在購買電化學(xué)工作站時,，許多相關(guān)因素十分重要，并非是“越多越好,、越高越好”,，相反，電化學(xué)工作站的技術(shù)參數(shù)與您的實驗需求相匹配,，顯得更加重要,。如何尋找滿足需求、性價比高的儀器,，Gamry帶您探尋一二：
· 您是在尋找一個普適的儀器還是一臺高精度的電化學(xué)工作站,？
· 您想要一臺用于高功率設(shè)備測試的電化學(xué)工作站嗎？
· 您需要的電化學(xué)工作站應(yīng)是便攜式的呢,，還是固定系統(tǒng),？
· 您需要單個的電化學(xué)工作站還是多通道的測試系統(tǒng)？
不過,，單個設(shè)備是不能夠滿足所有的要求的,，特別是當(dāng)你把投資成本看成一個同樣重要的因素。規(guī)格說明書會告訴您這臺儀器能夠做什么,，幫助您縮小適合的儀器選擇范圍,。根據(jù)您想要做的，一些技術(shù)參數(shù)的相關(guān)度會更高,。
在以下的章節(jié),，我們將嘗試對這些問題做一些說明,。我們會向您解釋電化學(xué)工作站規(guī)格說明書里出現(xiàn)的典型參數(shù)。由于大多數(shù)術(shù)語與具體的電化學(xué)工作站元件直接相關(guān),，該技術(shù)報告主要關(guān)注的是電化學(xué)工作站的安裝和基本功能部分,。
基本信息
圖1展示了一個電化學(xué)工作站的簡化示意圖。電化學(xué)工作站用工作電極,，工作感應(yīng)電極,，對電極及參比電極導(dǎo)線與一個測試電解池相連。工作電極是用于學(xué)習(xí)電化學(xué)過程的電極,。電解池內(nèi)部的電勢通過參比和工作感應(yīng)電極進(jìn)行測定。流經(jīng)兩個感應(yīng)電極的電流進(jìn)行了zui小化（的情況是零）,。對電極用于完善電路,。
電化學(xué)工作站的輸出信號可以通過電腦控制。測得的數(shù)據(jù)點將被返送到電腦內(nèi)為后續(xù)分析所用,。
信號發(fā)生器創(chuàng)建用戶所需的信號形式（例如常數(shù)值,，斜升，正弦波）,，然后將其發(fā)送至控制放大器,。控制放大器將信號形式施加于電解池,，通過調(diào)節(jié)信號的振幅以使其與用戶的輸入值相符,。施加的信號可以是電壓（恒電位模式）或電流（恒電流模式）。
參比和工作傳感電極間的電勢差由電位計進(jìn)行測量,。此外,，測得的電壓信號被返送回控制放大器，并與期望電壓值相比較,。如果有誤差,，控制放大器的輸出信號將做相應(yīng)調(diào)整以抵消初始擾動。
流經(jīng)電解池的電流由電流電壓轉(zhuǎn)換器（I/E轉(zhuǎn)換器）測量,。為此,，電流信號將轉(zhuǎn)換成電壓信號。這由I/E轉(zhuǎn)換器中的電阻器（Rm）來完成,。在電阻器上測得的電壓降ΔU與流經(jīng)電解池的電流I成正比（方程1）,。
下面我們將討論一些能夠提供有價值的電化學(xué)工作站功能信息的術(shù)語。
系統(tǒng)
這一章節(jié)中提到的參數(shù)概述了電化學(xué)工作站,。我們列舉了一些基本技術(shù)參數(shù)以幫助您縮小對合適的儀器的選擇范圍,。
電解池連接
大部分的電化學(xué)工作站可使用工作電極，工作傳感電極,，對電極和參比電極導(dǎo)線,，支持二，三，四電極裝置,。這三種裝置覆蓋了大部分的電化學(xué)應(yīng)用,。
在一些特殊的應(yīng)用里，輔助傳感導(dǎo)線充當(dāng)著第五電位計或者替代了參比導(dǎo)線,。后者常用于零電阻電流計（ZRA）實驗,，例如噪聲測試和電化學(xué)腐蝕。
一些電化學(xué)工作站配備有輔助電位計通道（AUX通道）,。這些通道可以用來偵測多個參比電極或者監(jiān)測堆棧配置中的單個電解池電壓,，例如串聯(lián)中的多個電池。
zui大電流
zui大電流了電化學(xué)工作站的電流上限,，跟外加電流和測試電流有關(guān),。這表示控制放大器不能驅(qū)動更多的電流進(jìn)入電解池。相反地,，I/E轉(zhuǎn)換器不能測量比zui大電流更高的電流值,。
