仪器分析2.4.2 电极的极化与超电位
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；
超极化感受器电位
超极化感受器电位的应用随着科技的不断发展，人类对于电子产品的需求越来越高，同时也需要更加先进的传感技术来满足这些需求。
其中一个关键的技术就是超极化感受器电位。
该技术通过探测电场中的变化来实现高灵敏度的物理或化学传感，其应用范围涵盖了医疗、环保、食品安全等领域，具有广阔的发展前景。
一、超极化感受器电位的原理超极化感受器电位是一种基于电场量子力学效应的传感技术。
当一个薄膜材料处于电场中时，它的电子结构发生了变化，会形成一个偏振电荷层，产生电场势能差。
这种电场势能差称为超极化感受器电位。
超极化感受器电位的量级通常在微伏级左右，比传统传感技术具有更高的灵敏度和精度。
此外，由于其基于量子力学效应，不会受到背景噪音的影响，因此可以实现高度稳定的传感。
二、超极化感受器电位的应用案例1. 医疗健康领域超极化感受器电位可以用于监测人体内部或外部环境的微小变化，因此在医疗健康领域具有广泛的应用前景。
例如，可以利用超极化感受器电位来检测血液中的电位变化，监测心脏功能和血压；或者用于检测呼吸系统中的电位变化，监测呼吸功能等。
2. 环保超极化感受器电位可以用于监测环境中的微小变化，例如检测水中的微量金属离子，监测大气中的化学污染物等。
这些监测数据可以提供给政府和公众，有助于加强环境保护和减少环境污染。
3. 食品安全超极化感受器电位可以用于检测食品中的微量化学物质。
例如，可以检测食品中的致癌物质、农药残留、添加剂等，提供给政府和公众，以确保食品安全。
三、超极化感受器电位在未来的发展超极化感受器电位的应用前景非常广阔，尤其在医疗、环保和食品安全等领域有着巨大的发展空间。
随着传感器技术的不断发展和突破，超极化感受器电位在未来的应用领域也会越来越广泛。
此外，还可以将其应用于虚拟现实、人工智能等领域，为我们的生活带来更多的便利。
总之，超极化感受器电位是一种重要的传感技术，具有极高的灵敏度和精度，在医疗、环保、食品安全等领域的应用前景广阔。
仪器分析简答题及答案-学哥独创版
二章1、简述原子发射光谱定性分析的基本原理，光谱定性分析的方法的种类及各自的适用范围答：由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发作用下，试样中每种元素都发射自己的特征光谱，其波长是由每种元素的原子性质所决定的。
通过检查谱片上有无特征光谱出现来确定该元素是否存在。
1）铁光谱比较法，可同时进行多种元素的定性分析2）标准试样光谱比较法，适应于只定性分析少数几种指定元素1、解释下列名词1）分析线：进行分析时所使用的谱线2）灵敏线：指元素特征光谱中强度最大的谱线，通常是具有较低激发电位和较大跃迁概率的共振线3）最后线：指样品中被测元素含量或浓度逐渐减少时而最后消失的谱线，往往是灵敏线4）共振线：以基态为跃迁低能级的光谱线5）原子线：原子发射的谱线6）离子线：离子发射的谱线7）自吸：原子在高温时被激发，发射某一波长的谱线，而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的辐射，这种现象称为自吸现象8）自蚀：当自吸现象非常严重时谱线中心的辐射将完全吸收，这种现象称为自蚀现象2、什么是内标线和分析线对？光谱定量分析为什么用内标法？简述其原理并说明如何选择内标元素和内标线，写出内标法的基本关系式。
答：1）内标线：在基体元素的谱线中选一条谱线作为内标线，在被测元素的谱线中选一条灵敏线作为分析线，这两条线组成分析线对。
2内标法可以提高光谱定量分析的准确度，可以在很大程度上消除光源放电不稳定因素带来的影响，可得到较准确的结果3）原理：测量谱线相对强度进行定量分析4）选择内标线与内标元素时应注意：金属光谱分析中的内标元素一般采用基体元素，矿石光谱分析中，一般不用基体元素作内标而是加入定量的其他元素5）内标元素的基本关系式3、什么是ICP光源的环状结构？简述其优缺点答：电感耦合高频等离子炬具有环状结构。
这种环状结构造成一个电学屏蔽的中心通道，这个通道具有较低的气压，较低的温度，较小的阻力，试样容易进入炬焰，并有利于蒸发，解离、激发电离以及观测。
仪器分析 电位分析法
二、玻璃膜（非晶体膜）电极
玻璃电极使用前，必须在水溶液中浸泡，生成三层结构， 即中间的干玻璃层和两边的水化硅胶层：
