電化學分析儀器設計與應用

1 電化學分析儀器的發(fā)展歷史 1
1.1 電化學的歷史—理論的探索 2
1.1.1 Galvani和Volta的發(fā)現(xiàn) 2
1.1.2 Faraday和Nernst的理論貢獻 4
1.1.3 早期電化學分析技術(shù) 6
1.2 電分析技術(shù)—儀器技術(shù)和材料學 9
1.2.1 儀器技術(shù) 9
1.2.2 電分析方法與電極材料 12
1.3 電分析技術(shù)的發(fā)展—跨界的趨勢 18
1.3.1 電化學的邊界 18
1.3.2 化學的邊界 20
參考文獻 24

2 電化學分析基本概念和技術(shù)方法 26
2.1 電化學和電化學分析的基礎概念 27
2.2 電化學分析方法概述 28
2.2.1 控制電勢掃描技術(shù)方法 29
2.2.2 控制電勢階躍技術(shù)方法 32
2.2.3 脈沖測量技術(shù)方法 34
2.2.4 控制電流技術(shù) 39
2.2.5 交流阻抗技術(shù)方法 40
2.2.6 針對電化學腐蝕、電池和超級電容器的技術(shù)方法 44
參考文獻 47

3 電化學分析儀器電路原理及設計方法 49
3.1 運算放大器 51
3.1.1 理想運放的性質(zhì) 51
3.1.2 非理想運放的性質(zhì) 52
3.2 運算放大器基本電路 52
3.2.1 加法器 53
3.2.2 減法器 54
3.2.3 積分器 55
3.2.4 微分器 56
3.2.5 電壓跟隨器 56
3.2.6 電流-電壓變換器 56
3.3 恒電位儀 57
3.3.1 基本原理 57
3.3.2 加法式恒電位儀 58
3.3.3 改進的加法式恒電位儀 59
3.3.4 壓控電流源型恒電位儀 60
3.3.5 全差分型恒電位儀 61
3.3.6 雙恒電位儀 62
3.4 恒電流儀 63
3.5 波形控制與數(shù)據(jù)采集 65
3.5.1 波形控制 65
3.5.2 數(shù)據(jù)采集 68
3.6 濾波器設計 71
3.6.1 低通濾波器主要技術(shù)指標 72
3.6.2 有源低通濾波器設計 73
3.6.3 濾波器設計步驟 76
3.7 IR補償 76
3.7.1 電路原理 77
3.7.2 電阻自動測量測試 78
3.8 電化學阻抗測量及電路設計 78
3.8.1 電解池的等效電路 78
3.8.2 交流阻抗測量方法 80
參考文獻 83

4 電化學分析儀器應用軟件設計 85
4.1 電化學分析儀器應用軟件的發(fā)展 86
4.2 電化學分析儀器的需求分析與功能設計 88
4.2.1 實驗模塊 90
4.2.2 數(shù)據(jù)存儲 91
4.2.3 數(shù)據(jù)后處理 92
4.2.4 顯示與繪圖 97
4.3 電化學分析儀器應用軟件的結(jié)構(gòu)和設計方式 97
4.3.1 上位機與下位機通信方案 97
4.3.2 數(shù)據(jù)流——管道結(jié)構(gòu)設計 98
4.3.3 面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)設計與設計模式 100
4.3.4 軟件產(chǎn)品線與DSL——基于領域定義語言的結(jié)構(gòu)設計 104
參考文獻 114

5 電化學分析儀器的微型化 116
5.1 電化學分析儀器的微型化趨勢 117
5.2 嵌入式系統(tǒng)簡介 118
5.2.1 嵌入式系統(tǒng)的含義及發(fā)展趨勢 118
5.2.2 嵌入式ARM微處理器 120
5.2.3 常見的嵌入式操作系統(tǒng) 122
5.3 嵌入式圖形用戶界面設計 127
5.3.1 嵌入式圖形用戶界面設計簡介 127
5.3.2 MiniGUI圖形界面開發(fā)介紹 128
5.3.3 QT/Embedded圖形界面開發(fā)介紹 128
5.3.4 μC/GUI圖形界面開發(fā)介紹 129
5.4 微型化的恒電位儀電路設計 130
5.4.1 恒電位儀的結(jié)構(gòu)與工作原理 130
5.4.2 恒電位儀電路的設計與簡化 131
5.5 便攜式檢測設備電源管理系統(tǒng)簡介 134
5.5.1 電源管理系統(tǒng)簡介 134
5.5.2 電源管理芯片的發(fā)展趨勢 135
5.6 短距離無線通信方式簡介 136
5.6.1 ZigBee技術(shù)介紹 137
5.6.2 藍牙技術(shù)介紹 138
5.6.3 Wi-Fi技術(shù)介紹 139
5.7 微型電化學檢測儀器的基本原理與設計 140
5.7.1 安培式電化學儀器 141
5.7.2 電位式電化學儀器 144
5.7.3 阻抗式電化學儀器 147
5.7.4 電容式電化學儀器 153
參考文獻 156

6 電化學分析儀器聯(lián)用技術(shù) 159
6.1 電化學分析儀器聯(lián)用技術(shù)概述 160
6.2 電化學與光譜儀器的聯(lián)用 161
6.2.1 光譜電化學概述 161
6.2.2 紫外-可見吸收光譜 163
6.2.3 紅外光譜 167
6.2.4 拉曼光譜 171
6.3 電化學與等離子體共振檢測技術(shù)的聯(lián)用 174
6.3.1 表面等離子體共振檢測技術(shù)簡介 174
6.3.2 電化學與表面等離子體共振檢測技術(shù)聯(lián)用原理 177
6.3.3 電化學與表面等離子體共振檢測技術(shù)聯(lián)用儀器結(jié)構(gòu) 179
6.3.4 電化學與表面等離子體共振檢測技術(shù)聯(lián)用應用舉例 182
6.4 電化學與掃描探針技術(shù)的聯(lián)用 186
6.4.1 掃描探針技術(shù)簡介 186
6.4.2 掃描電化學顯微鏡結(jié)構(gòu)和工作原理 188
6.4.3 掃描電化學顯微鏡應用 194
6.5 電化學與石英晶體微天平的聯(lián)用 198
6.5.1 石英晶體微天平技術(shù)簡介 198
6.5.2 石英晶體特征 200
6.5.3 石英晶體微天平儀器簡介 205
6.5.4 石英晶體微天平測量原理與儀器結(jié)構(gòu) 208
6.5.5 電化學石英晶體微天平聯(lián)用原理 214
6.5.6 電化學與石英晶體微天平總體結(jié)構(gòu) 216
6.5.7 電化學與石英晶體微天平聯(lián)用技術(shù)的應用 217
參考文獻 220

索引 231