伏安法的諧波和相角研究及其分析套用

《伏安法的諧波和相角研究及其分析套用》是依託華南理工大學，由王立世擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：伏安法的諧波和相角研究及其分析套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王立世
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

伏安法是一種非常重要而且套用廣泛的電化學表征、分析方法。傳統的伏安法主要依據氧化還原電位分辨不同物質，然而對於電化學性質十分接近的物質，一直存在選擇性差、解析度低的問題；近來大量研究集中在修飾電極以解決這一問題，但是修飾電極存在製備過程繁瑣，測試過程中不穩定的問題。本項目的研究擬利用大振幅正弦伏安法激發電化學體系，對回響電流進行傅立葉變換，採集基次及高次諧波的信號，利用指紋相角信號分辨電化學性質相近的物質。即，對於給定的電化學體系，首先採用傅立葉變換大振幅階梯正弦伏安法尋找可以實現目標物質與干擾物質的最佳分辨的諧波與相位差，然後在給定的直流電位上疊加大振幅正弦波施加於電化學體系，通過傅立葉變換在最佳的諧波和相位下實驗目標物質的高靈敏度檢測。本項目擬通過研究構建一套諧波與相位的分析檢測技術理論和套用方法，並將其套用於生物物質電化學感測器及液|液界面離子遷移轉感器的研究。

結題摘要

以諧波的相角作為研究對象,結果表明正弦伏安中諧波的相角與電化學過程熱力學和動力學都有非常密切的關係: (1) 二次諧波的相角在氧化還原電位附近會發生急劇的翻轉，且其他高次諧波也有類似規律(N次諧波有N-1個翻轉點)，因此諧波相角在氧化還原電位附近有很高的解析度；(2) 各次諧波具體的相角值與電化學過程動力學有很直接的相關性，隨著電化學過程逐漸從可逆轉向不可逆，諧波的相角也從45度或者135度逐漸負移； (3) 藉助諧波的這兩個性質，對於化學結構非常相近的物質，即使其氧化還原電位非常接近甚至完全相同，通過諧波相角依然可以將其區分開來予以選擇性檢測，這對提高伏安法的解析度有重要意義。 通過將正弦伏安與超微電極上納米粒子的碰撞相結合構建具有單納米粒子級別解析度的電分析方法，結果表明如果在超微電極上施加一個大振幅的正弦波，當一個納米粒子碰撞到超微電極後諧波的相位會出現一個突變。這個突變可作為納米粒子碰撞到電極的指示。在此碰撞點附近，單個納米粒子所產生的信號可同時在時域和頻域予以提取和分析，通過該手段可實現對單個納米粒子的性質進行分析。該方法實現了單納米粒子多維度的電化學分析，具有重要的套用意義。此外該方法的實驗和數據分析策略可套用於其他離散信號體系，具有很強的通用性。