水化硅胶层厚度：0.01～10 μm。在水化层，玻璃上的 Na+与溶液中H+发生离子交换而产生相界电位。 水化层表面可视作阳离子交换剂。溶液中H+经水化层扩 散至干玻璃层，干玻璃层的阳离子向外扩散以补偿溶出的离 子，离子的相对移动产生扩散电位。 两者之和构成膜电位。
1．膜电位及其选择性
RT E膜 K ln a阳离子 nF
RT E膜 K ln a阴离子 nF
共存的其它离子对膜电位产生有贡献吗? 若测定离子为 i，电荷为 zi；干扰离子为 j，电荷为zj。 考虑到共存离子产生的电位，则膜电位的一般式可写成为：
ni 2.303RT K lg[ ai K i , j a j nj ] ni F
敏 感 膜 由 LaF3 单 晶片制成，其组成 为 ： 少 量 0.1% ～ 0.5%EuF2 和 1% ～ 5%CaF2, 晶 格 点 阵 中 La3+ 被 Eu2+ ， Ca2+ 取代，形成较多的 晶格空穴，增加导 电性。
氟离子选择性电极的特点
导电性：LaF3的晶格中有空穴，在晶格上的F-可 以移入晶格邻近的空穴而导电。 选择性：对于一定的晶体膜，离子的大小、形 状和电荷决定其是否能够进入晶体膜内，故 膜电极一般都具有较高的离子选择性。 抗干扰性：为氟离子量的1000倍的Cl-、Br-、I、SO42-、NO3-等的存在无明显的干扰。
玻璃膜电位
膜内
膜相
溶液（外）
内
外
溶液（内）
膜 外 内 a内
膜外
a外
a外′
仪器分析习题 Y3习题の电化学分析法导论-电位分析法-电解与库伦分析法
选择题1.下列参量中，不属于电分析化学方法所测量的是()A电动势B电流C电容D电量2.下列方法中不属于电化学分析方法的是()A电位分析法B伏安法C库仑分析法D电子能谱3.区分原电池正极和负极的根据是()A电极电位B电极材料C电极反应D离子浓度4.区分电解池阴极和阳极的根据是()A电极电位B电极材料C电极反应D离子浓度5.衡量电极的极化程度的参数是()A标准电极电位B条件电极电位C过电位D电池的电动势6.浓差极化是由于在电解过程中电极表面附近溶液的浓度与主体溶液的浓度差别引起的，它的大小与哪些因素有关()A电极电位B溶液电阻C搅拌程度D电流密度7.对于极化的结果，下列说法正确的有（）A阴极电位变负B阴极电位变正C阳极电位变正D阳极电位变负8.下列不是作为一个参比电极的条件的是()A电位的稳定性B固体电极C重现性好D可逆性好9.甘汞电极是常用参比电极，它的电极电位主要取决于()A温度B氯离子的活度C主体溶液的浓度DKCl的浓度10.电位分析中所用的离子选择电极属于()A极化电极B去极化电极C指示电极D理想电极1~5：C、D、C、A、C；6~10：C、AC、B、B、C ****************************************************************** 11.下列哪项不是玻璃电极的组成部分？()AAg-AgCl电极B一定浓度的HCl溶液CKCl溶液D玻璃膜12.pH玻璃电极膜电位的产生是由于()A离子透过玻璃膜B电子的得失C离子得到电子D溶液中H+和硅胶层中的H+发生交换13.璃电极IUPAC分类法中应属于()A单晶膜电极B非晶体膜电极C多晶膜电极D硬质电极14.晶体膜电极的选择性取决于()A被测离子与共存离子的迁移速度B被测离子与共存离子的电荷数C共存离子在电极上参与响应的敏感程度D共存离子与晶体膜离子形成微溶性盐的溶解度或络合物的稳定性15.测定溶液PH值时，所用的指示电极是：()A氢电极B铂电极C氢醌电极D玻璃电极16.测定溶液PH时，一般所用的内参比电极是：()A饱和甘汞电极B银-氯化银电极C玻璃电极D铂电极17.玻璃电极在使用前，需在去离子水中浸泡24小时以上，其目的是：()A清除不对称电位B清除液接电位C清洗电极D使不对称电位处于稳定18.晶体膜离子选择电极的灵敏度取决于()A响应离子在溶液中的迁移速度B膜物质在水中的溶解度C响应离子的活度系数D晶体膜的厚度19.氟离子选择电极测定溶液中F-离子的含量时，主要的干扰离子是()ACl-BBr-COH-DNO3-20.实验测定溶液pH值时，都是用标准缓冲溶液来校正电极，其目的是消除何种的影响。
《现代仪器分析》模拟试卷一
43、对于有相同浓度的二价金属离子，要使A物质析出，而B物质不析出的条件是B物质的析出电位必需比A物质的析出电位负0。15～0。18V。
44、恒电压电解法要求电解时的电流效率100%。
