrochemical polarization phenomena at the
interface of two immiscible electrolyte solutions. Electrochimica
Acta, 24(1979)293-300
6
The difference between L/L interface and Electrode/Electrolyte interface
NB 1,2-DCE
Gold，Pt，C
Oil W
Electrode
完整版课件ppt
W
7
The difference between Electrochemistry at L/L interface and the conventional Electrochemistry
Electrochemistry of
L/L interfaces
the conventional Electrochemistry
O+ e= R Redox Reactions MZ (w) = MZ(o) Ion Transfer
完整版课件ppt
O+ e= R Redox Reactions
应。Samec et al. in 1979设计了具有iR降补偿性质的四电极 恒电位仪，用来记录离子转移反应的伏安图。这样L/L界 面电化学才在世界各地得到普及和蓬勃发展。
完整版课件ppt
5
1980s, 汪尔康先生等是中国第一个从事L/L界面电化学 研究的group
1986, Girault et al. 第一个将微-L/L界面支持在 Micropipettes 上

玻璃电极使用前，必须在水溶液中浸 泡。
玻璃膜
玻璃膜电位的形成：
玻璃电极在水溶液中浸泡，形成一个三层结构，即中间的干 玻璃层和两边的水化硅胶层。浸泡后的玻璃膜示意图：
玻璃膜电位：
将浸泡后的玻璃电极放入待测溶液，水合硅胶层表面与溶液
中的H+活度不同，形成活度差，H+由活度大的一方向活度小的一 方迁移， 平衡时：
= EHg2Cl2 - (EAgCl/Ag + E膜 ) + E液接 + E不对称电位
常数K´包括：
外参比电极电位
=
2.303RT K’ - F
lgαH+
内参比电极电位
不对称电位
液接电位
E = K + 2.303RT pH F
25 C : E = K + 0.059pH
测两种溶液电动势:pH已知的标准缓
vsp
24.40
4400
0
-5900
(24.40-24.30):(-5900-4400)=(VSP-24.30):(0-4400)
VSP= 24.34ml
三、指示电极的选择
1.酸碱滴定. 滴定过程中溶液的氢离子浓度发 生变化,可采用PH玻璃电极作指示电极.
2.沉淀滴定. 根据不同的沉淀反应选择不同的 指示电极.如以AgNO3标准溶液滴定Cl- Br- I-等 离子时,可用银电极作指示电极.
冲溶液s和pH待测的试液x ,测定各自的电
动势为：
ES
=
K
' S
+
2.303RT F
pHS
;
EX
=
K
' X
+
2.303RT F

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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Series
1. Electroanalytical Chemistry, ed. A.J.Bard 2. Modern Aspects of Electrochemistry, eds. J.O'M.Bockris,
B.E.Conway, et al.,
Journals
Nature, Science, JACS, Angew.Chem.Int Edit Anal.Chem.,(May 1, 2000) J.Phys.Chem.B., J.Electroanal.Chem., Electrochimica Acta, J.Electrochem.Society., Electroanalysis, Electrochemical and Solid State Letters, J.Applied Electrochemistry, Electrochemistry Communications, J.Solid State Electrochemistry
Fundamentals of Electroanalytical Chemistry 电分析化学原理、方法和应用
Yuanhua Shao（邵元华，教授 Ph.D.）
College of Chemistry and Molecular Engineering Peking University
Outline:
Introduction (导言)
1.1 Introduction 1.2 Scope of Electroanalytical Chemistry 1.3 History 1.4 Examples
1.1 Introduction (导言)
电分析化学和电化学：两者没有区别！基本原理

在电极上析出的物质重量（w）可用下式表示： w=Q/F＊M/n
Q—电量； F—法拉第常数； M—分子量（或原子量）；n—反应的电子数
在控制电位库仑分析中 Q=∫itdt
在控制电流库仑分析中 Q=it
10
特点： 库仑法一般不要基准物质，它的原始标
准是恒流源和计时器。 不存在滴定过程中试剂不稳定的问题，
方法实时跟踪电极表面电化学反应过程。光谱
测量可通过透过方式也可通过反射方式进行， 如下图。
工作电极
工作电极
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18
其他极谱法:
除上面介绍的几种极 谱外，还有交流极谱、 方波极谱、常规脉冲极 谱、新极谱法等。
图12中的a、b、c分 别是交交流流极极谱谱、方波 极谱、常规脉冲极谱加 电 压的方式图。A、B、 C 则是相应的电 流-电 势曲线。同样，利用 峰高或波高进行定量 分析，利用峰电位或半 波电位进行定性分析。
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图中AB为脉冲振幅（高度），BC为脉冲持续时间,记 录的电流为i2和 i1的差值 △i
△i=i1－ i2 此法得到的极谱曲线具有微分极谱形式，出现峰状， 所以称为微分脉冲极谱（DPS), Cu 、Pb、 Cd、 Zn 的 DPS 图如下。
图11：Cu 、Pb、 Cd、 Zn 的 DPS 图
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这种方法选择性好，可以实
现被测离子与共存离子的分离，
如Cu+2与Bi+2、Pb+2、Sn+2的分离 等。
c
(2)控制电流电解分析
在工作电极上施加一定的电
流进行电解，但被测物和共存物
可能同时析出。与控制电位电解
分析相比，速度快但选择性差，
目前用的不多。
图4 不同离子的析出电位 8