chronocoulometry是什么意思，chronocoulometry的意思翻译、用法、同义词、例句

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专业解析

Chronocoulometry（计时库仑法） 是一种重要的电化学分析技术，主要用于研究电极表面发生的电化学反应过程及其动力学参数。其核心原理是通过施加一个电位阶跃（Potential Step）到工作电极，并精确测量随时间累积的电荷量（Q），而非直接测量电流（i）。这与计时电流法（Chronoamperometry）形成对比，后者测量的是电流随时间的变化。

详细解释与核心原理：

1. 电位阶跃与电荷累积： 实验开始时，工作电极的电位从一个初始值（通常是没有显著法拉第电流通过的电位）瞬间阶跃到另一个电位值（例如，使目标物质发生氧化或还原反应的电位）。在这个新的电位下，电极表面会发生电化学反应（法拉第过程）和/或双电层充电过程（非法拉第过程）。计时库仑法记录的是从阶跃开始后，流过电极的总电荷量 Q 随时间 t 的变化关系，即 Q-t 曲线。

   • 电荷量 Q 与电流 i 的关系是积分关系：$ Q = int_{0}^{t} i(tau)dtau $。这意味着计时库仑法测量的是电流对时间的积分。

2. 区分双电层充电与法拉第反应： 这是计时库仑法的一个关键优势。当电位阶跃发生时，首先发生的是双电层充电过程（非法拉第过程），这个过程非常快（通常在毫秒级），产生的电荷量称为双电层电荷 $Q_{dl}$。随后，如果电位阶跃到足以引发电极反应，法拉第反应开始发生，产生法拉第电荷 $Qf$。因此，总电荷 Q 可以表示为： $$ Q = Q{dl} + Qf $$ 通过分析 Q-t 曲线的形状，特别是其在初始快速上升（对应 $Q{dl}$）之后的线性部分（对应扩散控制的法拉第反应），可以分别研究这两个过程。

3. 扩散控制反应的分析： 对于受扩散控制的电化学反应（这是最常见的情况），计时库仑法得到的 Q-t 曲线在双电层充电完成后，会呈现线性关系。该线性部分的斜率与反应物的本体浓度成正比，其截距则包含双电层充电信息以及任何吸附物种贡献的信息。对于平面电极上的扩散控制反应，其 Q-t 关系由 Anson 方程描述： $$ Qf = frac{2nFAD^{1/2}C}{pi^{1/2}} t^{1/2} + Q{dl} + Q_{ads} $$ 其中：

   • $Q_f$：法拉第电荷量（C）
   • $n$：电极反应转移的电子数
   • $F$：法拉第常数（96485 C/mol）
   • $A$：电极面积（cm²）
   • $D$：反应物的扩散系数（cm²/s）
   • $C$：反应物的本体浓度（mol/cm³）
   • $t$：时间（s）
   • $Q_{dl}$：双电层电荷量（C）
   • $Q_{ads}$：电极表面吸附物种贡献的电荷量（C，如果存在吸附）

   通过绘制 $Q$ 对 $t^{1/2}$ 的图，通常会得到一条直线。该直线的斜率 $K$ 为： $$ K = frac{2nFAD^{1/2}C}{pi^{1/2}} $$ 如果已知 $n, A, D$（或 $C$），就可以求出 $C$（或 $D$）。直线的截距则为 $Q{dl} + Q{ads}$。

主要应用：

• 研究吸附现象： 由于 $Q_{ads}$ 包含在截距中，计时库仑法是定量研究电活性物质在电极表面吸附量的强有力工具。通过比较不同浓度或不同电位下的截距变化，可以获取吸附等温线和吸附量信息。这在生物传感（如DNA杂交）、电催化（催化剂表面吸附中间体）等领域尤为重要。
• 测定扩散系数和浓度： 如上所述，通过斜率分析可以测定反应物的扩散系数 $D$ 或浓度 $C$。
• 研究电极过程动力学： 虽然主要适用于扩散控制过程，但在特定条件下也可用于研究涉及前置化学反应或后续化学反应的复杂电极过程。
• 双电层研究： 可以用于估算电极的双电层电容。
• 定量分析： 在已知相关参数的情况下，可用于定量分析特定电活性物质的浓度。

优点：

• 降低背景电流影响： 积分过程有助于降低背景电流和噪声的影响，提高信噪比。
• 直接测量电荷： 对于涉及吸附或需要精确电荷量的研究（如计算电子转移数或吸附量）非常直接和方便。
• 区分非法拉第和法拉第过程： 能够相对清晰地分离双电层充电和法拉第反应的贡献。

注意事项：

• 实验通常需要在静止溶液中进行，以确保扩散是传质的主要方式。
• 需要精确控制电位阶跃的上升时间。
• 溶液需要充分除氧，以避免氧气还原等副反应的干扰。
• 数据分析需要选择合适的模型（如Anson方程）。

权威性参考来源：

• Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd ed.; John Wiley & Sons: New York, 2001. (经典电化学教材，详细阐述计时库仑法原理、方程推导和应用实例。章节：Chapter 5, Section 5.9 及 Chapter 14 关于吸附部分)
• Anson, F. C. Anal. Chem. 1966, 38 (1), 54–57. (Anson方程原始文献，奠定了计时库仑法处理扩散控制反应的理论基础)
• Wang, J. Analytical Electrochemistry, 3rd ed.; Wiley-VCH: Hoboken, NJ, 2006. (侧重分析应用的电化学教材，包含计时库仑法在生物传感器等领域的应用介绍)
• Scholz, F., Ed. Electroanalytical Methods: Guide to Experiments and Applications, 2nd ed.; Springer: Berlin, Heidelberg, 2010. (实验方法指南，包含计时库仑法的实验设置和数据分析要点)
• 期刊 Analytical Chemistry 和 Journal of Electroanalytical Chemistry：定期发表应用计时库仑法进行吸附研究、生物传感、材料表征等方面的最新研究论文。

网络扩展资料

Chronocoulometry（计时库仑分析法）是一种电化学测量技术，主要用于研究电极表面反应过程中电荷量随时间的变化。以下是详细解释：

1.基本定义

• 核心概念：该词由“chrono-”（时间）和“coulometry”（库仑分析法）组合而成，字面含义为“基于时间测量的库仑分析”。其核心是通过记录电荷量（Q）与时间（t）的关系，分析电活性物质的扩散、吸附等动力学过程。

2.技术特点

• 应用场景：常用于测定电极反应中的扩散系数、吸附量等参数。例如，在生物传感器中用于检测DNA或蛋白质的吸附行为。
• 实验方法：通常采用恒电位阶跃法，通过施加阶跃电压并监测电流积分得到的电荷量随时间变化曲线。

3.扩展类型

• 对流计时库仑分析法（Convective Chronocoulometry）：在传统方法中引入对流条件（如旋转圆盘电极），以增强传质效率。

4.与其他技术的关联

• 区别于计时电位法（Chronopotentiometry，控制电流测电位），而计时库仑分析法侧重于电荷量的时间依赖性。

如果需要进一步了解实验公式或具体应用案例，可参考电化学教材或专业文献。

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