CHI用户手册20101209

1CHI电化学工作站用户手册绪言CHI系列电化学分析仪/工作站为通用电化学测量系统。内含快速数字信号发生器，高速数据采集系统，电位电流信号滤波器，多级信号增益，iR降补偿电路，以及恒电位仪／恒电流仪（CHI）。电位范围为±10V，最大电流范围±250mA。电流测量下限低于50pA。可直接用于超微电极上的稳态电流测量．如果与CHI200微电流放大器及屏蔽箱连接，可测量1pA或更低的电流。系列也是十分快速的仪器。信号发生器更新速率为5MHz，数据采集速率为500KHz。循环伏安法的扫描速度为500V/s时，电位增量仅0.1mV，当扫描速度为5000V/s时，电位增量为1mV。又如交流阻抗的测量频率可达100KHz，交流伏安法的频率可达10KHz。仪器可工作于二、三、或四电极的方式，四电极对于大电流或低阻抗电解池（例如电池）十分重要，可消除由于电缆和接触电阻引起的测量误差。仪器还有外部信号输入通道，可在记录电化学信号的同时记录外部输入的电压信号，例如光谱信号等。这对光谱电化学等实验极为方便。此外仪器还有一高分辨辅助数据采集系统（24bit@10Hz)，对于相对较慢的实验可允许很大的信号动态范围和很高的信噪比。仪器由外部计算机控制，在视窗操作系统下工作。仪器十分容易安装和使用。不需要在计算机中插入其它电路板。户界面遵守视窗软件设计的基本规则，如果用户熟悉视窗环境，则无需用户手册就能顺利进行软件操作。令参数所用术语都是化学工作者熟悉和常用的。一些最常用的命令都在工具栏上有相应的键，从而使得这些命令的执行方便快捷。仪器软件具有很强的功能，包括方便的文件管理全面的实验控制，灵活的图形显示，以及多种数据处理．软件还集成了循环伏安法的数字模拟器．模拟器采用快速隐式有限差分法，具有很高的效率．算法的无条件稳定性使其适合于涉及快速化学反应的复杂体系．模拟过程中可同时显示电流以及随电位和时间改变的各种有关物质的动态浓度剖面图．这对于理解电极过程极有帮助．这也是一个很好的教学工具，可帮助学生直观地了解扩散传质过程．CHI系列仪器集成了几乎所有常用的电化学测量技术，包括恒电位、恒电流、电位扫描、电流扫描、电位阶跃、电流阶跃、脉冲、方波、交流伏安法、流体力学调制伏安、库仑法、电位法、以及交流阻抗等等．不同实验技术间的切换十分方便．实验参数的设定是提示性的，可避免漏设和错设．2电化学技术电位扫描技术•CyclicVoltammetry(CV)循环伏安法•LinearSweepVoltammetry(LSV)线性扫描伏安法•TAFEL(TAFEL)Tafel图•Sweep-StepFunctions(SSF)电位扫描-阶跃混合方法电位阶跃技术•Chronoamperometry(CA)计时电流法•Chronocoulometry(CC)计时电量法•StaircaseVoltammetry(SCV)阶梯伏安法•DifferentialPulseVoltammetry(DPV)差分脉冲伏安法•NormalPulseVoltammetry(NPV)常规脉冲伏安法•DifferentialNormalPulseVoltammetry(DNPV)差分常规脉冲伏安法•SquareWaveVoltammetry(SWV)方波伏安法•Multi-PotentialSteps(STEP)多电位阶跃交流技术•ACImpednace(IMP)交流阻抗测量•Impedance-Time(IMPT)交流阻抗-时间关系•Impedance-Potential(IMPE)交流阻抗-电位关系•AC(includingphase-selective)Voltammetry(ACV)交流（含相敏交流）伏安法•SecondHarmonicACVoltammetry(SHACV)二次谐波交流伏安法恒电流技术•Chronopotentiometry(CP)计时电位法•ChronopotentiometrywithCurrentRamp(CPCR)电流扫描计时电位法•PotentiometricStrippingAnalysis电位溶出分析其他技术•Amperometrici-tCurve电流-时间曲线•DifferentialPulseAmperometry差分脉冲电流法•DoubleDifferentialPulseAmperometry双差分脉冲电流法•TriplePulseAmperometry三脉冲电流法•BulkElectrolysiswithCoulometry控制电位电解库仑法•HydrodynamicModulationVoltammetry(HMV)流体力学调制伏安法•OpenCircuitPotential-Time开路电位-时间曲线溶出方法除循环伏安法外所有其他的伏安法都有其相对应的溶出伏安法．极谱方法除循环伏安法外所有其他的伏安法都有其相对应的极谱方法。但需要配置BAS的CGME．也可采用其他带敲击器的滴汞电极，但敲击器必须能用TTL信号控制．3仪器的硬件指标恒电位仪/恒电流仪控制电位:±10V电流:±250mA槽压:±12V2、3、4电极体系参比电极输入阻抗:1012Ω电位分辨率:0.1mV主采样速率:500KHz辅助采样系统:20-bit@1KHz,24-bit@10Hz外部电压信号输入灵敏度：110-12-0.1A/V共12档电流测量下限:小于50pA电位电流的自动或手动滤波自动或手动iR降补偿自动电位和电流的调零电解池控制信号（TTL输出）：除气，搅拌，敲击，与BAS的电解池及CGME匹配旋转电极控制：0-10V输出对应于0-10,000rpm的转速．与Pine的AFMSRXESYS匹配4CHI电化学工作站安装及使用仪器的安装打开包装箱后，取出仪器，电源线，通讯电缆，电极线和软件盘．仪器的软件安装十分简单．将软件盘插入驱动器，用鼠标器点击盘上的XXX仪器的型号，将所有有关文件拷贝至所要使用硬盘的CHI子目录中．在视窗的文件管理器中找到CHI的子目录以及CHIXXX的文件（XXX为仪器的型号），将鼠标器在CHIXXX连击两次，程序便启动了．你应考虑将可执行文件移到主视窗上去，将来不必每次都到文件管理器中去找文件，而只需连击两次主视窗上可执行文件的符号就可启动。程序安装并启动后，接上仪器的电源线和电极线.仪器的ComPort（通讯口）与计算机的串行接口用通讯电缆连接。打开仪器电源，你就可以进行测量了。仪器的初步测试在软件的Setup（设置）的采单上找到System（系统）的命令。执行此命令，便会显示SystemSetup的对话框。通讯口的设置应对应于计算机用于控制仪器的那个串行口（Com1或Com2）。如果操作中出现LinkFailed的警告，有可能是由于串行口设置的错误。找一个1K欧姆（1%精度）的电阻，将对极（红色夹头）和参比电极（黄色夹头）同时夹在电阻的一端，将工作电极（绿色夹头）夹在电阻的另一端。此电阻构成模拟电解池。在Setup菜单中执行Technique（实验技术）的命令，选择CyclicVoltammetry（循环伏安法）。在Setup菜单中再执行Parameters（实验参数）的命令，将InitE（初始电位）和HighE（高电位）都设在0.5V，LowE（低电位）设在-0.5V。Sensitivity（灵敏度）设在1.0e004A/V。如果你用的不是1K欧姆的电阻，灵敏度需重设，使灵敏度和电阻的乘积约为0.1。完成参数设定后，在Control（控制）菜单中执行Run（运行实验）的命令。实验结果应是一条斜的直线，每点电位处的电流值都应等于电位除以电阻。如果HardwareTest中发现某些量程错误，可用电阻作模拟电解池进一步测试（方法如上所述）。根据灵敏度量程选用合适的阻值（使灵敏度和电阻的乘积约为0.1），在0.5V至-0.5V的电位范围扫描，看结果是否为一斜的直线。一般如果硬件问题，会产生完全错误的结果（误差大于满量程信号的5%）。实验操作将电极夹头夹到实际电解池上。