第一节 电分析化学方法分类
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1电分析化学导论
例：甘汞电极
Hg—Hg2Cl2—Cl-
电极反应
Hg2Cl2+ 2e- = 2 Hg + 2Cl-
电极电位 （25℃）
Hg
2 Cl 2
/ Hg
Hg 2 Cl 2 / Hg
0 . 05电位取决于电极内参比溶液中的 αCl- ，当αCl-一定，甘汞电极的电极电位恒定。
衡电位（即能斯特公式计算的电位）的现象；
• 电极电位与平衡电位之差称为过（超）电位； • 极化产生的原因：浓差极化和电化学极化； • 一般阳极（正极）极化，电极电位更正，阴极（负极） 极化，电极电位更负。利用过电位的大小评价电极的极 化程度； • 一般来说，析出金属时过电位较小，但析出物为气体时， 尤其是H2（阴极析出）和O2（阳极析出），过电位很大。
减小浓差极化的方法：增大电极面积、减 小电流密度、提高温度、搅拌溶液等。
2. 电化学极化：电极反应速度慢引起的；
阴极反应：必须使阴极电位比平衡电位更 负一些；阳极反应：必须使阳极电位比平 衡电位更正，电极反应才能进行。
1. 第一类电极
由金属浸入含有该金属离子的溶液组成 电极反应 ： Mn+ + ne- = M 25℃
二、按电极用途分类
1.指示电极和工作电极
能反映溶液中待测离子的活度或浓度； 在测试过程中，溶液主体浓度不发生变化的电极称为指
示电极；
例：电位分析中的离子选择性电极
在测试过程中，有较大电流通过，溶液的主体浓度发生
显著变化的电极称为工作电极。 例：电解分析和库仑分析中所用的Pt电极
2.参比电极
（1）作用 接通电路，消除或减小液接电位。 （2）使用条件 a.盐桥中电解质不含被测离子。
仪器分析 第八章 电分析化学导论
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盐桥：一个盛满饱和KCl和3%琼脂的U形管。
由于饱和KCl溶液浓度很高（3.5-4.2 mol/L）， 因此，K+和Cl-离子向外扩散成为盐桥与两个溶 液液接界面上离子扩散的主要部分。
盐桥中，K+和Cl-的扩散速度几乎相等，因此在 两个液接界面上产生两个数值很小、且几乎相 等、方向相反的液接电位，近于完全消除。
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2. 液体接界电位 L
定义：两种不同离子或不同浓度溶液接触界
面上，存在着微小电位差，称之为液体接界电位。 产生原因：各种离子具有不同的迁移速率。
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电化学分析中，经常使用有液接界面的参比电 极，所以液接电位普遍存在。
液接电位往往难于测量，为减小其影响，实际 工作中通常在两个溶液之间用 盐桥 连接。
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以锌电极为例：当锌片与含有Zn2+的溶液相
接触时：
金属锌有失去电子氧化为Zn2+的倾向；同时溶 液Zn2+中有从锌片上取得电子而沉积的倾向。
由于Zn氧化倾向大于Zn2+的还原倾向，致使锌 片上聚集了较多电子而带负电荷，溶液中Zn2+ 受锌片负电荷吸引，使溶液界面带正电荷，形 成双电层，产生电位差，即电极电位。
电极电位的测定方法。 液体接界电位的产生原因及消除方法。 浓差极化的产生原因与消除方法。 电化学极化的产生原因。
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第八章 电分析化学导论
1. 根据电极的组成分类 2. 根据电极所起的作用分类
第四节 电极的种类
1. 根据电极的组成分类
第一类电极：金属-金属离子电极；
第四章仪器分析电位分析法
第四章 电位分析法
《仪器分析》课程
第一节 电分析化学法概要
一、定义：利用物质的电学及电化学性质来进行分析的
方法称为电分析化学法.
二、分类 第一类：通过试液的浓度在某一特定实验条件下与化学电 池中某些物理量的关系来进行分析. a. 电极电位 ——电位分析
b. 电阻
c. 电量 d. 电流—电压曲线
——电导分析；
《仪器分析》课程
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第三节 电位法测定溶液的pH
一、方法装置图 1.系统fig4-1 （注意二电极）
要件：a.指示电极—玻璃电极
b.参比电极—SCE电极、Ag/AgCl电极等 2.玻璃电极 fig4-2 (内参比电极、内参比溶液、 膜)
《仪器分析》课程
二、电动势产生
1. 膜电位；当玻璃电极浸入被测溶液时，玻璃膜处于内部溶 液和待测溶液之间，跨越玻璃膜产生一电位差∆EM ，它与 氢离子活度之间的关系符合Nernst公式.