45、残余电流直接影响测量的扩散电流，但可采用作图法加以扣除。
46、控制电流库仑分析法也称为库仑滴定法。
47、色谱分析法是一种分离、分析方法。
2.试写出速率方程的表达式并说明式中各参数的意义。
3.直流极谱分析中的主要干扰电流有哪些，如何消除？
五、计算题（20分，每题10分）
1.知物质A和B在一根30.00 cm长的柱上的调整保留时间分别为16.40 min和17.63 min。峰底宽度分别为1.11 min和1.21 min，计算：
（1）柱的分离度；
17、气液色谱的柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。
18、气液色谱的固定相通常包括固定液和担体。
19、色谱定性通常选用纯物质保留时间定性。
20、色谱定量通常有：归一化法，公式：。该公式的适用条件是：所有物质全出峰。外标法，内标法，
21、色谱定量的归一化法要求所有物质全出峰；外标法也叫标准曲线法，不使用校正因子，
13、色谱理论分中其中另一个理论为速率理论，它是阐述了影响柱效的分离因素；H =A + B/u +C×u.其中涡流扩散项为A，分子扩散项为B/u，传质阻力项为C×u。
14、推导最佳载气流速方程式（根据H–u关系式）根据速率理论：H = A + B/μ+ Cμ；对此式求一阶导数，dH/dμ = - B/μ2+C令一阶导数dH/dμ=0；有- B/μ2+C=0得：μ最佳=√B/C，把μ最佳=√B/C代入H = A + B/μ+ Cμ,H最小= A + 2√BC。
电极-溶液界面的传质过程与极化
有关 超电位的实验现象：
（1）超电位随电流密度的增大而增大。电极面积越小、极 化越严重，超电位也越大。 （2）超电位随温度升高而降低。例如温度每增加10℃，氢 的超电位降低20～30mV。
（3）电极的化学成分不同，超电位也有明显的不同。
（4）产物是气体的电极过程，超电位一般较大，金属电极 和仅仅是离子价态改变的电极过程，超电位一般较小。 （5）电极表面形成一层氧化物或其他物质薄膜，从而在电 流流过时，引起电阻形成超电位，此效应在高电流密度或 低浓度时较明显。
什么是电析出电位。
定义：电极上有净电流流过时，电极电位偏离平衡电极
电位的现象称为电极极化。
影响电极极化程度的因素：电极的大小和形状、电解质
溶液的组成、搅拌、温度、电流密度、电极反应中的反应 物和产物的物理状态及电极的组成和特性等。 两类电极极化：浓差极化和电化学极化。
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1. 浓差极化
当电流流过电极—溶液界面发生电极反应时，在电极 表面处的离子浓度迅速降低，如果扩散速度较小，溶液中 的离子不能很快扩散到电极表面，将产生一个浓度梯度。 浓差极化使电极电位偏离平衡值， 阳极更正；阴极更负。
减小浓差极化的方法：
a.减小电流密度或增加电极面积。 b.提高溶液温度，有利于质传递。 c.机械搅拌，使整个体系保持浓度均 匀，也使电极表面溶液不断更新。
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选择内容：
2.1 电化学分析概述
2.2 化学电池与电极电位 2.3 电极与电极类别 2.4 电极-溶液界面的传 质过程与类型
第三章
结束
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溶液静止时发生电极反应-产生扩散传质： 形成扩散电流
扩散传质是由溶液中存
超极化感受器电位
超极化感受器电位超极化感受器电位是指超极化材料在受到外界电场作用时所产生的电势差。
超极化感受器电位的测量是一种常用的分析和研究超极化材料性质的方法。
本文将从超极化材料的定义、超极化感受器电位的测量原理和应用领域等方面进行探讨。
一、超极化材料的定义超极化材料是一类具有可逆电偶极矩变化的物理特性的材料。
它们通常由具有高电子极化率和较长寿命的电子激发态构成。
超极化材料广泛应用于电子器件、储能设备和生物医学等领域。
超极化材料的电偶极矩可由外界电场调控，使其在外电场作用下表现出不同的电学性质。
二、超极化感受器电位的测量原理超极化感受器电位的测量基于超极化材料在受到外界电场作用时产生的电压变化。
一般情况下，超极化材料的电压与施加的电场强度成正比。
通过将超极化材料与电极连接形成电池，将外电场作用于超极化材料，然后通过电极与电路连接，测得超极化感受器电位。