當(dāng)您在尋找一個電化學(xué)工作站時，我們建議您先評估一下您的實驗需要多大的電流,。當(dāng)您的測試在毫安的范圍內(nèi)進(jìn)行時,，就沒有必要買一臺zui大電流有好幾個安培的電化學(xué)工作站了。高功率設(shè)備的投資成本通常較高,，因為他們的復(fù)雜度比較高,。另外，高功率設(shè)備在低電流區(qū)間不夠準(zhǔn)確,。因此,，您應(yīng)該確定電化學(xué)工作站的電流范圍。
電流量程（包括內(nèi)部增益）
在過去數(shù)十年中,，電流量程（也稱為I/E范圍）允許在很寬的電流范圍內(nèi)測量并確保精度,。規(guī)格說明書中通常會例舉電流量程的數(shù)值，還有zui低和zui高可獲得的電流范圍,。
I/E轉(zhuǎn)換器通過測量電阻器上的電壓降來計算通過電解池的電流（方程1）,。在實際中，電化學(xué)工作站采用大量可跨越幾個數(shù)量級的不同的可切換電阻器,。每一個電阻器決定了一個電流量程,。越敏感的量程需要越多的電阻器。
電流量程的重要性在圖2中突出體現(xiàn),，圖2顯示了三條使用不同電流量程掃描的電容器的循環(huán)伏安曲線,。綠色的曲線是用一個合適的I/E范圍測試的。通過選擇一個稍不敏感的I/E范圍（藍(lán)色曲線）,，信號噪聲變得非常明顯,。不過過度敏感的電流量程（紅色曲線）會去掉曲線的某些峰,。電化學(xué)工作站不能夠測量更高的電流。Gamry的軟件將此顯示為電流過載信號（I OVLD）,。
在Gamry的FrameworkTM軟件中,，你可以將電流量程設(shè)置為定值或者自動調(diào)節(jié)。自動量程使用一種算法選擇*的電流量程,，然后在實驗過程中自動地調(diào)節(jié)它,。
你也經(jīng)常能看到一個跟電流量程有關(guān)的術(shù)語叫內(nèi)部增益。這意味著I/E轉(zhuǎn)換器可以將測得的信號放大,。這個特征對在低電流端增加額外量程有益,。Gamry使用因數(shù)10到100。所有其他的電流量程使用增益因子1,。
內(nèi)部增益有一個實際的存在原因,。如前面所提，越敏感的I/E范圍需要更大的電阻器,。到一定程度，更大的電阻器不僅不容易獲得而且非常貴,。不過,，內(nèi)部增益也有一個缺點。通過放大測得的信號,，噪聲也被放大了,。因此在測量低電流時，確保合適的設(shè)置和使用法拉第籠顯得更為重要了,。
zui大施加電位
zui大施加電位描述的是電化學(xué)工作站可以施加到電解池上的zui大電壓或者是電化學(xué)工作站可以測量的工作傳感和參比電極間zui大電壓值,。如果超過了這個數(shù)值，電壓過載（V OVLD）信號將顯示在Gamry的Framework軟件中,。
不要將zui大施加電位與電化學(xué)工作站的槽壓相混淆,。槽壓會影響控制放大器施加在對電極和工作電極之間的zui大電壓（見下文）。
上升時間
上升時間指的是一個信號上升或下降所需的時間,。通常,，它被為信號振幅值在10%到90%之間的時間（見圖3）。上升時間越短,，系統(tǒng)對信號變化的反應(yīng)越快,。這對于需要快速信號變化的測試?yán)缑}沖伏安法或者阻抗譜等尤其重要。
不過,，上升時間本身其實沒有太大的意義,。如圖3所示，它很容易隨著振幅的增加或者轉(zhuǎn)換速率的改變而改變,。這個信號變化可以通過電化學(xué)工作站速度設(shè)置來控制（詳見下文）,。
zui小基準(zhǔn)時間
zui小基準(zhǔn)時間是電化學(xué)工作站可能的zui快采樣率,，通常在微秒范圍。
進(jìn)行涉及到快速信號變換的實驗和時間分辨率很重要的實驗時,，請考慮到這個參數(shù),，例如在反應(yīng)動力學(xué)或信號衰減實驗中。
噪聲和紋波
噪聲和紋波是描述控制放大器輸出信號的總噪聲的兩個術(shù)語,?？傇肼暤拇笮⊥ǔＳ删礁?/span>rms），峰值（pk）,，或峰間幅值（p-p）來表示,。方程2顯示的是三項之間的轉(zhuǎn)換。
控制放大器施加的DC信號經(jīng)常被一個非常小的含有噪聲和紋波的AC信號所疊加（圖4）,。
