介紹

動(dòng)電位掃和循環(huán)動(dòng)電位掃描是利用Gamry電化學(xué)工作站進(jìn)行的最常用的測(cè)試方法。這些研究通常用于研究表面腐蝕。本篇應(yīng)用報(bào)告介紹了這兩種實(shí)驗(yàn)方法。有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，請(qǐng)參考我們的應(yīng)用報(bào)告“電化學(xué)腐蝕測(cè)量入門(mén)”。ASTM G59標(biāo)準(zhǔn)討論了動(dòng)電位掃描，ASTM G61標(biāo)準(zhǔn)討論了循環(huán)動(dòng)電位掃描。

動(dòng)電位掃描方法

在這種類(lèi)型的掃描中，電壓驅(qū)動(dòng)陽(yáng)極或陰極的反應(yīng)。我們觀察到的是反應(yīng)速度（電流）的總體變化。也就是，恒電位儀記錄施加在測(cè)試體系上不斷增加的電壓產(chǎn)生的電流。在總的陽(yáng)極電流等于總的陰極電流時(shí)的電位就是開(kāi)路電位（Eoc）。（如圖一所示）

圖1 顯示總電流陰、陽(yáng)極枝的腐蝕過(guò)程

電位在一定范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，同時(shí)記錄電流。對(duì)于陽(yáng)極掃描，研究者常常從比較小的陰極極化范圍（略小于開(kāi)路電位）開(kāi)始掃描，對(duì)于陰極掃描，從比較小的陽(yáng)極極化范圍（略大于開(kāi)路電位）開(kāi)始掃描。

循環(huán)動(dòng)電位掃描方法

循環(huán)動(dòng)電位掃描類(lèi)似于動(dòng)電位掃描，只是多了一步：電壓在一定范圍掃描后，再反向掃描至初始電位。掃描過(guò)程中，由于發(fā)生反應(yīng)，電極表面很有可能改變，因此電壓反掃的數(shù)據(jù)不會(huì)與正向掃描重疊。

掃描參數(shù)

ASTM中建議掃描速率是0.1667mV/s。掃速過(guò)快通常會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，因?yàn)闃悠繁砻娌荒鼙３窒鄬?duì)穩(wěn)定。

數(shù)據(jù)

具有代表性的動(dòng)電位掃描結(jié)果如圖2所示。

圖2 430不銹鋼合金在1mol/L H₂SO₄中的動(dòng)電位掃描曲線

自變量（電位）繪制在縱軸上，因變量（電流）繪制在橫軸上。

這種對(duì)不銹鋼樣品在硫酸中的掃描可以解釋為：

圖3 圖2中用顏色表示的各種重要電壓，電流和區(qū)域

當(dāng)電壓從-550mV慢慢增加，電流在陰極區(qū)（紫色）下降至Ecorr最小處，然后在金屬發(fā)生氧化的活化區(qū)域（綠色）再次上升。在鈍化電位Epp時(shí)達(dá)到ZD值。電流在過(guò)渡區(qū)（黃色）再次下降，然后在鈍化區(qū)（粉色區(qū)）較低部分保持相對(duì)穩(wěn)定，電位高于600mV時(shí)，表面擊穿會(huì)導(dǎo)致樣品表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕或溶解。

注意Ecorr附近區(qū)域，該區(qū)域類(lèi)似圖1中的理想狀態(tài)。

Gamry電化學(xué)工作站足夠靈敏，能夠檢測(cè)到pA級(jí)以下的電流，如圖4所示。

圖4 使用Gamry Reference 600 +?在脫氣的海水中測(cè)得的奧氏體不銹鋼的低電流動(dòng)電位掃描曲線

圖4中，樣品本身沒(méi)有電化學(xué)活性，很可能只是水的氧化。

如前面所述，這些掃描的電化學(xué)變化會(huì)導(dǎo)致樣品表面yong久性破壞。循環(huán)動(dòng)電位掃描結(jié)果能顯示出這個(gè)特征。

圖5 沒(méi)有點(diǎn)蝕的循環(huán)動(dòng)電位掃描曲線

另一個(gè)循環(huán)極化圖（圖6）顯示了沒(méi)有再鈍化的點(diǎn)蝕：

圖6 沒(méi)有再鈍化的點(diǎn)蝕循環(huán)極化圖

另一個(gè)具有點(diǎn)蝕和再鈍化的循環(huán)極化圖：

圖7 具有點(diǎn)蝕和再鈍化過(guò)程的循環(huán)極化圖

結(jié)論

動(dòng)電位和循環(huán)動(dòng)電位掃描都可以用來(lái)闡述各種與腐蝕相關(guān)的現(xiàn)象。

蒸汽發(fā)生器循環(huán)嗎？

本文圍繞一個(gè)核心問(wèn)題展開(kāi)：在土壤氮循環(huán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，是否存在輻射源，以及輻射對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果與安全的影響。本篇將梳理常用監(jiān)測(cè)原理、器件類(lèi)型和應(yīng)用場(chǎng)景，幫助讀者判斷在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)選擇何種技術(shù)路徑。

土壤氮循環(huán)包含礦化、硝化、反硝化以及銨態(tài)、硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化與遷移。當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的主流手段以非放射性傳感技術(shù)為主：對(duì)土壤NO3-、NH4+、pH、含水量、溫度等參數(shù)的傳感與定量分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的離子色譜、比色法和質(zhì)譜方法，以及以穩(wěn)定同位素15N進(jìn)行示蹤的研究設(shè)計(jì)。這些方法具有數(shù)據(jù)可重復(fù)性強(qiáng)、成本可控、適合長(zhǎng)期觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，便于在田間管理和模型校準(zhǔn)中使用。

相比之下，放射性技術(shù)多出現(xiàn)在特定研究場(chǎng)景。用于土壤水分或結(jié)構(gòu)探測(cè)的中子探測(cè)儀通常包含放射源，需要嚴(yán)格的放射安全管理；而利用放射性同位素作為示蹤的研究方法（例如早期或控制條件下的放射性同位素追蹤）在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中并不普遍。對(duì)于氮循環(huán)而言，穩(wěn)定同位素（如15N）更常用來(lái)研究礦化速率、同化和損失通道，且非放射性。

在實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)中，建議優(yōu)先選用非放射性傳感器與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的組合。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)（NO3-, NH4+, pH, 水分、溫度）與遙感數(shù)據(jù)融合，再輔以15N示蹤的科研方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氮循環(huán)的高時(shí)空分辨率估計(jì)，并為肥料管理、減排目標(biāo)與產(chǎn)量預(yù)測(cè)提供支撐。

若項(xiàng)目涉及放射材料，需嚴(yán)格遵循本地法規(guī)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成人員培訓(xùn)、設(shè)備封裝、放射源運(yùn)輸和廢源處置等環(huán)節(jié)，確保安全、合規(guī)和環(huán)保。因此，土壤氮循環(huán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)以非放射性監(jiān)測(cè)為主，兼顧穩(wěn)定同位素示蹤與模型分析，輻射技術(shù)僅在嚴(yán)格監(jiān)管下的研究場(chǎng)景中使用，確保安全、合規(guī)與數(shù)據(jù)質(zhì)量。