电化学分析仪/工作站

仪器名称：

上海辰华CHI600E电化学工作站，CHI600E系列为通用电化学测量系统。

工作原理：

下图为仪器的硬件结构示意图。仪器内含快速数字信号发生器，用于高频交流阻抗测量的直接数字信号合成器，双通道高速数据采集系统，电位电流信号滤波器，多级信号增益，iR降补偿电路，以及恒电位仪／恒电流仪（660E）。

测量电位范围为±10V，电流范围为±250mA，流测量下限低于10pA，直接用于超微电极上的稳态电流测量。如果与CHI200B微电流放大器及屏蔽箱连接，可测量1pA或更低的电流。如果与CHI680C大电流放大器连接，电流范围可拓宽为±2A。CHI600E系列也是十分快速的仪器，信号发生器的更新速率为10MHz，数据采集采用两个同步16位高分辨低噪声的模数转换器，双通道同时采样的最高速率为1MHz。双通道同步电流电位采样可加快阻抗测量的速度。某些实验方法的时间尺度可达十个数量级，动态范围极为宽广。循环伏安法的扫描速度为1000V/s时，电位增量仅0.1mV，当扫描速度为5000V/s时，电位增量为1mV。又如交流阻抗的测量频率可达1MHz，交流伏安法的频率可达10KHz。仪器可工作于二，三，或四电极的方式。四电极可用于液/液界面电化学测量，对于大电流或低阻抗电解池（例如电池）也十分重要，可消除由于电缆和接触电阻引起的测量误差。仪器还有外部信号输入通道，同步16位高分辨采样的最高速率为1MHz。可在记录电化学信号的同时记录外部输入的电压信号，例如光谱信号等。这对光谱电化学等实验极为方便。

主要功能：

循环伏安法（CV）：循环伏安法的激发信号是一个等腰三角波电位。该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流-电势曲线。根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性。一般仪器的电位扫描速度可以从每秒数毫伏至1V，常用悬汞电极、pt电极、金电极和玻碳电极等固定电极做工作电极。主要用于电化学分析，电化学反应可逆性研究，判断电极反应的反应物来源，研究电活性物质的吸脱附过程及电池电极材料性能评价等。

线性扫描伏安法（LSV）：将线性电位扫描(电位与时间为线性关系)施加于电解池的工作电极和辅助电极之间。扫描从起始电位至终止电位单向进行，根据电流-电位曲线测得的氧化或还原峰电流大小与被测物的浓度呈线性关系的特点，可作定量分析，更适合于有吸附性物质的测定。

阶梯波伏安法（SCV）：阶梯伏安法是一种衍生的线性扫描伏安法，在阶梯伏安法中，电位从初始电位扫描到终止电位是有一系列逐渐升高或降低的电势阶跃组成的，在每一个电压增加时进行电流采样，并以电流～电位的函数形式记录下来其伏安特性曲线。

Tafel图（TAFEL）：实现Tafel极化和线性极化等多种测量,具有分段扫描和循环极化（回扫曲线）测试功能，扫描过程可在电流达到某一特定值后停止或反向，这种工作方式用于钝性材料的点蚀破裂电位Eb和保护电位Ep的确定，还可保护工作电极免受大电流破坏。

计时电流法（CA）：一种研究电极过程动力学的电化学方法。在电解池上突然施加一个恒电位，足够使溶液中某种电活性物质（或称去极剂）发生氧化或还原反应，记录电流与时间的变化，得到电流-时间曲线。计时电流法常用于电化学研究。

计时电量法（CC）：用来研究电极表面吸附现象，并定量地测定电活性物质（或称去极剂）或表面活性物质在电极表面吸附量的电化学分析法。该方法对电极施加一个恒定的电位，检测在电解池线路中流过的电量，并绘制电量与时间的曲线。

差分脉冲伏安法（DPV）：在线性扫描波形上，叠加一振幅恒定和脉宽固定（5～100mS）的连续脉冲，扫描过程中，基电位从初始电位扫描到终止电位。在电位脉冲开始之前和结束时进行电流采样。将这两个采样电流的差值对电位作图，即为DPV曲线，主要用于电化学分析，减少因杂质氧化还原反应导致的背景电流，具有更好的检测灵敏度和更低的检测极限。