紋波成分是一個很小的低頻信號,，由轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)切換頻率所決定。因此紋波通常是DC信號的一部分,。
噪聲表現(xiàn)為高頻失真,，是由內(nèi)部電源的人為影響所引起的。噪聲可以通過在輸出端增加電容器來減弱,。
控制放大器
控制放大器（CA）控制和調(diào)節(jié)著施加在電解池上的信號,。多種由控制放大器限制著的參數(shù)在前面已經(jīng)提到了。下面的部分包含了與控制放大器相關(guān)的其他參數(shù),。
槽壓
槽壓是指能夠由控制放大器施加到對電極和工作電極間的zui大電壓值,。需要注意與zui大施加電位區(qū)分開。槽壓高于zui大施加電位,，通常被用于調(diào)節(jié)施加在電解池上用戶定義的電勢,。
槽壓是運(yùn)行高阻抗電解池時需要考慮的一個規(guī)格參數(shù)，因為這些電解池需要更高的電壓,。如果電化學(xué)工作站不能提供您的電解池足夠的電壓,，用戶自定義電壓將不能被調(diào)節(jié)，而且會出現(xiàn)CA過載信號（CA OVLD）,。
不過,，具有高槽壓的儀器需要更高的功率和更加復(fù)雜的電路系統(tǒng)，價格較高,。在大多數(shù)案例中,，5V的槽壓已經(jīng)足夠滿足固液電阻較低的系統(tǒng)用了。因此我們建議您先評估一下具體需要多大的槽壓,。
速度設(shè)置
控制放大器可以用不同的速度驅(qū)動（CA速度）,。他們也與控制放大器的單位增益帶寬和轉(zhuǎn)換速率有關(guān)（見下文）。
更快的速度設(shè)置可以控制快速的信號變化,。不過,，這也會影響電化學(xué)工作站的穩(wěn)定性,，尤其當(dāng)連接上電容電解池或者擁有更高阻抗的參比電極時。圖5顯示了在原始輸入信號上進(jìn)行不同速度設(shè)置的效果,。
將CA速度設(shè)置成快速模式能使CA與輸入信號類似的帶有明顯變化的信號,。不過，輸出信號易于過沖,，引起功率尖峰,。在zui糟糕的案例中，電化學(xué)工作站會開始自持震蕩,。相反,，較低的速度設(shè)置能夠避免自持震蕩。不過,，輸入信號不能夠準(zhǔn)確地顯示因為轉(zhuǎn)換速率在減小,。
CA的速度通常由軟件來選擇。不過,，用戶也可以通過點選Gamry的Framework軟件中的Advanced Pstat Setup復(fù)選框來手動更改CA的速率,。
單位增益帶寬
與CA速度高度相關(guān)的一個規(guī)格參數(shù)是單位增益帶寬。增加CA速度也會增加單位增益帶寬,。這個參數(shù)描述的是CA增益為1時的頻率,。由這個頻率決定的信號可以被放大。當(dāng)信號超過單位增益帶寬時,，信號會衰減，zui終引起失真和噪聲,。
這表示在實際應(yīng)用中如果單位增益帶寬比較高（也就是高CA速度）,，快速信號變化可以被控制。不過,，電化學(xué)工作站的穩(wěn)定性會衰減,，引起有害的自持震蕩（見上章節(jié)）。
轉(zhuǎn)換速率
轉(zhuǎn)換速率也與電化學(xué)工作站的速度設(shè)置相關(guān),。當(dāng)帶寬代表頻域時,，轉(zhuǎn)換速率是時域反映。如圖3所示,，轉(zhuǎn)換速率是外加信號的斜率,。它的數(shù)值能夠通過改變CA速度設(shè)置而改變。高的速度設(shè)置允許以高的轉(zhuǎn)換速率來處理快速信號變化,。降低CA的速度能夠增加電化學(xué)工作站的穩(wěn)定性,，但會降低轉(zhuǎn)換速率（見圖5）。
電位計
電位計測量的是參比電極和工作感應(yīng)電極間的電勢,。另外,，它會將信號返送回CA,，然后后者會抵消期望電勢和測得電勢間的誤差。這一章節(jié)包含了電位計的其他限制,。
輸入電流
輸入電流描述的是流經(jīng)電位計的典型電流,。這個參數(shù)應(yīng)該非常的小，以減小流經(jīng)參比電極的電流,。這樣,，參比電極里的有害感應(yīng)電流反應(yīng)就可以避免了，其電勢就可以保持恒定,。
輸入阻抗
為了保持較小的輸入電流,，電位計需要具備較高的輸入阻抗。輸入阻抗也常被描述為輸入電阻和輸入電容,。當(dāng)使用高阻抗參比電極時,，小的輸入電容會幫助消除系統(tǒng)不穩(wěn)定。
