电化学分析仪器设计与应用

1 电化学分析仪器的发展历史 1
1.1 电化学的历史—理论的探索 2
1.1.1 Galvani和Volta的发现 2
1.1.2 Faraday和Nernst的理论贡献 4
1.1.3 早期电化学分析技术 6
1.2 电分析技术—仪器技术和材料学 9
1.2.1 仪器技术 9
1.2.2 电分析方法与电极材料 12
1.3 电分析技术的发展—跨界的趋势 18
1.3.1 电化学的边界 18
1.3.2 化学的边界 20
参考文献 24

2 电化学分析基本概念和技术方法 26
2.1 电化学和电化学分析的基础概念 27
2.2 电化学分析方法概述 28
2.2.1 控制电势扫描技术方法 29
2.2.2 控制电势阶跃技术方法 32
2.2.3 脉冲测量技术方法 34
2.2.4 控制电流技术 39
2.2.5 交流阻抗技术方法 40
2.2.6 针对电化学腐蚀、电池和超级电容器的技术方法 44
参考文献 47

3 电化学分析仪器电路原理及设计方法 49
3.1 运算放大器 51
3.1.1 理想运放的性质 51
3.1.2 非理想运放的性质 52
3.2 运算放大器基本电路 52
3.2.1 加法器 53
3.2.2 减法器 54
3.2.3 积分器 55
3.2.4 微分器 56
3.2.5 电压跟随器 56
3.2.6 电流-电压变换器 56
3.3 恒电位仪 57
3.3.1 基本原理 57
3.3.2 加法式恒电位仪 58
3.3.3 改进的加法式恒电位仪 59
3.3.4 压控电流源型恒电位仪 60
3.3.5 全差分型恒电位仪 61
3.3.6 双恒电位仪 62
3.4 恒电流仪 63
3.5 波形控制与数据采集 65
3.5.1 波形控制 65
3.5.2 数据采集 68
3.6 滤波器设计 71
3.6.1 低通滤波器主要技术指标 72
3.6.2 有源低通滤波器设计 73
3.6.3 滤波器设计步骤 76
3.7 IR补偿 76
3.7.1 电路原理 77
3.7.2 电阻自动测量测试 78
3.8 电化学阻抗测量及电路设计 78
3.8.1 电解池的等效电路 78
3.8.2 交流阻抗测量方法 80
参考文献 83

4 电化学分析仪器应用软件设计 85
4.1 电化学分析仪器应用软件的发展 86
4.2 电化学分析仪器的需求分析与功能设计 88
4.2.1 实验模块 90
4.2.2 数据存储 91
4.2.3 数据后处理 92
4.2.4 显示与绘图 97
4.3 电化学分析仪器应用软件的结构和设计方式 97
4.3.1 上位机与下位机通信方案 97
4.3.2 数据流——管道结构设计 98
4.3.3 面向对象结构设计与设计模式 100
4.3.4 软件产品线与DSL——基于领域定义语言的结构设计 104
参考文献 114

5 电化学分析仪器的微型化 116
5.1 电化学分析仪器的微型化趋势 117
5.2 嵌入式系统简介 118
5.2.1 嵌入式系统的含义及发展趋势 118
5.2.2 嵌入式ARM微处理器 120
5.2.3 常见的嵌入式操作系统 122
5.3 嵌入式图形用户界面设计 127
5.3.1 嵌入式图形用户界面设计简介 127
5.3.2 MiniGUI图形界面开发介绍 128
5.3.3 QT/Embedded图形界面开发介绍 128
5.3.4 μC/GUI图形界面开发介绍 129
5.4 微型化的恒电位仪电路设计 130
5.4.1 恒电位仪的结构与工作原理 130
5.4.2 恒电位仪电路的设计与简化 131
5.5 便携式检测设备电源管理系统简介 134
5.5.1 电源管理系统简介 134
5.5.2 电源管理芯片的发展趋势 135
5.6 短距离无线通信方式简介 136
5.6.1 ZigBee技术介绍 137
5.6.2 蓝牙技术介绍 138
5.6.3 Wi-Fi技术介绍 139
5.7 微型电化学检测仪器的基本原理与设计 140
5.7.1 安培式电化学仪器 141
5.7.2 电位式电化学仪器 144
5.7.3 阻抗式电化学仪器 147
5.7.4 电容式电化学仪器 153
参考文献 156

6 电化学分析仪器联用技术 159
6.1 电化学分析仪器联用技术概述 160
6.2 电化学与光谱仪器的联用 161
6.2.1 光谱电化学概述 161
6.2.2 紫外-可见吸收光谱 163
6.2.3 红外光谱 167
6.2.4 拉曼光谱 171
6.3 电化学与等离子体共振检测技术的联用 174
6.3.1 表面等离子体共振检测技术简介 174
6.3.2 电化学与表面等离子体共振检测技术联用原理 177
6.3.3 电化学与表面等离子体共振检测技术联用仪器结构 179
6.3.4 电化学与表面等离子体共振检测技术联用应用举例 182
6.4 电化学与扫描探针技术的联用 186
6.4.1 扫描探针技术简介 186
6.4.2 扫描电化学显微镜结构和工作原理 188
6.4.3 扫描电化学显微镜应用 194
6.5 电化学与石英晶体微天平的联用 198
6.5.1 石英晶体微天平技术简介 198
6.5.2 石英晶体特征 200
6.5.3 石英晶体微天平仪器简介 205
6.5.4 石英晶体微天平测量原理与仪器结构 208
6.5.5 电化学石英晶体微天平联用原理 214
6.5.6 电化学与石英晶体微天平总体结构 216
6.5.7 电化学与石英晶体微天平联用技术的应用 217
参考文献 220

索引 231