电化学分析仪器设计方案

在做过微电流测量以后（也就是为新材料传感器做过调理电路以后）又拿到了新的需求，设计电化学的测量仪器。

这个东西可能会是我做过集成度最高的项目，因为它涉及固件开发，模拟电路，以及交叉的电化学领域（高中的时候最想死的课），可能还有项目进度控制这些。

这篇文章呢，不会有什么特别的东西，只是看了一下午的资料，按照惯例我需要总结一下。

电化学其实就是使用一些确定的电信号去激励一个系统，然后再去测量系统的响应，接着求出一些东西。就是这么简单。难点是在于集成性，就是电化学有很多的计算模型，所以导致电学系统的涉及有不一样。

这个是4电极系统，就是4个电极怼到瓶子里面

这里是上面仪器的一些参数

首先就是电压的范围比较宽，Vpp可以到20V，正负电压的同时存在让系统设计变得很复杂。

电流的探测也是阶数跨越的很多，这里我不知道是激励还是测量，还没有完全搞明白。

这里面的一些测量方法我都会设计

这个是一个仪器的后面的接口

上面都是瑞士万通的仪器，这些基本上是目前很全的测量模式了

特别的需要说的是这个，是一个小巧的测量系统

这个真的想做！其实里面就是软件值钱，MCU=FAE+Cortex-M3，就是一个芯片已经集成了测量功能和控制后端了。而且做的真的很精致，喜欢。

这里面就是支持的一些算法

如果是说要搭建分立的器件的话，这里面都得有

也有专门的FAE前端，可以自己加MCU

这个是一个经典的恒电势测量框图

这个就是上面的仪器，正好我摸过

4电极系统

下面是个载板，好喜欢

表面的器件

完整的样子

这个是上面的模块框图

这里一个最简单的PH测量

pH 电极连接到 EmStat Pico 开发板的 RE_0 输入并引用 WE_0。注意：该方向给出反向电压响应。

RE_0 输入由 AD8606 运算放大器缓冲，以实现大于 1TΩ 的输入阻抗。RE_0 和 WE_0 处的电位记录 2 分钟，同时电极每 20 秒在 pH 4 和 pH 7 缓冲液之间交替切换。从一种缓冲液中提取 ISE 后，用去离子水冲洗，然后放入另一种缓冲液中。

测量PH

伏安循环法，也就是上面的4个电极就是干这个事情的

循环伏安法是一种将电压斜坡（例如，从 –1V 到 +1V）施加到溶液中的电极，然后从 +1V 回到 –1V，同时测量流经电极的电流的技术。该循环允许测量由于电极-溶液界面处的物质的氧化和还原而产生的阳极和阴极电流2 。该技术通常用于电活性物质的检测和定量，包括普鲁士蓝（一种常见染料）等金属络合物。

电化学阻抗谱 (EIS) 广泛用于研究表面的界面化学，例如腐蚀界面和电池电极。这通常是通过在小于 1 Hz 到 MHz 级别的频率下施加一个小的正弦电位并测量电流响应来完成的。 电化学界面可以通过电路元件的组合来建模。最简单的模型是兰德尔斯电路，它由两个电阻器和一个电容器组成。由于没有与代表扩散的 Warburg 元件等效的电路元件，因此将其省略。PalmSens 虚拟电池具有三个测试电路，其中包括标称值如图 8c 所示的 Randles 电池。其中，Rs是溶液（电解质）的电阻，Cdl是双层（界面）的电容，Rct是电荷转移（界面）电阻。 EIS 数据通常显示为奈奎斯特图或波特图，进一步的数学电路拟合确定等效电路内的元件值。

因为现在的电化学测量模块对于Python的支持都不好，就有上面的模块还是一个其它人的。这里的商机完全可以自己设计一个上众筹。

审核编辑：汤梓红