輸入阻抗也代表了電化學(xué)工作站的理論zui大可測阻抗,。在測試高阻抗樣品例如涂料時,，這個參數(shù)尤其重要。它的數(shù)值應(yīng)在千兆歐姆和兆歐之間,。即使您的樣品具有更高的阻抗,，您的測量值不會超過輸入阻抗。電化學(xué)工作站的這個zui高可測阻抗可以通過開路實驗進(jìn)行測量,。它強(qiáng)烈地取決于測試設(shè)置,，因為只有很小的電流可以測量到。
電位計帶寬
電位計帶寬表征的是電位計快速測量信號變化的能力,。這個數(shù)值常常比電化學(xué)工作站的實用頻率范圍要高,。
電位計帶寬常常與一個用dB（分貝）做單位的衰減值結(jié)合在一起來表示。-3 dB表示在特定頻率以0.7因子的速率衰減,。
共模抑制比（CMRR）
共模抑制比（CMRR）說明了一個差分放大器（也就是電位計）可以抑制由元件非理想因素和設(shè)計缺陷引起的有害信號的能力,。圖6顯示了一個電位計的放大示意圖，其中的連接與圖1中相似,。
電流自對電極流入電解池到工作電極,。在電解池上的電壓降由電阻Rcell和因電解池電纜和電路板布局引起的電阻（Rint）來表示。兩個電壓如下所示：
*項是差分輸入電壓Ud,，在參比電極和工作電極感應(yīng)接頭間測得,。第二項是非理想共模電壓Ucm，會引起輸出信號的誤差,。Ud和Ucm有增益因子,，主要依賴于差分放大器。輸出電壓可以用方程4來表示,。
Gd是差分增益,，常被設(shè)定為1,。Gcm是共模增益。在理想狀態(tài)下,，Gcm是零,，輸出信號Uout是與共模電壓無關(guān)的。CMRR是兩個增益因子的比率（見方程5）,。
CMRR常用分貝作單位,。CMRR值越高，有害共模信號的抑制效應(yīng)越好,。另外,，因為共模增益Gcm的頻率依賴性，CMRR由頻率值來,。CMRR隨著頻率的增加而減小,。
其他參數(shù)
度，精度和分辨率
電流和電壓的度和分辨率分別列于Gamry的規(guī)格說明書中,。兩者皆進(jìn)一步區(qū)分了外加和測試信號,。為了不引起誤解，度,，精度和分辨率各項的意義被畫在圖7中,。
度定義了一個測量或一個外加信號的正確性。如果度較低,，測試點偏離正確值較遠(yuǎn)（圖7中的靶心正中）,。相反，高度表示測試結(jié)果與正確值非常吻合,。
精度告訴您的是一個實驗的可重復(fù)性,。如果精度較低，測試點比較分散,。需要注意的是高精度不保證測量結(jié)果的正確性。由于如溫度漂移或儀器錯誤校準(zhǔn)等的系統(tǒng)誤差,，測量點也會與正確值不同,。
第三個重要參數(shù)是分辨率，這個參數(shù)常與精度混淆,。分辨率描述的是微細(xì)度,，有了它儀器可以區(qū)分不同的測試點。因為信息會丟失,，分辨率限制了測量和外加信號的能力,。
準(zhǔn)確性和分辨率依賴于電化學(xué)工作站的設(shè)置。因此,，兩者常根據(jù)真實的電化學(xué)工作站設(shè)置來列,，例如電流量程或增益,。
頻率范圍
頻率范圍是指EIS實驗可選的zui小和zui大頻率。兩者強(qiáng)烈地依賴于CA的極限和電位計的帶寬,。
交流振幅
交流振幅描述了在EIS實驗中可以施加的電壓或電流正弦波的交流振幅,。它可以用rms，pk,，或p-p信號來表示（方程2）,。zui大的可用交流振幅依賴于電位計的帶寬和CA的速度設(shè)置。
電化學(xué)阻抗譜度
電化學(xué)阻抗譜實驗的度依賴于很多參數(shù),，例如外加交流振幅,，頻率，電解池阻抗,，電纜長度和線路,。Gamry公司給每一臺電化學(xué)工作站配備了一個度等高線圖，該圖表述了在進(jìn)行EIS實驗時可以得到什么樣的精度,。
小結(jié)
該技術(shù)報告講述了電化學(xué)工作站規(guī)格說明書中所列的各項參數(shù),。主要目的是為了讓您能夠更好地理解電化學(xué)工作站是如何運(yùn)作的，同時強(qiáng)調(diào)了與實際應(yīng)用相關(guān)的各具體參數(shù)的重要性,。
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