设定实验技术和参数后，便可进行实验。实验中如果需要电位保持或暂停扫描（仅对伏安法而言），可用Control菜单中的Pause/Resume命令。此命令在工具栏上有对应的键。如果需要继续扫描，可再按一次该键。对于循环伏安法，如果临时需要改变电位扫描极性，可用Reverse（反向）命令，在工具栏也有相应的键。若要停止实验，可用Stop（停止）命5令或按工具栏上相应的键。如果实验过程中发现电流溢出（Overflow,经常表现为电流突然成为一水平直线或得到警告），可停止实验，在参数设定命令中重设灵敏度（Sensitivity）。数值越小越灵敏（1.0e-006要比1.0e-005灵敏）。如果溢出，应将灵敏度调低（数值调大）。灵敏度的设置以尽可能灵敏而又不溢出为准。如果灵敏度太低，虽不致溢出，但由于电流转换成的电压信号太弱，模数转换器只用了其满量程的很小一部分，数据的分辨率会很差，且相对噪声增大。对于860和700系列的仪器，在CV扫速低于0.01V/s时，参数设定时可设自动灵敏度控制（AutoSens）。此外，TAFEL,BE和IMP都是自动灵敏度控制的。实验结束后，可执行Graphics菜单中的PresentDataPlot命令进行数据显示。这时实验参数和结果（例如峰高，峰电位和峰面积等）都会在图的右边显示出来。你可做各种显示和数据处理。很多实验数据可以用不同的方式显示。在Graphics菜单的GraphOption命令中可找到数据显示方式的控制，例如CV可允许你选择任意段的数据显示，CC可允许Q-t或Q-t1/2的显示，ACV可选择绝对值电流或相敏电流）任意相位角设定），SWV可显示正反向或差值电流，IMP可显示波德图或奈奎斯特图等等。要存储实验数据，可执行File菜单中的SaveAs命令。文件总是以二进制（Binary）的格式储存，用户需要输入文件名，但不必加.bin的文件类型。如果你忘了存数据，下次实验或读入其他文件时会将当前数据抹去。若要防止此类事情发生，可在Setup菜单的System命令中选择PresentDataOverrideWarning。这样，以后每次实验前或读入文件前都会给出警告（如果当前数据尚未存的话）。若要打印实验数据，可用File菜单中的Print命令。但在打印前，你需先在主视窗的环境下设置好你的打印机类型，打印方向（Orientation）请设置在横向（Landscape）。如果Y轴标记的打印方向反了，请用Font命令改变Y轴标记的旋转角度（90°或270°）。我们建议使用激光打印机，其速度快，分辨率好，可直接用于发表。你若要调节打印图的大小，可用GraphOptions命令调节XScale和YScale。若要切换实验技术，可执行Setup菜单中的Technique命令，选择新的实验技术，然后重新设定参数。如果要做溶出伏安法，则可在Control的菜单中执行StrippingMode命令，在显示的对话框中设置StrippingModeEnabled。如果要使沉积电位不同于溶出扫描时的初始电位（也是静置时的电位），可选择DepositionE，并给出相应的沉积电位值。只有单扫描伏安法才有相应的溶出伏安法，因此CV没有相应的溶出法。一般情况下，每次实验结束后电解池与恒电位仪会自动断开。做流动电解池检测时，往往需要电解池与恒电位仪始终保持接通，以使电极表面的化学转化过程和双电层的充电过程结束而得到很低的背景电流。用户可用Cell（电解池控制）命令设置CellOnbetweenI-tRuns。这样，实验结束后电解池将保持接通状态。其他注意事项仪器的电源应采用单相三线。其中地线应与大地联接良好。地线的作用不但可起到机壳屏蔽以降低噪声，而且也是为了安全，不致由漏电而引起触电。6仪器不宜时开时关，但晚上离开实验室时建议关机。使用温度15°C-28°C，此温度范围外也能工作，但会造成漂移和影响仪器寿命。电极夹头长时间使用造成脱落，可自行焊接，但注意夹头不要和同轴电缆