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电化学工作站使用说明

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电化学工作站使用说明

频段:在电化学阻抗谱中,以对数方式描述频率变化可使阻抗谱显得紧凑而不失特征。在对数坐标系中,人们更习惯于以10为底。鉴于此,在RST电化学工作站中,将频率变化10倍的频率范围称为一个频段。例如:将1Hz~10Hz的频率范围称为频段6;将10Hz~100Hz的频率范围称为频段7,等等。在每个频段中,可包含1~24个频点,依操作者设置而定。一般地,需要着重关注的频段可多设置一些频点;运行时间太长的频段可少设置一些频点。

频点:电化学阻抗是频率的函数(例如:在幅频特性和相频特性中频率是自变量;在阻抗复平面和导纳复平面中频率是参变量)。为了较全面地表述电化学体系的阻抗特征,我们需要在较宽的频率范围内对其进行测量,一般需要几十个频率。在RST电化学工作站中,将这种离散的测量频率称为频点。经过测量,每一个频点将获得一组测量值。 周波:在RST电化学工作站中,将正弦波持续一个完整周期(相位变化量=2p)所形成的波形成为周波。在交流信号的稳态测量中,测量时间越长,信噪比越高。因此,将某个频点的周波数设得多一些,该频点的测量数据就会更精确一些,当然,相应的测量时间将变得长一些。

起始频率、终止频率:在电化学阻抗谱测量过程中,我们将第一个测量频率称为起始频率;将最后一个测量频率称为终止频率。小技巧:由于频率较高的频点所需的测量时间较短,因此,如将起始频率设成高频,将终止频率设成低频,则在测量过程中可较早地看到阻抗谱的全貌。

运行时间:运行时间与起始频率、终止频率、频点数量、每个频点的周波数等参数的设置息息相关。在RST5000F系列电化学工作站的软件中,当改变上述参数时,运行时间将立即计算得到,便于操作者权衡。

偏置电位

在RST电化学工作站中,对电解池中的工作电极所加的直流电位(相对于参比电极)称为偏置电位。

在电子学中,为了便于信号分析,常把交直流混合信号看成是由一个交流信号和一个直流信号叠加组成的。从时间波形上看,直流信号可使交流波形向上或向下偏移,从而称其为偏置信号。如以电位(电压)形式表述,则称为偏置电位(电压)。

大多数电化学阻抗的测量是在开路电位条件下进行的。此时,外电路电流为零,工作电极上没有超电势。当给工作电极加的交流信号足够小时,如2mV~10mV,通常认为这种平衡状态不会遭到破坏。请注意,此时加到工作电极上的偏置电位应是其开路电位。由于电化学系统的开路电位很难用理论公式精确计算,需要实测得到。因此,在进行电化学阻抗谱测量之前,我们要先测得电极系统处于稳态时的开路电位,并将该值填入偏置电位输入框中。

如果需要在极化条件下测量电化学阻抗谱,则:偏置电位 = 开路电位 + 超电势。

交流振幅

正弦交流激励信号的幅度。从不破坏电化学体系状态以及减小非线性失真的角度考虑,交流振幅越小越好;从电子测量所需的信噪比角度考虑,交流振幅越大越好。人们认为2mV~10mV比较合适,其实这是一种折中。在RST电化学工作站中,2mV~10mV的幅度通常不会破坏电化学系统的原有状态,而且,正弦锁相放大器及正弦相关检测器中可以将常见的电化学噪声和环境噪声抑制掉。

电流量程

在电化学阻抗谱测量过程中,随着测量频率的大范围改变,电极系统的阻抗数值变化很大,通常可达好几个数量级。在RST电化学工作站中,有自动量程供选择。一般我们可选择自动量程。只有当频率范围较小并且已经知道响应信号的幅度时,才可用固定电流量程。

高阻电压传感器

属有源传感器,其输入级为高阻抗电压跟随器,一般要求其输入阻抗达到1E10欧姆以上。而普通电压表的阻抗通常为1E6欧姆左右。在应用上,对于阻抗极高的被测电路,例如:玻璃参比电极、处于低湿度状态的混凝土(电解质)、超微电极等,只有采用高阻电压传感器才能准确测定其开路电位。