它的性能决定了电极的选择性，电极膜 中必须包含有或“支持”有待分析的离 子，电极膜可以是固态的，也可以是液 态的。内充液主要有两种成分组成，一
种是一定浓度的待测离子溶液，它的作
用 是在电极膜内部建立与内充液之间的相 界电位；另一种成分是一定浓度的 Cl，它的作用是稳定银 - 氯化银内参比电
极的电极电位。
AgCl/Ag K 2.303RT pH 不对称 F
令 可得
AgCl/Ag K 不对称 K'玻璃
玻璃 K'玻璃
2.303RT pH F
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（四）pH玻璃电极的选择性 理想的pH玻璃电极应当仅对H+做出相应。事实上，玻璃 电极不只对H+有相应性，而且对某些单电荷离子也能响应 产生膜电位而引起干扰。玻璃电极的选择性系指在干扰离子 存在下，其电极电位与pH的关系对能斯特方程式的符合情
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第一节 电分析化学法概要
一、定义：利用物质的电学及电化学性质来进行分析的
方法称为电分析化学法.
二、分类 第一类：通过试液的浓度在某一特定实验条件下与化学电 池中某些物理量的关系来进行分析. a. 电极电位 ——电位分析
b. 电阻
c. 电量 d. 电流—电压曲线
——电导分析；
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第三节 电位法测定溶液的pH
一、方法装置图 1.系统fig4-1 （注意二电极）
要件：a.指示电极—玻璃电极
b.参比电极—SCE电极、Ag/AgCl电极等 2.玻璃电极 fig4-2 (内参比电极、内参比溶液、 膜)
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二、电动势产生
1. 膜电位；当玻璃电极浸入被测溶液时，玻璃膜处于内部溶 液和待测溶液之间，跨越玻璃膜产生一电位差∆EM ，它与 氢离子活度之间的关系符合Nernst公式.
它的性能决定了电极的选择性，电极膜 中必须包含有或“支持”有待分析的离 子，电极膜可以是固态的，也可以是液 态的。内充液主要有两种成分组成，一
种是一定浓度的待测离子溶液，它的作
用 是在电极膜内部建立与内充液之间的相 界电位；另一种成分是一定浓度的 Cl，它的作用是稳定银 - 氯化银内参比电
极的电极电位。
AgCl/Ag K 2.303RT pH 不对称 F
令 可得
AgCl/Ag K 不对称 K'玻璃
玻璃 K'玻璃
2.303RT pH F
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（四）pH玻璃电极的选择性 理想的pH玻璃电极应当仅对H+做出相应。事实上，玻璃 电极不只对H+有相应性，而且对某些单电荷离子也能响应 产生膜电位而引起干扰。玻璃电极的选择性系指在干扰离子 存在下，其电极电位与pH的关系对能斯特方程式的符合情
电化学分析法
每个电化学电池都含有两个称为电极的导体， 每个电化学电池都含有两个称为电极的导体，这两个电极 两个称为电极的导体 必须插在适当的电解质溶液中 电解质溶液中， 必须插在适当的电解质溶液中，这是构成电化学电池的两个必 要条件。 要条件。 两个电极可以是相同的或 不同的电子导体， 不同的电子导体，它们所接 触的电解质可以是相同的或 不同的离子导体。 不同的离子导体。一支电极 与它所接触的电解质溶液构 成一个半电池。 成一个半电池。两个半电池 组成一个电化学电池。 组成一个电化学电池。为使 两个半电池的电解质溶液互 不混溶又能相互导电， 不混溶又能相互导电，需要 用半透性隔膜或盐桥将它们 隔离。
甘汞电极
电极反应：Hg2Cl2 + 2e- ＝ 2Hg + 2 电极反应： Cl半电池符号： ， 半电池符号：Hg，Hg2Cl2（固）|KCl （ 电极电位（ ℃ 电极电位（25℃）：
O EHg Cl /Hg = EHg2+Cl /Hg +
2 2 2 2
0.059 a(Hg2Cl2 ) lg 2 a (Hg) ⋅ a2 (Cl− ) 2
电极电位及其测量
电极电位的测定， 电极电位的测定 ， 单个电极电 位无法测定！ 所以规定氢电极 ， 位无法测定 ！ 所以 规定氢电极， 规定氢电极 在任何温度下的电位为零 在任何温度下的电位为零。 一般情况下， 一般情况下 ， 电极电位由三种 方法得到： 方法得到 ： （ 1 ） 由欲测电极与标 准氢电极组成电池， 准氢电极组成电池 ， 测出该电极 的电极电位。（ 2 ） 电热力学数据 的电极电位。 计算出。 计算出 。 （ 3 ） 再是可利用稳定的 参比电极作为欲测电极的对电极 测出电位后， 测出电位后 ， 再推算出该电极的 电极电位。 电极电位。
电分析化学
