流体动力学技术(HDM)
电流对外加电位的响应由许多因素决定。 其中最重要的两点是电子转移速度和从本体溶液到工作电极表面的物质转移速度。 传质方式可分为三种。
i.扩散-由于浓度梯度引起的分子运动
ii.电泳-由于电位梯度引起的分子运动
iii.iii. 对流-由振动和搅拌等干扰引起的分子运动
为了从伏安实验中获得定量数据,重要的是将传质模式定义为易于数学分析的形式。 通过添加充分解离的电解液,可以忽略所有伏安试验中的电泳效应。 体系的传质方式主要由扩散和对流组成。 在许多伏安试验中,通过在不搅拌溶液的情况下防止外部振动来消除对流(这些条件仅保持相对较短的时间)。
使用静态溶液状态的伏安法包括循环伏安法(CV),计时伏安法,脉冲和方波技术。 除了维持无对流条件的实验困难外,以扩散为主的实验还受到缺乏改变传质速率的方法的限制。
在流体动力学技术中,分子以明确定义的方式传输到电极表面。 即通过搅拌溶液,或者如在液相色谱/电化学检测系统中那样通过泵传送溶液通过流动池。 最普遍采用的方法是使用旋转圆盘电极来旋转电极。 由于进入和离开电极表面的传质速率增加,流体力学技术比静态溶液技术具有许多优点。 由于传质和电子转移之间的平衡,更快的传质速率可以更迅速地达到稳态,当扫描速率足够慢时(通常约为20 mV / s或更小),则可以保持稳态。
稳态伏安法的一个优点是在给定的电位下,电流既不依赖于扫描方向,也不依赖于时间。 在这种情况下,伏安图的特征表现为S形曲线。 快速的传质提高了定量分析的灵敏度。旋转圆盘电极常用于剥离实验的析出步骤。 可逆过程的极限电流(传质电流)由Levich方程给出。
i = 0.62nFACD2/3ω1/2ν1/6
n = 电子转移数/mole、F = 电子转移数 (96,500 C/mole)、A = 电极面积(cm2)
C = 浓度(mole/cm3 )、D = 扩散系数(cm2/s)、ω=2 πf ((转数)/rps)、ν= 动态粘度
n = 电子转移数/mole、F = 电子转移数 (96,500 C/mole)、A = 电极面积(cm2)
C = 浓度(mole/cm3 )、D = 扩散系数(cm2/s)、ω=2 πf ((转数)/rps)、ν= 动态粘度
因此,可逆过程的iL对ω1/2作图得到一条直线(Levich图)。 在这种情况下,可逆意味着电子转移需要比传质速度更快,也就是说,当转速增加时,氧化还原反应可能从可逆转变为准-可逆。 在Levich图中,显示为与线性的偏差。 电子移动速度是由无限外推转速时的电流(kinetic current)计算得出的。
此kinetic current是从反向Levich图(l/iL对ω1/2)的截距中得出的。 这种方法经常被用于腐蚀和电池的研究。 它还用于测量电子通过覆盖在电极表面上的聚合物膜的移动速度。
此kinetic current是从反向Levich图(l/iL对ω1/2)的截距中得出的。 这种方法经常被用于腐蚀和电池的研究。 它还用于测量电子通过覆盖在电极表面上的聚合物膜的移动速度。

图 11-1 HDM外加电位波形
流体动力学调制法 (HDM) 是一种以正弦方式改变旋转频率的相关技术。 虽然l/iL与 ω1/2成正比,但ω1/2本身也会发生变化。 交流电是通过普通的数据处理方法处理的。 即数据经过滤波器后,经过整流或相位鉴别检测后进行处理。
根据Levich公式,l/iL=K ω1/2,其中ω1/2=ωo1/2+ Δω1/2σ t ; ((ωo在中心转速下,频率为σ ,振幅为Δω1/2的正弦波调制,见图11-2),交流电输出如图11-3所示,Δi由下式给出。
根据Levich公式,l/iL=K ω1/2,其中ω1/2=ωo1/2+ Δω1/2σ t ; ((ωo在中心转速下,频率为σ ,振幅为Δω1/2的正弦波调制,见图11-2),交流电输出如图11-3所示,Δi由下式给出。


图11-2 利用HDM技术调制转速

图11-3 HDM的交流电输出