27、电化学传感器与恒电位仪技术解析

电化学传感器与恒电位仪技术解析

1. 电化学传感器基础

在电化学领域，传感器的选择至关重要，不同类型的传感器适用于不同的测量场景。
- 能斯特方程与电位型传感器 ：能斯特方程表明，其与感兴趣的化学物质浓度的对数成正比。电位型传感器在感兴趣的化学物质浓度变化跨越几个数量级时非常有用，例如在pH测量中。
- 电导型传感器 ：通过交流桥法测量电池的电导。在这类传感器中，关注的是溶液阻抗的电阻分量，且传感在一个固定频率下进行。

2. 两电极与三电极测量系统

在伏安法实验中，需要向电化学电池施加外部电位并测量通过电池的电流。然而，两电极系统存在一些问题：
- 两电极系统的问题 ：电池溶液部分存在电阻，电流通过时会产生电位降；电流通过参比电极时，电极会轻微极化，导致界面电位差变化；参比电极因电流流动会消耗材料。
- 三电极系统的优势 ：引入新电极（辅助或对电极）实现更好的电位控制。工作电极的电位相对于参比电极进行控制，电流由对电极注入电化学电池。实现三电极系统需要恒电位仪，它通过负反馈回路控制工作电极和参比电极之间的电位差。

下面是三电极系统的简要流程：

graph LR
    A[施加外部电位] --> B[恒电位仪控制电位差]
    B --> C[对电极注入电流]
    C --> D[测量工作电极电流]

3. 恒电位仪的功能与