J.Butler, M.Volmer: Butler-Volmer 公式1924-1930 P.Delahay, Gerischer, Frumkin, Levich, Baker et al: 1950s to 1960s 发展了各种理论，研究方法等 R.Marcus: 1950s-1960s, Electron Transfer Theory (Nobel Prize Winner, 1992) T.Kuwana: 1960s, 光谱电化学 Gavach, Koryta et al: 1970s 开始研究液/液界面电化学 Miller and Murray: 1975, 化学修饰电极 M.Fleischmann, A.Bewick et al: 1970s to 1980s, in situ 光谱、 波谱电化学 M.Fleischmann, W.Wightman et al: ultramicroelectrodes (UMEs) 1970s - 1980s A.J.Bard: SECM, 1989 Sagiv et al: 1980s, self-assembled membranes P.Hansma et al: STM - Electrochemistry, 1980s
三、电分析化学的发展趋势
四个阶段：
1、初期阶段：方法原理的建立
1801年：W.Cruikshank：发现金属的电解作用和银的 定性分析方法； 1834年：M.Faraday：发表‚关于电的实验研究‛论 文，提出法拉弟定律：Q=nFM； 1889年：W.Nernst：提出Nernst方程； 1922年：J.Heyrovsky：创立极谱学； 1925年：志方益三：制作了第一台极谱仪； 1934年：D.Ilkovic：提出扩散电流理论
电位分析法
第二部分电化学分析法第一节电分析化学法概述电分析化学法通常是指使待分析的试样溶液构成一化学电池, 根据所组成电池的某些物理量与化学量之间的内在联系来进行测定的一种方法。
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。
电化学分析法分三种类型:1)第一类是以活度（浓度）与电学参数的直接函数关系为基础的方法；----直接测量法2)第二类是以电学参数的变化指示滴定终点的滴定分析方法；----电滴定分析法3)第三类是通过电流把试样中的测定组分转化为固相（金属或其氧化物）, 再以称量或滴定的方式测定的方法。
----电质量（重量）法根据所得的信号不同, 具体分为：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1.电位分析法：电位分析法按应用方式可为两类:直接电位法: 电极电位与溶液中电活性物质的活度有关, 通过测量溶液的电动势, 根据能斯特方程计算被测物质的含量；电位滴定：分析法用电位测量装置指示滴定分析过程中被测组分的浓度变化, 通过记录或绘制滴定曲线来确定滴定终点的分析方法。
研制各种高灵敏度、高选择性的电极是电位分析法最活跃的研究领域之一。
2.电解与库仑分析法:电解分析：在恒电流或控制电位条件下, 使被测物质在电极上析出, 实现定量分离测定目的的方法。
电重量分析法: 电解过程中在阴极上析出的物质量通常可以用称重的方法来确定。
库仑分析法：依据法拉第电解定律, 由电解过程中电极上通过的电量确定电极上析出的物质量的分析方法电流滴定或库仑滴定: 恒电流下电解产生的滴定剂与被测物作用。
3.极谱法与伏安分析：伏安分析: 通过测定特殊条件下的电流—电压曲线来分析电解质的组成和含量的一类分析方法的总称。
极谱分析: 使用滴汞电极的一种特殊的伏安分析法。
4.电导分析：普通电导分析原理: 依据溶液电导与电解质关系；应用：高纯水质分析, 酸雨监测；高频电导分析特点: 溶液与电极不直接接触；电化学分析法的特点:（1）灵敏度、准确度高, 选择性好被测物质的最低量可以达到10-12mol/L数量级。
电位法和永停滴定法
测定原理: 将两个相同Pt电极插入样品溶液中，在两极间外 加低电压，连电流计，进行滴定，通过电流计指 针的变化确定SP
玻璃电极 电极管 参比电极电解液 参比电极元件体系 微孔隔离材料
图8-7 复合pH电极结构示意图
离子选择电极(ISE)
活度电极常数
浓度电极常数
K
2.303RT nF
lg ai
K
2.303RT nF
lg Ci
活度系数
(K K 2.303 RT lg fi )
nF
i
电极膜：特定 离子的敏感膜
副反应系数
a外 a内
0
膜 K 0.059 lg a外
玻璃电极的电极电位
玻 内参 膜
AgCl / Ag K 0.059 lg a外
K 0.059 lg a外
电极常数
= K - 0.059pH
(3)玻璃电极的性能
溶液中pH变化一个单
位引起玻璃电极的电
• 转换系数（电极系数，S） 位变化值
双电层
动态平衡
相界电位(phase boundary potential) 金属电极电位(electrode potential)
液体接界电位(liquid junction potential)
液接电位：两种组成(溶质)不同或组成相 同、浓度不同的电解质溶液接触界面(液接界 面)两边存在的电位。
电解池示意图
（阴极）Zn极
Cu极（阳极）
电解池示意图
