XRS-CHI400C系列時(shí)間分辨電化學(xué)石英晶體微天平(EQCM)是CH Instruments與武漢大學(xué)合作的產(chǎn)品(武漢大學(xué))。石英晶體微天平(QCM)可進(jìn)行靈敏的質(zhì)量測(cè)量。在適當(dāng)?shù)臈l件下，石英晶體上沉積的質(zhì)量變化和振動(dòng)頻率移動(dòng)之間關(guān)系呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系(Sauerbrey公式)：

Df = -2f_o² Dm / [A · sqrt(mr)]

式中是f_o晶體的基本諧振頻率，A是鍍?cè)诰w上金盤的面積，r是晶體的密度(=2.684g/cm³)，m是晶體切變系數(shù)(= 2.947′10¹¹ g/cm·s²)。對(duì)于我們的晶體(f_o = 7.995MHz, A = 0.196 cm²)，每赫茲的頻率改變相當(dāng)于1.34 ng。QCM和EQCM被廣泛應(yīng)用于金屬沉積，高分子膜中離子傳遞，生物傳感器，以及吸附解吸動(dòng)力學(xué)的研究等等。

CHI400C系列電化學(xué)石英晶體微天平含石英晶體振蕩器，頻率計(jì)數(shù)器，快速數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，高分辨高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，電位電流信號(hào)濾波器，信號(hào)增益，iR降補(bǔ)償電路，以及恒電位儀／恒電流儀（440C）。電位范圍為±10V，電流范圍為±250mA。電流測(cè)量下限低于50pA。石英晶體微天平和恒電位儀/恒電流儀集成使得EQCM測(cè)量變得十分簡(jiǎn)單方便。CHI400C系列采用時(shí)間分辨的方式測(cè)量頻率的改變。傳統(tǒng)的方法是采用頻率直接計(jì)數(shù)的方法，要得到1Hz的QCM分辨率，需要1秒的采樣時(shí)間。要得到0.1Hz的QCM分辨率，需要10秒的采樣時(shí)間。我們是將QCM的頻率和一標(biāo)準(zhǔn)頻率的差值作周期測(cè)量，從而大大縮短了采樣時(shí)間，提高了時(shí)間分辨。我們可在毫秒級(jí)的時(shí)間里得到1Hz或0.1Hz或更好的頻率分辨。當(dāng)和循環(huán)伏安法結(jié)合時(shí)，可允許在0.5V/s的掃描速度下獲得QCM的信號(hào)。這對(duì)需要較快速的測(cè)量(例如動(dòng)力學(xué)測(cè)量)尤為重要。允許與QCM結(jié)合的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)包括CV，LSV，CA，i-t，CP。

400C系列在測(cè)量QCM頻率變化的同時(shí)，還能測(cè)量晶體諧振網(wǎng)絡(luò)的電阻變化。

400C系列也是相當(dāng)快速的儀器。信號(hào)發(fā)生器的更新速率為10MHz，數(shù)據(jù)采集速率為1MHz。循環(huán)伏安法的掃描速度為1000V/s時(shí)，電位增量?jī)H0.1mV。又如交流伏安法的頻率可達(dá)10KHz。儀器可工作于二，三，或四電的方式。四電對(duì)于大電流或低阻抗電解池（例如電池）十分重要，可消除由于電纜和接觸電阻引起的測(cè)量誤差。由于儀器集成了多種常用的電化學(xué)測(cè)量技術(shù)，使得儀器可用作通用電化學(xué)測(cè)量，也可單獨(dú)用作石英晶體微天平的測(cè)量(不同時(shí)進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量)。

CHI400C系列EQCM還包括一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的電解池，如圖1(a)所示。電解池由三塊圓形的聚四氟乙烯組成。直徑為35mm，總高度為37mm。上面的是蓋子，用于安裝參比電和對(duì)。中間的是用于放溶液的池體。石英晶體被固定于中間和底下的部件之間，通過橡膠圈密封，并用螺絲固定。石英晶體的直徑為13.7mm，晶體兩面的中間鍍有5.1mm直徑的金盤電(其它電材料需特殊定做)。新晶體的諧振頻率是7.995 MHz。

圖2顯示了1mM Pb²⁺在0.1MHClO₄溶液中欠電位沉積的循環(huán)伏安圖和作為電位函數(shù)的相應(yīng)的頻率改變。掃描速度為0.05V/s。在-0.42V出現(xiàn)的陰峰是由于單層欠電位沉積。-0.29V處的陽峰是由于鉛的溶出。頻率-電位圖顯示了由于鉛沉積而使頻率下降了25Hz(相當(dāng)于33.5ng)。