常规脉冲伏安法（NPV）：在恒定预置电压Ei的基础上，叠加一振幅随时间增加的方波脉冲电压，测量脉冲电压后期法拉第电流的方法，称为常规脉冲伏安法。测量过程中，在电压脉冲结束时进行电流采样，并实时记录电流～电位伏安曲线。主要用于电化学分析，与断续极谱法相比，具有更大的法拉第电流和基本相同的双电层充电电容，具有更好的检测灵敏度和更低的检测极限。

差分常规脉冲伏安法（DNPV）：DNPV扫描的基本电位保持在初始电位，采用一系列叠加的电位脉冲做外信号源，信号中第一个阶梯电位是常规的，设为初始电位，此时没有电化学反应发生。第二个阶梯每次循环都增加，第一次电流采样在一个周期的后段进行，第三个阶段的电位也像第二个阶段那个增加，但会更正（对于正向扫描），或变得更负（对于反向扫描），第二次电流采样在第二电位脉冲结束时进行。两次电流差值做为第二脉冲电位值的函数绘图。

方波伏安法（SWV）：基线电位以阶梯形式逐渐从初始电位扫到终止电位。并叠加一方波电压，基本电压在每一个方波循环后增大。在正向和反向的阶梯结束时进行电流采样，并将两次采样电流的差值对电压作图。SWV比DPV能更有效地抑制背景电流，更高的灵敏度，更快的扫描速率，可应用于更广泛的电极材料和体系研究。

交流（含相敏）伏安法（ACV）：一种叠加交流信号的伏安法。即在工作电极上施加一个随时间慢扫描的直流电势Edc，并叠加峰-峰值为5～10mV的正弦波成分Eac。测量电流的交流成分的幅值和相对于Eac的相角，得到相应的交流伏安图。其电流峰与溶液中电活性物质的浓度成正比，由于无充电电流的干扰，浓度测量精度可达10-7mol/L的数量级。该法也常用于测量电极反应的动力学参数和研究反应机理。

电流-时间曲线（I-t）：将一个恒定极化电位施加到工作电极与参比电极之间，同时监测极化电流随时间的变化关系。可用于恒电位极化，以及电池的恒电位充放电，恒电位电沉积和电解等等；对于局部腐蚀恒电位极化，为了保护缝隙腐蚀或点蚀不过度发展，软件中可指定当极化电流达到设定阀值后，自动断开极化；对用于电池充放电的恒电位法，为了保护电池不止损坏，软件中可指定当充放电电量Q达到设定阀值后，自动断开充放电过程。

差分脉冲电流检测（DPA）：在差分脉冲电流检测中，首先在电极上施加一个清洗电位，在清洗阶段结束之后，在电极上施加两个电位脉冲，并在每个脉冲的结束阶段进行采样。在实验过程中，可以观察到两个脉冲电流，电流脉冲差值作为时间的函数即为DPA。这是一种高灵敏度检测技术，可以消除“背景电流”带来的影响。

双差分脉冲电流检测（DDPA）：双差分脉冲电流检测方法是2个差分脉冲电流检测方法的组合，由2个差分脉冲电流检测方法依次交替工作，其采样方式与DPA相同，最后得出的采样结果是两段差分脉冲电流检测值。

多电位阶跃方法（STEP）：多电位阶跃方法可以有多到12个独立的极化电位设置点，测量电流与时间的关系曲线。极化从'初始电位'开始，并在相应的'保持时间'内维持该电位不变，然后立即跳到'中间电位1'，同样在一段时间维持电位不变。依此规律，电位再从'中间电位1'跃至'中间电位2'和'终止电位'. 如果将保持时间设置为零,则该电位设置点将被跳过,直接进入下一段。用于复杂波形的产生，多电位沉积合金，金属氧化物薄膜的制备，以及其它电化学氧化或还原反应。

