chronocoulometry是什麼意思，chronocoulometry的意思翻譯、用法、同義詞、例句

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Chronocoulometry（計時庫侖法） 是一種重要的電化學分析技術，主要用于研究電極表面發生的電化學反應過程及其動力學參數。其核心原理是通過施加一個電位階躍（Potential Step）到工作電極，并精确測量隨時間累積的電荷量（Q），而非直接測量電流（i）。這與計時電流法（Chronoamperometry）形成對比，後者測量的是電流隨時間的變化。

詳細解釋與核心原理：

1. 電位階躍與電荷累積： 實驗開始時，工作電極的電位從一個初始值（通常是沒有顯著法拉第電流通過的電位）瞬間階躍到另一個電位值（例如，使目标物質發生氧化或還原反應的電位）。在這個新的電位下，電極表面會發生電化學反應（法拉第過程）和/或雙電層充電過程（非法拉第過程）。計時庫侖法記錄的是從階躍開始後，流過電極的總電荷量 Q 隨時間 t 的變化關系，即 Q-t 曲線。

   • 電荷量 Q 與電流 i 的關系是積分關系：$ Q = int_{0}^{t} i(tau)dtau $。這意味着計時庫侖法測量的是電流對時間的積分。

2. 區分雙電層充電與法拉第反應： 這是計時庫侖法的一個關鍵優勢。當電位階躍發生時，首先發生的是雙電層充電過程（非法拉第過程），這個過程非常快（通常在毫秒級），産生的電荷量稱為雙電層電荷 $Q_{dl}$。隨後，如果電位階躍到足以引發電極反應，法拉第反應開始發生，産生法拉第電荷 $Qf$。因此，總電荷 Q 可以表示為： $$ Q = Q{dl} + Qf $$ 通過分析 Q-t 曲線的形狀，特别是其在初始快速上升（對應 $Q{dl}$）之後的線性部分（對應擴散控制的法拉第反應），可以分别研究這兩個過程。

3. 擴散控制反應的分析： 對于受擴散控制的電化學反應（這是最常見的情況），計時庫侖法得到的 Q-t 曲線在雙電層充電完成後，會呈現線性關系。該線性部分的斜率與反應物的本體濃度成正比，其截距則包含雙電層充電信息以及任何吸附物種貢獻的信息。對于平面電極上的擴散控制反應，其 Q-t 關系由 Anson 方程描述： $$ Qf = frac{2nFAD^{1/2}C}{pi^{1/2}} t^{1/2} + Q{dl} + Q_{ads} $$ 其中：

   • $Q_f$：法拉第電荷量（C）
   • $n$：電極反應轉移的電子數
   • $F$：法拉第常數（96485 C/mol）
   • $A$：電極面積（cm²）
   • $D$：反應物的擴散系數（cm²/s）
   • $C$：反應物的本體濃度（mol/cm³）
   • $t$：時間（s）
   • $Q_{dl}$：雙電層電荷量（C）
   • $Q_{ads}$：電極表面吸附物種貢獻的電荷量（C，如果存在吸附）

   通過繪制 $Q$ 對 $t^{1/2}$ 的圖，通常會得到一條直線。該直線的斜率 $K$ 為： $$ K = frac{2nFAD^{1/2}C}{pi^{1/2}} $$ 如果已知 $n, A, D$（或 $C$），就可以求出 $C$（或 $D$）。直線的截距則為 $Q{dl} + Q{ads}$。

主要應用：

• 研究吸附現象： 由于 $Q_{ads}$ 包含在截距中，計時庫侖法是定量研究電活性物質在電極表面吸附量的強有力工具。通過比較不同濃度或不同電位下的截距變化，可以獲取吸附等溫線和吸附量信息。這在生物傳感（如DNA雜交）、電催化（催化劑表面吸附中間體）等領域尤為重要。
• 測定擴散系數和濃度： 如上所述，通過斜率分析可以測定反應物的擴散系數 $D$ 或濃度 $C$。
• 研究電極過程動力學： 雖然主要適用于擴散控制過程，但在特定條件下也可用于研究涉及前置化學反應或後續化學反應的複雜電極過程。
• 雙電層研究： 可以用于估算電極的雙電層電容。
• 定量分析： 在已知相關參數的情況下，可用于定量分析特定電活性物質的濃度。

優點：

• 降低背景電流影響： 積分過程有助于降低背景電流和噪聲的影響，提高信噪比。
• 直接測量電荷： 對于涉及吸附或需要精确電荷量的研究（如計算電子轉移數或吸附量）非常直接和方便。
• 區分非法拉第和法拉第過程： 能夠相對清晰地分離雙電層充電和法拉第反應的貢獻。

注意事項：

• 實驗通常需要在靜止溶液中進行，以确保擴散是傳質的主要方式。
• 需要精确控制電位階躍的上升時間。
• 溶液需要充分除氧，以避免氧氣還原等副反應的幹擾。
• 數據分析需要選擇合適的模型（如Anson方程）。

權威性參考來源：

• Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd ed.; John Wiley & Sons: New York, 2001. (經典電化學教材，詳細闡述計時庫侖法原理、方程推導和應用實例。章節：Chapter 5, Section 5.9 及 Chapter 14 關于吸附部分)
• Anson, F. C. Anal. Chem. 1966, 38 (1), 54–57. (Anson方程原始文獻，奠定了計時庫侖法處理擴散控制反應的理論基礎)
• Wang, J. Analytical Electrochemistry, 3rd ed.; Wiley-VCH: Hoboken, NJ, 2006. (側重分析應用的電化學教材，包含計時庫侖法在生物傳感器等領域的應用介紹)
• Scholz, F., Ed. Electroanalytical Methods: Guide to Experiments and Applications, 2nd ed.; Springer: Berlin, Heidelberg, 2010. (實驗方法指南，包含計時庫侖法的實驗設置和數據分析要點)
• 期刊 Analytical Chemistry 和 Journal of Electroanalytical Chemistry：定期發表應用計時庫侖法進行吸附研究、生物傳感、材料表征等方面的最新研究論文。

網絡擴展資料

Chronocoulometry（計時庫侖分析法）是一種電化學測量技術，主要用于研究電極表面反應過程中電荷量隨時間的變化。以下是詳細解釋：

1.基本定義

• 核心概念：該詞由“chrono-”（時間）和“coulometry”（庫侖分析法）組合而成，字面含義為“基于時間測量的庫侖分析”。其核心是通過記錄電荷量（Q）與時間（t）的關系，分析電活性物質的擴散、吸附等動力學過程。

2.技術特點

• 應用場景：常用于測定電極反應中的擴散系數、吸附量等參數。例如，在生物傳感器中用于檢測DNA或蛋白質的吸附行為。
• 實驗方法：通常采用恒電位階躍法，通過施加階躍電壓并監測電流積分得到的電荷量隨時間變化曲線。

3.擴展類型

• 對流計時庫侖分析法（Convective Chronocoulometry）：在傳統方法中引入對流條件（如旋轉圓盤電極），以增強傳質效率。

4.與其他技術的關聯

• 區别于計時電位法（Chronopotentiometry，控制電流測電位），而計時庫侖分析法側重于電荷量的時間依賴性。

如果需要進一步了解實驗公式或具體應用案例，可參考電化學教材或專業文獻。

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