三、超极化感受器电位的应用领域1. 传感技术：超极化感受器电位可以用于设计和开发各种传感器，如压力传感器、温度传感器和湿度传感器等。
通过测量超极化感受器电位的变化，可以实现对外界环境的监测和控制。
2. 功率管理：超极化感受器电位在能量收集和储存设备中起着重要作用。
通过测量超极化感受器电位的变化，可以判断能量收集设备的效率和储能设备的状态，从而实现对能量的高效管理。
3. 生物医学：超极化感受器电位可应用于生物医学领域，如神经信号记录和神经调控等。
通过测量超极化感受器电位的变化，可以研究和监测生物体内的电生理过程，对相关疾病进行诊断和治疗。
4. 电子器件：超极化感受器电位在电子器件的设计和制造中有着广泛应用。
通过测量超极化感受器电位的变化，可以优化电子器件的性能和稳定性，提高其工作效率和可靠性。
总结：超极化感受器电位是一种重要的测量方法，可用于研究和应用超极化材料的性质。
通过测量超极化感受器电位的变化，可以实现对外界环境的监测和控制，实现能量的高效管理，进行生物医学研究和诊断治疗，以及优化电子器件的性能和稳定性。
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有关超电位的实验现象：
（1）超电位随电流密度的增大而增大。电极面积越小、极 化越严重，超电位也越大。 （2）超电位随温度升高而降低。例如温度每增加10℃，氢 的超电位降低20～30mV。 （3）电极的化学成分不同，超电位也有明显的不同。 （4）产物是气体的电极过程，超电位一般较大，金属电极 和仅仅是离子价态改变的电极过程，超电位一般较小。 （5）电极表面形成一层氧化物或其他物质薄膜，从而在电 流流过时，引起电阻形成超电位，此效应在高电流密度或 低浓度时较明显。
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3. 超电位
实际电位与可逆的平衡电位之间产生一个差值。 电位，ηa表示阳极超电位。 阴极上的超电位使阴极电位向负的方向移动，阳极上
的超电位使阳极电位向正的方向移动。 超电位的数值无法从理论上进行计算。
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1. 浓差极化
当电流流过电极—溶液界面发生电极反应时，在电极 表面处的离子浓度迅速降低，如果扩散速度较小，溶液中 的离子不能很快扩散到电极表面，将产生一个浓度梯度。
浓差极化使电极电位偏离平衡值， 阳极更正；阴极更负。
减小浓差极化的方法：
a.减小电流密度或增加电极面积。 b.提高溶液温度，有利于质传递。 c.机械搅拌，使整个体系保持浓度均 匀，也使电极表面溶液不断更新。
第二章 电化学分析基础
Introduction to electrochemical analysis
第四节
电极-溶液界面的传 质过程与极化
Polarization and mass transfer process on surface of electrode
2.4.1 电极-溶液界 面的传质过程与类 型
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2. 电化学极化
电极电位偏离于平衡电位是由于电化学反应本身的迟缓性 所引起的——电化学极化。
电极反应需要一定的活化能使电极上聚集着过多的电荷。 自由电子数量增多：电极电位向负方向移动； 正电荷聚积：电极电位向正方向移动。 化学电池中，两支电极的极化程度不同。 电流值一定，电极电位偏离平衡 电位很大的电极称之为极化电极； 偏离很小的称去极化电极 。 完全去极化只是一种理想情况。
2.4.2 电极的极化与 超电位
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2.4.2 电极的极化与超电位
什么是电极的极化？ 现象：物质的理论分解电压小于实际析出电位。 定义：电极上有净电流流过时，电极电位偏离平衡电极
电位的现象称为电极极化。
影响电极极化程度的因素：电极的大小和形状、电解质
溶液的组成、搅拌、温度、电流密度、电极反应中的反应 物和产物的物理状态及电极的组成和特性等。 两类电极极化：浓差极化和电化学极化。
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