引言 - 什麼是伏安法

所謂伏安法，“伏”者電壓也，“安”者電流也。它本就是一門專門研究電壓和電流之間關系的物理方法，同時也被廣泛地應用在化學分析領域，是電化學分析方法中最重要的分析測試方法之一。

在物理中，它是測量電阻的小能手，因為它基於的就是最基本的“歐姆定律”：

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別小看這麼一個簡單的物理原理和公式，在電化學分析領域中，它可是幫瞭化學傢們的大忙。從它衍生出瞭許多電化學分析技術，用來解決各種不同的實際問題。

起源 - 伏安法的歷史

盡管人們很早就知道瞭伏安法，但是早期的伏安法存在許多問題，限制瞭它在分析化學中的應用。

1922年，32歲的捷克斯洛伐克化學傢Jaroslav Heyrovský（1890-1967）發明瞭極譜法技術，才使得伏安法真正大放異彩。1959年，Heyrovský因此還獲得瞭諾貝爾化學獎。

早期，在伏安法中有2個典型的問題始終得不到解決：

1. 汞在比+0.2V更正的電位下，會被氧化，這使得分析在正電位區間的物質非常困難；
2. 電極表面大電容充電產生的殘餘電流。

當Heyrovský在1922年首次記錄到流過流過滴汞電極的電流對外加電位的第一依賴性時，他逐點測量並繪制瞭電流-電壓曲線。這被認為是世界上第一個極譜圖。為瞭進一步研究這個過程，他與Masuzo Shikata（1895-1964，日本化學傢及電化學先驅）一起構建瞭現在所知的極譜儀，並用它在幾個小時內用照片記錄瞭相同的曲線。

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Heyrovský首先認識到瞭電勢及其控制的重要性，也意識到瞭測量極限電流的機會。他是將滴汞電極引入現代電化學分析領域的重要人物之一。

1942年，Archie Hickling發明瞭第一臺三電極恒電位儀，這是電化學領域的一個重要進步。這種恒電位儀可以用來控制電極的電壓。與此同時，在20世紀40年代末，Kenneth Stewart Cole（1900-1984，美國生物物理學傢）發明瞭一種電子電路，他稱之為電壓鉗。這種電壓鉗可以用來分析神經離子傳導。

Kenneth Stewart Cole

20世紀60年代和70年代，在理論、儀器和引入計算機輔助和控制系統方面取得瞭許多進展。因此，基於汞電極的現代極譜法和伏安法主要分為三個研究方向：

1. 汞電極。至今，人們研制瞭各式各樣的汞電極：滴汞電極、蒸汞電極、懸汞電極、靜態滴汞電極、汞膜電極、汞齊電極、汞微電極、化學修飾汞電極、控制生長汞電極、可收縮汞滴電極等；
2. 測量技術。由於計算機技術的發展，湧現出瞭各種測量技術：經典直流極譜法、示波極譜法、卡盧塞克開關極譜法、交流極譜法、tast極譜法、正常脈沖極譜法、微分脈沖極譜法、方波伏安法、循環伏安法、陽極溶出伏安法、卷積法和消除法等；
3. 預富集技術。這是伴隨陽極溶出伏安法、陰極溶出伏安法和吸附溶出伏安法的發展而產生的，可以提高汞電極的靈敏度。

這些進步不僅提高瞭靈敏度，創造瞭新的分析方法，更促使工業領域生產出瞭更便宜的恒電位儀、電極和電池，可以有效地用於日常分析工作。

技術 - 伏安法的分類及應用

1. 線性掃描伏安法（LSV）：根據電流-電位曲線測得的峰電流與被測物的濃度呈線性關系，可作定量分析，適合於有吸附性物質的測定。
2. 階梯伏安法（SCV）：高掃描速度，常用於研究電子轉移速率等。
3. 方波伏安法（SWV）：廣泛應用於物質的定量分析和動力學研究。
4. 循環伏安法（CV）：一般用於測量擴散系數（diffusion coefficient）和半電池還原電位（half cell reduction potential）。
5. 陽極溶出伏安法（ASV）：用於金屬陽離子的痕量分析。金屬陽離子先沉積在工作電極上，再被氧化溶出並測量溶出過程的電流。
6. 陰極溶出伏安法（CSV）：用於陰離子的痕量分析。 采用正電位將汞電極氧化，形成不可溶的陰離子沉淀，然後施加負電位將沉積的膜還原到溶液中。
7. 吸附溶出伏安法：用於痕量分析。分析物通過吸附沉積在電極表面，然後電解產生信號。通常采用化學修飾電極。
8. 交流伏安法：常用於測量電極反應的動力學參數和研究反應機理。
9. 極譜法： 采用滴汞電極作為工作電極，其陰極范圍寬及表面可更新。
10. 旋轉電極伏安法： 基於流體動力學技術開發的高速轉動的特殊工作電極，一般分為旋轉盤電極（rotating disk electrode，RDE）或旋轉環盤電極（rotating ring-disk electrode，RRDE）。該技術主要用於研究半反應的動力學和電化學反應機理。
11. 常規脈沖伏安法：在一個固定電位上加一個幅度逐步增加的電位脈沖。
12. 微分脈沖伏安法：在一個線性增加的電位上加一個幅度固定的電位脈沖。
13. 計時電流法：在工作電極與參比電極之間施加一個階躍電勢作為激勵，由氧化還原反應產生的隨時間變化的響應電流流過工作電極和對電極，電流初始值較大，並隨時間逐漸減小。多用於電化學反應的機理研究。

