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工作电极的类型特点和形状

工作电极的类型,特点和形状

工作电极的类型 特点和应用
铂电极(PTE) 传统的电极,具有氢吸附波,用于过氧化氢和氧化剂检测
金电极(AUE) 传统的电极,无氢吸附波,用于硫醇检测
玻碳电极(GCE) 化学性质稳定的电极,尽管具有相对大的析出氧气和氢气发生的过电位
银电极(AGE) 用于氰化物,硫化物检测
碳糊电极(CPE) 与酶等混合制备修饰电极
镍电极(NIE) 化学修饰电极用于检测氨基酸
钯电极(PDE) 用于氢的吸附和脱附过程的研究
塑性碳电极(PFCE) 其高度定向的石墨边层有效的暴露于表面,具有HOPG电极类似的特点


  • 电化学测量工作电极
  • 在水溶液中铂,汞,碳电极的电势窗口
  • 什么是循环伏安法(CV)测量
  • 工作电极的选择
  • 微电极

    ALS品牌的工作电极用于,例如CV (Cyclic Voltammetry)、LSV (Linear Sweep Voltammetry),DPV (Differential Pulse Voltammetry) 等的电化学测量,结构紧凑小巧,易于抛光处理。
    在第一次使用新电极时, 应小心取下电极的盖帽,并在使用前检查电极表面。
    碳糊电极需客户自制,只需将碳糊填充到ALS品牌的CPE碳糊电极主体前端的小孔中即可。
    其他电极均经抛光处理,可以立即使用。这些电极都被封装在PEEK(良好的溶剂耐药性)绝缘主体材料中。
    绝缘体材料的一部分溶剂耐药性列表如下。
    注意,如果长期将电极浸泡在四氢呋喃中,或在高温下使用,由于绝缘体材料与电极材料之间的温度系数不同,可能造成电极裂纹。O型环用于调节工作电极在伏安池中的上下位置。

高分子材料的有机溶剂耐药性简表

 
电势窗
Akira Fujishima, Toru Inoue, Method of Electrochemical measurement(1984) Gihodo Publishers
    左图为在各种属性的溶液中的电极材料的适用电势窗口范围。
    在一定pH值的水溶液中,如要分析在电解质溶液中试样的氧化还原活性,必须考虑电极上的氢,氧过电压和电极材料溶出电势等影响因素。

 
线性扫描伏安法 (LSV) 线性扫描伏安法(LSV)是以一个恒定的电势扫描速率,从设定的初始电势到设定的最终电势为止进行电势的扫描并记录电流的响应信号。

循环伏安法 (CV) 是一个可逆的LSV测量,当达到最终电势后,逆转扫描方向,将电极电势回到初始电势设定值。在CV中,在正向扫描中生成的产物可逆性可以通过反向扫描来分析。由于这一特点,CV已得到广泛应用。
CV测量结果曲线如右图所示,通过CV曲线的解析,可以研究电活性物质的特征:

- 氧化和还原形态的稳定性
- 氧化还原过程中的分子吸附
- 动力学速率常数的测量
- 反应机理的研究
- 电化学反应的可逆性
- 标准氧化还原电位, Eo=(Epa+Epc)/2
- 电子转移数, ΔE=Epa-Epc= 58/n
*n: 每摩尔的电子转移数

循环伏安法(CV)测量体系的构成示意图

David K.Gosser,Jr.,Cyclic Voltammetry Reaction
Mechanisms,VCH Publishers,Inc. 1994.




工作电极的选择是实验研究的重要的一部分。

    在研究对象分子的氧化还原电位必须在电极材料的电势窗中,因为电极材料的本底电流不得干扰实验。

铂和金电极 - 铂和金电极-主要适用于有机或无机电活性物质的测量,因为他们有较高的析氧过电位和较低的析氢过电位。

汞电极 - 汞电极-因为析氢的过电位较高,适用于金属离子的还原测量。使用汞电极可很容易地观察到锌的还原反应。

在非水溶剂中的测量- 在非水溶剂中的测量不受析氢和析氧过电位的影响。但非水溶剂和支持电解质的分解电势却成为重要的影响因素。此外,在非水溶剂中水杂质的含量会使电势窗宽度相应变窄。
 
电流-电势曲线
图4-1 将铂电极在0.5 M H2SO4溶液中扫描50次的电流电位曲线。重复循环扫描明显活化了电极表面。虽然在负电势侧有氢的吸附波,但还是可以观察到在这个电势范围内电极上的其他反应,因为这种反应所需要的电量为一定的量。
 

循环伏安(CV)测量中使用微电极的优点

MPTE 铂微电极10µm

1. 微小的反应电流使溶液本体的浓度变化很小,电极电势的漂移亦极其微小
2. 通过电脑专用软件控制恒电位仪,可以进行精确的高速扫描测量
3. 可以分析电极反应中寿命极短的中间产物
4. 可测量无支持电解质的试样溶液
5. 反应电流造成的噪音信号极其小, 能达到极佳的测量精度
6. 与扩散层相比电极尺寸小,电极表面电活性物质扩散传质形态特殊,达到稳态传质
 


E(V) vs Ag/Ag+     左图:化学产物在后续反应中的检测。通过104 V/S的快速扫描,在中间物消失之前可以观察到峰值(表示寿命极短的中间物被还原到前物质)。



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