在RST5000系列电化学工作站中,高阻电压传感器的输入阻抗高达5E12欧姆,并且可满足交流阻抗法的高频需求以及+/-12.8V的扫描范围。

零阻电流传感器

属有源传感器,它通过运放的负反馈作用使电流流过传感器形成的电压降趋于零。对

被测电路而言,零阻电流传感器相当于短路。在应用上,对于低电压低阻抗的被测电路,例如:浓差电偶腐蚀电流、强电解质的溶液电阻等,只有采用零阻电流传感器才能精确测定。

一般地,低频零阻电流传感器易于实现。当工作频率较高时,器件的高频特性将明显制约零阻电流传感器的性能。通过特别设计,RST5000系列电化学工作站的零阻电流传感器能够在10Msps下稳定工作。从而,确保了交流阻抗法中的幅度及相位的精确测定。

电化学阻抗谱测量的特殊性

就测量原理而言,在电化学中测量电极体系的阻抗谱与在电子学中测量电子部件的阻抗谱并没有本质区别。通常,我们希望获得电极体系处于某一状态时的电化学阻抗谱。而维持电极体系的状态,须使电极电位保持不变。通常认为,电极电位变化50mV以上将会破坏现有的状态。因此,在电化学阻抗谱测量中,必须注意两个关键点,即:偏置电位和正弦交流信号幅度。

偏置电位:视研究状态不同而异。在很多情况下,我们是为了获取工作电极电流为零时的电化学阻抗谱,这时,应先测定其开路电位,并使偏置电位=开路电位。如果为了获得阳极钝化状态下的电化学阻抗谱,应使偏置电位=阳极钝化电位。如果为了获得阳极腐蚀状态下的电化学阻抗谱,应使偏置电位=阳极腐蚀电位。如果为了获得阴极保护状态下的电化学阻抗谱,应使偏置电位=阴极保护电位。RST5200电化学工作站的偏置电位范围为+/-12.8V,可以很好地满足偏置需求。 正弦交流信号的幅度:为了避免对电化学电极体系产生大的影响以及希望其具有较好的线性响应,正弦交流信号的幅度通常可设在2~20mV之间。

自动去偏

在电化学阻抗谱测量过程中,由于偏置电位不一定等于开路电位以及少量的非线性作用,在工作电极电流中还会含有直流成分。去除这个直流成分(偏流),可扩大交流信号的动态范围、提高信噪比。

RST5200电化学工作站,可在测量过程中动态地调整去偏电流,使获得的阻抗谱数据更精准。另外,在软件界面的状态栏中,可实时显示工作电极的极化电流,供操作者参考。

半电池

一个电池由两个电极及夹于其间的电解质组成。为了研究其中一个电极的电化学特征,可把这个电极及其紧邻的电解质部分看成是电池的一半,即半电池。

半电池电势(半电池电位)

也称电池单电极电势(电池单电极电位)。电极与电解质之间因存在电化学反应而产生相间电势差。单个电极电势的绝对值到目前为止无法直接测定,但我们可以测定该电极相对于某一参比电极的电势差。通过该电势差可以求得该电极的电极电势,条件是参比电极的电势是已知的。

如果将一个电极和标准氢电极组成电池,则所测得的电池电势即为该电极的电极电视。显然,这是将标准氢电极作为参比电极,而标准氢电极的平衡电势已被定义为零。如果使用其他参比电极,则还应加上这种参比电极相对于标准氢电极的电势差。

在实践中,研究某个电极的电极电势(相对于标准氢电极),也就相当于研究该电极

的电池电势。

模数转换器(ADC)

将模拟信号转变为数字信号的电子元件。在电化学仪器中,主要关心的指标有分辨率、转换速率、线性度等。在RST系列电化学工作站使用的模数转换器有:24bit ADC,实现超高精度信号的转换;18bit/600ksps ADC,实现高速高精度信号的转换;14bit/10Msps ADC,实现超高速信号的转换。

数模转换器(DAC)

将数字信号转变为模拟信号的电子元件。在电化学仪器中,DAC主要用于各种激励信号的产生,主要关心的指标有分辨率、转换速率、线性度、零点漂移等。在RST系列电化学工作站中使用的数模转换器有:18bitDAC,实现高精度恒电位、恒电流信号的产生;16bit/5Msps并行DAC,实现高速交流波形及高速扫描信号的产生;16bit串行 DAC,实现偏置信号、去偏信号的产生。

电化学工作站使用说明

电化学工作站使用说明频段:在电化学阻抗谱中,以对数方式描述频率变化可使阻抗谱显得紧凑而不失特征。在对数坐标系中,人们更习惯于以10为底。鉴于此,在RST电化学工作站中,将频率变化10倍的频率范围称为一个频段。例如:将1Hz~10Hz的频率范围称为频段6;将10Hz~100Hz的频率范围称为频段7,等等。在每个频段中,可包含1~24个频点,依操作者设置而定。一般地,需
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