典型應用 - AMEL 4330及4330/P

意大利Amel極譜儀產品線自1964年誕生，歷史悠久，符合多項國傢標準。主要應用於海水檢測和火電方面。主打產品極譜儀4330，它將懸汞電極、旋轉圓盤電極和靜態電極融為一體，包含瞭所有的伏安分析技術，檢測限可達ppb級，同時可測定樣品的pH值和溫度。通過VApeak控制軟件記錄測定數據，並可自動計算結果。軟件界面清晰，操作直觀，實驗參數和相關伏安分析圖顯示在同一界面上，通過軟件可扣除背景，線性或非線性曲線尋找基線。軟件可對測量曲線進行求導、積分、疊加、平滑、查找特殊點等操作。

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應用范圍廣泛：

（1）重金屬分析：伏安分析儀不僅可以測定總量，而且還可以測定金屬離子不同價態或重金屬有機物的型態。可以分析遊離態和結合態的金屬。伏安分析儀是環境分析的有效手段。 伏安分析儀沒有高濃度基體幹擾的問題，如高純化學試劑、電鍍液中痕量成分的分析。

（2）有機物分析：伏安分析儀不僅可以測定金屬離子，而且可以測定有機物。例如污染物分析、藥物化學中活性成分的分析。

（3）測定陰離子：伏安分析儀還可測定陰離子。例如環境中的氰根、亞硫酸根、亞硝酸根、硝酸根等。

支持的常規電化學技術：

Detection 檢測

AD Amperometric Detection 安培檢測

PD Potentiometric Detection 電位檢測

DSA Double Step Amperometry 雙階躍電流法

DSV Double Step Potentiometry 雙階躍電位法

PAD Pulsed Amperometric Detection 脈沖安培檢測

Voltammetric 伏安法

LSV Linear Scan Voltammetry 線性掃描伏安法

CYV Cyclic Voltammetry 循環伏安發

GLV Galvanostatic Linear Voltammetry 恒電流線性伏安法

GCV Galvanostatic Cyclic Voltammetry 恒電流循環伏安法

SWV Square Wave Voltammetry 方波伏安法

NPV Normal Pulse Voltammetry 常規脈沖伏安法

ACV Alternating Current Voltammetry 交流伏安法

DPV Differential Pulse Voltammetry 差分脈沖伏安法

DNV Differential Normal Pulse Voltammetry 差分正態脈沖伏安法

DAV Differential Alternate Pulse Voltammetry 差分交替脈沖伏安法

Stripping 溶出法

LSS Linear Scan Stripping 線性掃描溶出法

ACS Alternate Current Stripping 交流溶出法

SWS Square Wave Stripping 方波溶出法

DAS Differential Stripping 差分溶出法

DPS Differential Pulse Stripping 差分脈沖溶出法

DNS Differential Normal Pulse Stripping 差分正態脈沖溶出法

PSA Potentiometric Stripping Analysis 電位溶出分析

CCSA Constant Current Stripping Analysis 恒電流溶出分析

意大利AMEL公司成立於1959年，是意大利第一傢生產恒電位儀和其他電化學設備的公司，該公司成長於意大利東北部的Padova大學，該大學是世界最古老的中世紀大學之一，建於1222年，伽利略曾在此授課。

意大利AMEL公司的主要實驗室和設施均位於意大利米蘭。生產線和最終測試線配備瞭最先進的儀器。公司質量體系符合ISO 9001：2005和EN ISO 13485:2016。同時Amel公司目前也是意大利主要大學的積極研究夥伴。

理化（香港）有限公司是Amel極譜儀產品在中國地區的授權代理。理化有限公司（香港）是專業的理化實驗室儀器代理商，擁有多年的科研儀器銷售和服務經驗，廣泛服務於教育科研機構、知名企業和政府機構。

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