交流阻抗测量（IMP）：电化学阻抗～频率扫描是在某一直流极化条件下，研究电化学系统的交流阻抗随频率的变化关系，一般在交流幅值较小时可采用线性元件组成的等效电路进行阻抗谱的解析，该方法是一种准稳态方法，相对于常规的电化学方法，EIS可以得到更多动力学和电极界面结构的信息，包括扩散动力学参数计算，粒子的吸脱附过程研究，溶液电阻Rs、双电层电容Cdl、电荷传递电阻Rct等的计算。应用：EIS的应用非常广泛，如固体材料表面表征，金属腐蚀机理，缓蚀剂，金属电沉积，在生物体系研究以及化学电源研究中的应用等，对于电池的电极进行测试时，可以得到电极内各组成部分对电极性能影响。

交流阻抗-时间测量（IMPT）：电化学阻抗～时间扫描基本原理与电化学阻抗～频率扫描相同。两者的区别在于：实验过程中，阻抗～频率扫描由起始频率逐渐的向终止频率扫描，施加在电极上的交流信号的频率是变化的，而在阻抗～时间扫描中，交流信号的频率是固定的，得到实验结果是在设定频率下电化学系统的阻抗随时间的变化关系。

交流阻抗-电位测量（IMPE）：电化学阻抗～电位扫描基本原理与电化学阻抗～时间扫描相同。两者的区别在于：实验过程中，阻抗～时间扫描方法施加在电化学系统上的直流电位是固定的，而在阻抗～电位扫描中，施加在电极上的直流电位是线性变化的，由起始电位向终止电位以设定的速度进行变化，得到实验结果是在设定频率下电化学系统的阻抗随电位的变化关系。可用于微分电容曲线的测量。

计时电位法（CP）：计时电位法提供对多种充电电池（镍氢电池，锂离子电池等）的性能测试，充放电过程的检测等功能。该方法能自动循环进行充放电测试，以一次完整的充电及放电过程为一次循环。在电池充电中，首先使用恒电流对电池进行第一阶段的充电，在电池达到指定的电压之后，仪器转变为恒电位充电状态，充电电流逐渐减小，直至达到设定的电流界限，然后再进行电池的放电，放电阶段中，以恒电流放电，当电池电压下降到设定值时，自动停止放电，进行下一轮的充放电循环。得到的实验结果是电池在整个充放电过程中的电压，充放电电流，充放电电量随时间的变化曲线。

多电流阶跃法(ISTEP)：波形模式如“多电位阶跃法”，但控制量是电流，测量的参数为电位变化，操作同上。用于复杂波形的产生，恒电流模式下的多金属沉积，金属氧化物薄膜的制备，以及其它电化学氧化或还原反应。

电位溶出分析（PSA）：溶出分析是一种痕量分析方法，它利用整体电解步骤（预电解）把物质由溶液预富集到汞电极的一个小体积中（悬汞滴或者汞膜）或到电极表面上去。然后再用线性扫描伏安法把物质从电极中溶解出来。如果在预电解步骤时的条件维持恒定，溶液的耗尽电解是不必要的，用准确的标定或固定电解时间测定的伏安响应可以用来求出溶液的浓度。该方法特别使用与分析浓度低到1E-10到1E-11 mol/L的金属离子。

电化学噪声测量(ECN)：在无人为扰动条件下监测噪声电位和噪声电流(基于ZRA测量)随时间的变化关系，监测时间长度可以按需要设定。电化学噪声是一种较新的测量方法，用于无扰条件下测量亚稳态和稳态点蚀、裂纹的诱导、生长和死亡过程，可计算统计噪声电阻Rs和谱噪声电阻Rsn(f), 以及点蚀指数LI，广泛用于局部腐蚀的监测和机理研究。

开路电压-时间曲线（OCPT）：开路电位随时间的变化曲线，以判断测试体系是否达到了稳定状态，该方法可以用于电化学体系的半电池电位的测量，比如腐蚀体系的自腐蚀电位，电池的开路电位和氧化还原电位等。

   

注意事项：

1.测试过程中不应出现电流overflow现象，当软件显示电流过大时应该停止实验，关闭仪器，检测电极之间是否有短路现象；

2.严禁将溶液等放在仪器上方，以防将溶液溅入仪器内部导致主板毁损；

3.仪器应该避免强烈震动或撞击；

4.仪器如果出现故障，请联系工程师或者仪器管理员。