僅僅通過(guò)表面觀測(cè)無(wú)法對(duì)電鍍或腐蝕等化學(xué)變化進(jìn)行定量測(cè)定。使微小電流流過(guò)樣品,測(cè)量它的阻抗,定量地表征化學(xué)變化的量叫做化學(xué)阻抗。
如圖1所示,化學(xué)阻抗的測(cè)定是在電解液中設(shè)置兩個(gè)電極——工作電極(working electrode)和對(duì)電極(counter electrode),為了檢出工作電極附近溶液的電壓,再使用一個(gè)參考電極(reference electrode)(也有不能使用干電池等參考電極的情況)。
圖1 化學(xué)阻抗與驅(qū)動(dòng)裝置
工作電極的表面(界面)是發(fā)生電荷遷移反應(yīng)的場(chǎng)所,通過(guò)測(cè)量這里的阻抗,可以了解物質(zhì)的性質(zhì)和反應(yīng)(腐蝕或電鍍的進(jìn)行狀態(tài));瘜W(xué)阻抗的測(cè)定廣泛應(yīng)用于下面各領(lǐng)域:①腐蝕、防腐、電鍍材料的研究;②細(xì)胞、體液、皮膚、生物體膜的研究;③各種電池、電解電容器、高分子電介質(zhì)材料的評(píng)價(jià)。
根據(jù)樣品的阻抗情況,化學(xué)阻抗采用如圖1所示的驅(qū)動(dòng)裝置。在用恒定電壓測(cè)量樣品的場(chǎng)合,要用參考電極的檢測(cè)電壓加反饋(叫做電勢(shì)啟動(dòng)),在用恒定電流測(cè)量的場(chǎng)合,要用檢出電流加反饋(叫做磁啟動(dòng))。
電解液與電極接觸構(gòu)成的電化學(xué)系統(tǒng)的阻抗由以下三個(gè)部分構(gòu)成:①電解液的電阻R;②界面空間電荷層構(gòu)成的電容C_d;③發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)電荷或物質(zhì)的移動(dòng)所產(chǎn)生的阻抗Z_f(法拉第阻抗)。其等效電路如圖2所示。這是由電阻和電容構(gòu)成的化學(xué)阻抗的等效電路。按照復(fù)頻率進(jìn)行測(cè)量,如圖3所示,各頻率中以實(shí)數(shù)成分尺為X軸,以虛數(shù)成分X為Y軸,做成所謂的Cole-Cole圖,它能夠表征化學(xué)阻抗的各參數(shù)。
圖2 化學(xué)阻抗的等效電路
圖3 Cole-Cole圖
一般的化學(xué)阻抗中,C作為負(fù)的虛數(shù)成分標(biāo)記在X軸的下方。不過(guò)在Cole—Cole圖中,由于對(duì)象只是電阻和電容,所以C標(biāo)記在X軸的上方,只表現(xiàn)在第一象限中。
在使用鎖相放大器測(cè)量的場(chǎng)合,是電勢(shì)啟動(dòng)連接?刂茦悠返碾妷簽楹愣ǎ瑢(lái)自樣品的檢測(cè)電流信號(hào)作為鎖相放大器的輸人信號(hào),由振幅和相位求阻抗。
為了在復(fù)頻率下進(jìn)行化學(xué)阻抗的測(cè)量,采用被稱為鎖相放大器數(shù)字版的頻率分析器(frequency response analyzer)進(jìn)行測(cè)量,它能夠進(jìn)行頻率掃描,使用更方便。