介紹

Gamry Framework?軟件中可用的許多電化學技術(shù)，包括方波伏安法，一種脈沖伏安法。本應(yīng)用報告介紹什么是方波伏安法以及所涉及的參數(shù)。

方波伏安法背后的理論

我們從施加一系列階梯電位信號開始。階梯波形上還添加了一個方波，因此隨著電位在每一步中突然階躍，方波與該階躍疊加。在步驟的一半，方波改變極性。這種重復的階梯加方波信號產(chǎn)生出具有特點的電壓序列施加在樣品上，如圖1所示。

記錄對電極和工作電極之間的電流隨時間的變化。測量工作電極參比和參比電極之間的電壓。

圖1 方波伏安法中電壓如何隨時間變化的示意圖

一個方波周期和階躍的時間τ

方波周期和單步電壓階躍時間都需要時間τ。周期時間的倒數(shù)就是頻率1/τ。

掃速

掃速反過來取決于每步的時間，τ：

在掃描期間，在正向脈沖和反向脈沖結(jié)束時記錄電流，這意味著每個周期對其采樣兩次。脈沖結(jié)束時采樣可以避免涉及充電電流。

方波伏安實驗中使用的頻率f通常約為1至125Hz。如此高的f意味著方波伏安法比其他脈沖實驗快得多。

實驗參數(shù)設(shè)置

以下是Gamry Framework?軟件提供的參數(shù)設(shè)置窗口示例：

圖2 Gamry Framework?方波脈沖設(shè)置頁面。采用模式有3中選擇，包含Surface模式

Surface模式

在數(shù)字掃描中，標準慣例是在每個步驟的ZH獲取一個數(shù)據(jù)點。Gamry將此方法稱為Fast模式。這種采樣方法可以區(qū)分任何電容性電流或表面結(jié)合反應(yīng)。在階躍初始時任何由電容充電產(chǎn)生或僅限電極表面法拉第電流都會衰減，不會影響測試電流。

另一種采樣模式是Noise Reject，也就是每個階躍后20%的平均值。與Fast模式相比，Noise Reject提高了信噪比。同時仍主要捕獲的是擴散過程的電流。

對于Surface模式，Gamry采用獨特的采樣模式來消除階躍和斜坡之間的差異。在Surface模式下，對整個階躍過程都進行數(shù)據(jù)采集，然后取平均值。這樣可以捕獲電容充電電流和表面發(fā)生反應(yīng)的法拉第電流。。其他電化學工作站生產(chǎn)商均未提供Surface模式。

對于涉及表面反應(yīng)的方波伏安測量，我們建議在掃描過程中選用Surface模式。

繪圖

軟件將兩個電流值相減，得到的差值（Idiff）與掃描電位（Vstep）繪制成圖。結(jié)果是該方法給出了由法拉第過程引起的峰值。峰高于該物質(zhì)的濃度直接相關(guān)。

舉例

緩沖溶液中的鎘

我們以測量溶解在醋酸鹽緩沖溶液中的Cd²⁺（6ppm）為例。用Gamry電化學工作站以τ = 0.1 s（也就是10Hz頻率）進行方波伏安法測試。整個測試僅需6.1s（0.1s采點61個）。數(shù)據(jù)以Idiff（正向和方向電流之差）與Vstep的關(guān)系表示在圖3中。

圖3 6ppm的Cd²⁺在醋酸鹽緩沖溶液中的方波伏安圖，τ = 0.1 s

如果我們改變Cd²⁺濃度，則峰高與[Cd²⁺]成正比。在溶液中添加另一種離子（比如Pb²⁺），曲線則會在其他電位上出現(xiàn)第二個峰。

痕量銅的定量測試

此例中，用方波伏安法測試了酸性水溶液中不同濃度（百萬分之幾范圍）銅離子以及空白實驗。這一系列實驗（參見表1）顯示了不同濃度銅離子如何與峰高直接相關(guān)。

圖4 不同濃度銅離子的方波伏安圖，灰線是空白實驗

表1 方波伏安法測定銅離子濃度及其相應(yīng)的峰高，R²=0.9755

三種采樣模式的比較

為了展示Gamry電化學工作站Surface模式的靈敏度，圖5展示了使用生物傳感器分別在三種采樣模式（Fast，Noise Reject和Surface）記錄的扣除背景的掃描曲線。

圖5 在生物傳感器上以三種采樣模式記錄的100Hz采樣頻率下的方波伏安曲線

藍線是Fast模式，紅線是Noise Reject模式，紫線是Surface模式

脈沖數(shù)顯表
我們的數(shù)顯表是單獨為了配套我們脈沖信號的拉線編碼器定制的，接收的信號就是脈沖信號，所以我們一般都叫脈沖數(shù)顯表。
但是脈沖信號又要分很多種信號，一般我們都知道推挽信號、長線驅(qū)動信號和集電極開路信號。
為了方便，我們的數(shù)顯表這些信號都是可以接收并且實時顯示的。
分辨率可以調(diào)，因為是六位顯示的，所以分辨率Z小可以調(diào)到0.00001，不過，估計很少有能用上的，畢竟前面還要顯示拉線編碼器的位移值，個位數(shù)量程的拉線編碼器用的畢竟還是少的，如果用上了，我們也是可以達到要求的。
小數(shù)點一般默認是2位，顯示的Z多數(shù)值就是9999.99，也就是兩位小數(shù)點的時候拉線編碼器的量程Z大只能到9999.99mm，再大就裝不下了，再大就超量程了，就顯示--Er--了，依此類推，你品，你細品。。。
脈沖數(shù)顯表的供電電壓也是可以選擇的，選型的時候要記得加上供電電壓的電壓值，比如脈沖數(shù)顯表型號：SX-XF01-P-DC24V,這就是一個完整的型號，如果只寫了SX-XF01-P那么我們就默認供電電壓是AC220V的了。
脈沖信號的拉線編碼，輸出的電纜數(shù)量都不一樣，我們的脈沖數(shù)顯表只接電源+、電源—、A、B,這4跟就夠了，一般拉線編碼器脈沖信號的電源+都是接DC24v的，長線驅(qū)動信號的編碼器記得要把電源+接到5v標志的地方。
脈沖數(shù)顯表還有一些其他的功能，比如繼電器、起始點變換、變送輸出一類的，這些功能也是有的，具體的要跟工作人員溝通或者去我們產(chǎn)品簡介里了解了。