双电层的形成与结构 (double eletric layer)
金属M（金属相）
→ ←
Mn+（溶液相） Zn/ZnSO4
双电层结构示意图
双电层的形成与结构
玻璃电极 电极管 参比电极电解液 参比电极元件体系 微孔隔离材料
图8-7 复合pH电极结构示意图
离子选择电极(ISE)
活度电极常数
浓度电极常数
K
2.303RT nF
lg ai
K
2.303RT nF
lg Ci
活度系数
(K K 2.303 RT lg fi )
nF
i
电极膜：特定 离子的敏感膜
副反应系数
a外 a内
0
膜 K 0.059 lg a外
玻璃电极的电极电位
玻 内参 膜
AgCl / Ag K 0.059 lg a外
K 0.059 lg a外
电极常数
= K - 0.059pH
(3)玻璃电极的性能
溶液中pH变化一个单
位引起玻璃电极的电
• 转换系数（电极系数，S） 位变化值
双电层
动态平衡
相界电位(phase boundary potential) 金属电极电位(electrode potential)
液体接界电位(liquid junction potential)
液接电位：两种组成(溶质)不同或组成相 同、浓度不同的电解质溶液接触界面(液接界 面)两边存在的电位。
电解池示意图
（阴极）Zn极
Cu极（阳极）
电解池示意图
双电层的形成与结构 (double eletric layer)
金属M（金属相）
→ ←
Mn+（溶液相） Zn/ZnSO4
双电层结构示意图
双电层的形成与结构
仪器分析-电化学分析法
银-氯化银电极：
银丝镀上一层AgCl沉淀,浸在一定浓度 的KCl溶液中即构成了银-氯化银电极。 电极反应：AgCl + e- = Ag + Cl半电池符号：Ag，AgCl（固）︱KCl 电极电位（25℃）：
O EAgCl/Ag EAgCl/Ag 0.059lg aCl
表 银-氯化银电极的电极电位（25℃）
流动载体电极(electrodes with a mobile carrier)
敏化电极（sensitized electrodes） 气敏电极（gas sensing electrodes）
酶电极（enzyme electrodes）
4 离子选择性电极的结构与原理
组成：敏感膜，内参比电极、内参比溶液 （敏感膜：单晶、混晶、液膜、功能膜及生物膜等） 特点：仅对溶液中特定离子有选择性响应。 测定依据： 膜电位：膜内外被测离子活度的不同而产生电位差 使用方法及原理 将膜电极和参比电极一起插到被测溶液中，组成电池:
3 离子选择性电极的种类
Type , principle and structure of ion selective electrode (ISE) 离子选择性电极(又称膜电极)。
1976年IUPAC基于膜的特征，推荐将其分为以下几类： 原电极（primary electrodes） 晶体膜电极（crystalline membrane electrodes） 均相膜电极（homogeneous membrane electrodes） 非均相膜电极(heterogeneous membrane electrodes) 非晶体膜电极（crystalline membrane electrodes） 刚性基质电极（rigid matrix electrodes）
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7. 可得到许多有用的信息。
如：界面电荷转移的化学计量学和速率；传质速率；吸
附或化学吸附特性；化学反应的速率常数和平衡常数测
定等。
1. 方法的灵敏度和准确度很高；
2. 所需设备简单、便宜，适用面广； 3. 分析检测限低； 4. 元素形态分析：如Ce(III)及Ce(IV)分析； 5. 产生电信号，可直接测定。
6. 多数情况可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+的活度大小三类：
第一类：
是在某特定的条件下，通过待 测试液的浓(活)度与化学电池中某些 电参量(电阻、电位、电流和电量)的 关系进行定量分析。
如:
电导分析，电位分析，库仑分析， 极谱分析和伏安分析等。
第二类：
是通过某一电参量的变化来指
示终点的电容量分析。 电位滴定，电流滴定和电导滴
第一节
电分析化学方法分类
一、电分析化学法
(electroanalytical chemistry methods)
利用物质在溶液中的电化学性 质及其变化来进行分析的方法称为 电分析化学法。
它以电导、电位、电流和电量 等电参量与被测物质含量之间的关 系作为计量的基础。
二、分类
根据所测量的电参量的不同，
如:
定等。
第三类：
是通过电极反应把被测物质转 变为金属或其它形式的氧化物，然
后用重量法测定其含量的方法，即 电解分析法，或称电重量法。
例如：
不同的电分析化学法各有
其特点，为了便于学习，书中 p124-125 页，表 8-1 列出一些重
要的电分析化学法及其特点
三、电分析方法特点