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

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chronopotentiometry（计时电位法）是一种重要的电化学分析方法，其核心原理是通过控制流过工作电极的电流（恒定或阶跃变化），同时监测工作电极与参比电极之间的电势随时间的变化关系。这种方法主要用于研究电极过程的动力学、测定反应物的浓度或扩散系数、以及表征电极表面性质。

其详细含义和工作机制可分解如下：

1. 基本原理与控制参数：

   • 与伏安法（控制电势，测量电流变化）相反，计时电位法主动控制电流（作为自变量），被动测量电势（作为因变量）随时间（chrono-）的演变（-potentiometry）。
   • 施加的电流通常是一个恒定的阶跃电流（即电流从零或某一基线值瞬间跃升至一个固定值 I 并保持恒定），或者在更复杂的实验中可以是随时间变化的电流程序。
   • 当恒定电流施加到工作电极上时，电极表面会发生氧化或还原反应。反应物在电极表面被消耗，需要依靠溶液中的反应物扩散到电极表面来补充。随着电解的进行，电极表面反应物的浓度会逐渐降低。

2. 电势变化的根源 - 能斯特方程与扩散控制：

   • 电极电势（E）由能斯特方程决定，该方程表明电势与电极表面反应物和生成物的浓度比的对数相关。在恒电流条件下，由于电极表面反应物浓度随时间不断下降（或生成物浓度上升），为了维持恒定的电流（即恒定的反应速率），电极电势必须发生相应的偏移来驱动反应。
   • 在完全由扩散控制的条件下（即反应速率完全由反应物从本体溶液扩散到电极表面的速度决定），电势随时间的变化（E-t 曲线）具有特定的数学形式。对于平面电极上的可逆电极反应，施加恒定电流后，电势 E 与时间 t 的关系满足以下方程： $$ E = E{1/2} + frac{RT}{nF} ln left( frac{tau^{1/2} - t^{1/2}}{t^{1/2}} right) $$ 其中，$E{1/2}$ 是半波电位，$R$ 是气体常数，$T$ 是绝对温度，$n$ 是电子转移数，$F$ 是法拉第常数，$tau$ 是过渡时间。
   • 过渡时间（$tau$）：这是计时电位法中最关键的参数。它定义为从施加电流阶跃开始，到电极电势发生急剧变化（通常对应于电极表面反应物浓度降至零，或发生另一个新的电极反应）所经历的时间。在扩散控制的理想情况下，$tau$ 与反应物浓度（$C{bulk}$）、扩散系数（$D$）和施加电流（$I$）满足桑德方程（Sand equation）： $$ I tau^{1/2} = frac{nFAD^{1/2} pi^{1/2} C{bulk}}{2} $$ 其中，$A$ 是电极面积。该方程是计时电位法定量分析的基础。

3. 实验装置与过程：

   • 典型的计时电位法实验使用三电极体系：工作电极（发生待测反应的电极）、对电极（构成电流回路）和参比电极（精确测量工作电极电势）。
   • 实验开始时，电极系统处于开路或某一初始电势下，记录基线电势。
   • 施加一个预设的恒定电流阶跃（或更复杂的电流程序）。
   • 高阻抗电位计持续监测并记录工作电极相对于参比电极的电势（E）随时间（t）的变化，得到 E-t 曲线（计时电位图）。
   • 分析 E-t 曲线，识别特征点（如电势平台、转折点），特别是测量过渡时间 $tau$。

4. 主要应用：

   • 定量分析：利用桑德方程 ($I tau^{1/2} = constant times C{bulk}$)，通过测量 $tau$ 可以测定溶液中电活性物质的浓度 $C{bulk}$。常数项可通过标准溶液标定。
   • 测定扩散系数（D）：如果浓度已知，利用桑德方程可以计算反应物的扩散系数 D。
   • 研究电极反应机理：分析 E-t 曲线的形状、$tau$ 与电流 I 的关系（理论上 $I tau^{1/2}$ 应为常数），可以判断反应是否受扩散控制、是否伴随化学反应（CE, EC 机制）、是否涉及吸附步骤或是否可逆等动力学信息。
   • 表征电极表面：可用于研究电沉积、腐蚀过程、膜电极等体系。

总结来说，chronopotentiometry 是一种通过控制电流、监测电势随时间变化来研究电化学界面过程的分析技术。其核心在于利用恒电流条件下电极表面浓度变化导致电势漂移的特性，特别是通过测量“过渡时间”这一关键参数，实现对反应物浓度、扩散系数的定量测定以及对电极反应动力学的深入探究。

来源说明： 以上解释基于电化学分析领域的标准教材和权威参考书中的核心概念，例如：

• A.J. Bard and L.R. Faulkner, Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications (2nd ed.), John Wiley & Sons, 2001. (标准电化学教材，详细阐述计时电位法原理、方程和应用)
• D.A. Skoog, F.J. Holler, S.R. Crouch, Principles of Instrumental Analysis (7th ed.), Cengage Learning, 2017. (仪器分析经典教材，包含电化学分析方法章节)
• P.T. Kissinger, W.R. Heineman, Laboratory Techniques in Electroanalytical Chemistry (2nd ed.), Marcel Dekker, 1996. (电分析化学实验技术专著)

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网络扩展资料

Chronopotentiometry（计时电势分析法）是一种电化学分析技术，其核心原理是通过施加恒定电流并记录电极电位随时间的变化来分析物质特性。以下是详细解释：

定义与原理

1. 基本概念
   该方法在电极上施加恒定电流，通过监测电位（电势）随时间的变化来研究电化学反应过程。当电流通过时，电极表面电活性物质的浓度会发生变化，导致电位改变，直至达到新的稳态。

2. 技术特点

   • 常用于测定扩散系数、反应速率常数和浓度等参数。
   • 电流分步法（current-step chronopotentiometry）是其变体，通过分步改变电流研究不同阶段的反应特性。

应用领域

• 材料分析：评估电极材料性能或溶液中的离子行为。
• 反应动力学研究：解析电化学反应步骤及机理。
• 工业检测：如电池电解液成分分析。

其他信息

• 发音：英式音标为 [krənɒpətentɪ'ɒmɪtrɪ]，美式为 [krənɒpətentɪ'ɒmɪtrɪ]。
• 词源：由“chrono-”（时间）和“potentiometry”（电位测定法）组合而成，区别于单纯时间测量的“chronometry”（计时学）。

如需更深入的技术细节（如公式推导），可参考电化学专业文献或教材。

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