浅析电化学分析仪器的原理及发展应用

浅析电化学分析仪器的原理及发展应用

摘要电化学分析是企事业单位及科研机构常用的一类分析方法，它是利用被测试样溶液的电化学性质及其变化来进行分析的方法，其测定的依据是电位、电导、电量、电流等电化学参量与被测物含量之间的定量关系，这些电化学参量的测量是通过电化学分析仪器来完成的。因此，每一种电化学分析方法是和相应的电化学分析仪器紧密联系的。

关键词电化学分析仪器；原理；发展；应用

根据所测量电化学参量的不同，常见的电化学分析仪器有：酸度计、离子计、电位滴定仪、电导率仪、库仑仪、极谱仪等。如表所示，这些电化学分析仪器在国民经济的许多领域担负着各种各样的分析任务，特别是电位分析中的酸度计、离子计及电位滴定仪有着十分广泛的应用。

1酸度计（离子计）

直接电位法是采用酸度计或电子计通过对由电极与被测溶液组成的电池电动势的测量，根据电动势与溶液浓度之间的定量关系求出物质含量的。因此，酸度计、离子计都是由电计和电极两部分组成的。

1.1酸度计的结构

1）酸度计一般设有以下几个调节器。①零点调节器。当指示电极和参比电极之间的级间电势为零时，溶液的pH值为“灵位pH值”。但由于仪器零点是可变的且任意二个测量元件的零点也不相同，因此，仪器的“电气零点”设计为可调形式。②定位调节器。在用标准缓冲溶液对仪器进行校准时，需用定位调节器，它的作用在于抵消外参比电极电位、不对称电位、内参比电极电位以及液接界电位等因素的影响。③温度补偿器。根据能斯特方程式可知，溶液的pH值与电动势的关系随温度而变化，其转换系数k系温度的函数。④斜率补偿调节器。温度补偿器一般是按理论转换系数设计的，实际上玻璃电极的K值往往低于理论值，另外，玻璃电极的长期使用也会使K下降。因此，在pH的精密测量中，需采用二点定位法。这种定位方法是选用二种pH值不同的标准缓冲溶液，使被测液的pH值能介于选用选用的二种标准缓冲溶液pH值之间。先用一种标准缓冲溶液将定位旋钮调至“0”，然后用斜率补偿调节器表示值为二份标准缓冲溶液pH值得差值，即ΔpH值得位置，固定斜率补偿调节旋钮，再用第二份标准缓冲溶液将定位旋钮调至该缓冲液pH值，这时“定位”调节器不变，就可对被测液进行测量。

2）常用的调制放大式酸度计工作原理如下。首先将被测直流电压信号预先调制为交流电压信号，经过交流放大，然后通过解调器将其还原为与输入信号的幅度和极性相对应的直流信号，从而推动电表指示出读数。采用调制式放大器易避免交流电源干扰，直流干扰明显降低，可得到低噪声放大，零点漂移对读数的

影响可减小到很低，从而使仪器的稳定性和灵敏度有很大提高。

3）酸度计的维护保养技术。酸度计应放置在干燥、无振动、无酸碱腐蚀性气体，环境温度稳定的地方。酸度计应有良好的接地，否则将会造成读数指针不稳定。若使用场所没有接地线，或接地不良，须另外补接地线。一般是用一根导线将其一端以仪器面板上“+”极接线柱或仪器外壳相连，另一端与自来水管连接。仪器使用时，各调节旋钮的旋动不可用力过猛，按键开关不要频繁按动，以防发生机械故障或破损。稳定补偿器切不可旋转超位，以免损坏电位器或使温度补偿不准确。仪器不能随便拆卸。仪器通电后应进行预热，才可开始测量。在短时间测量，可以预热十几分钟；但长时间工作，最好预热1h以上，以使零点有较好的稳定性。长期不用的仪器重新使用，预热时间要长一些；平时不用时，做好每隔1~2周通电一次，以防因潮湿、霉变或漏电而影响仪器性能，每隔一年应对仪器性能进行一次全面检定。

1.2离子计

玻璃电极作为应用最早的离子选择性电极，由于能够对溶液中H+产生响应，使得我们可以用玻璃电极直接测量溶液中H+的浓度。离子选择性电极是一种新型的电化学传感器，它能够将溶液中特定离子的含量转换成相应的电位，用离子计与之配套进行测定，就可以指示出相应的离子含量。

1）电位部分- 离子计。因为离子选择性电极一般都具有较高的内阻，所以离子计必须是量程扩大的高输入阻抗的电子式电位计。离子计有许多不同的分类方法：根据电路原理分为直接放大式和调制放大式；根据用途分为专用离子计和通用离子计；根据仪器的结果分为电表读书式和补偿式；根据结果显示方式分为模拟式和数字式。

2）电极部分- 离子选择性电极。离子选择性电极由于具有结构简单、测量范围宽、响应速度快、使用范围广，而且不要求复杂的仪器设备，操作简便，能进行快速连续的测定等特点而得到了广泛的应用。采用离子选择性电极可测量溶液中的离子和气体的浓度，离子选择性电极分析方法几乎成了知己电位法的最主要形式。

3）电位滴定仪的结构与原理。电位滴定仪器是进行电位滴定分析的装置。根据滴定控制的方法，其装置可包括手动电位滴定装置和自动电位滴定仪等。应用酸度计或离子计等常用的电位测定仪器，选择合适的电极系统，再配合滴定管、电磁搅拌器等即可组装成一台手动电位滴定装置。一般的自动电位滴定仪是在手动电位滴定装置的基础上增加一些控制部分装置并使之仪器化而构成的。

2化学分析仪器的发展

目前国外电化学分析仪器发展趋势是，在硬件方面不追求发展更多的新品种，而是致力于巩固和完善已有的产品。将主要精力放在开拓发展新的软件，在不增加硬件资源的条件下,赋予仪器新的功能，并改进、提高仪器的性能。这对

用户无疑是一件好事，原有的仪器不但不会过时，而且还会得到不断的更新换代。这样，在仪器硬件设计上，就要求有超前意识，在最初设计时留有充分的余地，以备日后通过软件的开发，增加新的功能。同时也可在一台仪器上作一些简单的变化，就可成为电化学腐蚀系统、电化学阻抗系统等。在软件发展过程中不但注重了操作软件，即通常的实验方法软件，同时也对实验所得的结果、数据进行分析、解析，结果的解释等相应软件加以注意。在很多情况下，取得准确、可靠、尽量丰富的数据固然极为重要，但数据的解析、处理以及结果的解释变得更加重要，而这一过程往往又是最困难，最费时的，并非任何人都能胜任的。这类成功的软件是凝聚了众多前人的成果和经验，也是我国有关部门和科研工作者应很好借鉴的。

参考文献

[1]苏自奋,粱树投.分析科学学报.1994,10(3):25-30.

[2]郭粱芹,高自立等.高等学校化学学报.1992,13(7):956-959．

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文