圖 1 . 典 型 的 電 化 學(xué) 石 英 晶 體 微 天 平 儀 器 的 圖 示 。 (a) 石 英 晶 體 的 兩 面 都 用 真 空 鍍 膜 機(jī) 鍍 上 了 金 膜 ， 其 諧 振 頻 率 為 7.995 M Hz 。 晶 體 朝 上 的 一 面 的 金 盤 與 溶 液 接 觸 同 時(shí) 也 作 為 工 作 電 。 晶 體 和 安 裝 支 架 的 俯 視 圖 見 電 解 池 右 邊 。 (b) QCM 晶 體 振 蕩 時(shí) 晶 體 切 變 的 側(cè) 視 示 意 圖 。 為 了 清 晰 ， 晶 體 的 厚 度 和 切 變 被 放 大 了 。

圖 2 . 鉛 欠 電 位 沉 積 的 循 環(huán) 伏 安 圖 和 QCM 圖 。 掃 描 速 度 為 0.05 V/s 。

硬件參數(shù)指標(biāo)

恒電位儀 恒電流儀 (Model440C) 電位范圍: -10to10V 電位上升時(shí)間: <2微秒 槽壓: ±12V 三電或四電設(shè)置 電流范圍: 250mA 參比電輸入阻抗: 1′1012歐姆 靈敏度: 1′10-12-0.1A/V共12檔量程 輸入偏置電流: <50pA 電流測(cè)量分辨率: <1pA CV的zui小電位增量: 0.1mV 電位更新速率: 10MHz 數(shù)據(jù)采集: 16位分辨@1MHz 自動(dòng)及手動(dòng)iR降補(bǔ)償

CV和LSV掃描速度: 0.000001-5000V/s 電位掃描時(shí)電位增量: 0.1mV@1000V/s CA和CC脈沖寬度: 0.0001-1000sec CA和CC階躍次數(shù): 320 DPV和NPV脈沖寬度: 0.0001-10sec SWV頻率: 0.1-100kHz ACV頻率: 0.1-10kHz SHACV頻率: 0.1-5kHz 自動(dòng)電位和電流零位調(diào)整 電流測(cè)量低通濾波器,自動(dòng)或手動(dòng)設(shè)置，覆蓋八個(gè)數(shù)量級(jí)的頻率范圍 旋轉(zhuǎn)電控制輸出: 0-10V(430C以上型號(hào)) 電解池控制輸出: 通氮，攪拌，敲擊 zui大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度: 256K-1,384K點(diǎn)可選 儀器尺寸: 37cm (寬) x 23cm (深) x 12cm (高) 儀器重量: 3.3kg

CHI400C系列儀器不同型號(hào)的比較

功能	400C	410C	420C	430C	440C
循環(huán)伏安法（CV）	l	l	l	l	l
線性掃描伏安法（LSV）#	l	l	l	l	l
階梯波伏安法（SCV）#				l	l
Tafel圖（TAFEL）				l	l
計(jì)時(shí)電流法（CA）	l		l	l	l
計(jì)時(shí)電量法（CC）	l		l	l	l
差分脈沖伏安法（DPV）#		l	l	l	l
常規(guī)脈沖伏安法（NPV）#		l	l	l	l
差分常規(guī)脈沖伏安法（DNPV）#					l
方波伏安法（SWV）#			l	l	l
交流（含相敏）伏安法（ACV）#				l	l
二次諧波交流（相敏）伏安法（SHACV）#				l	l
電流-時(shí)間曲線（i-t）				l	l
差分脈沖電流檢測(cè)（DPA）					l
雙差分脈沖電流檢測(cè)（DDPA）					l
三脈沖電流檢測(cè)（TPA）					l
控制電位電解庫侖法（BE）	l		l	l	l
流體力學(xué)調(diào)制伏安法（HMV）					l
掃描-階躍混合方法（SSF）					l
多電位階躍方法（STEP）					l
計(jì)時(shí)電位法（CP）					l
電流掃描計(jì)時(shí)電位法（CPCR）					l
多電流階躍（ISTEP）					l
電位溶出分析（PSA）					l
開路電壓-時(shí)間曲線（OCPT）	l	l	l	l	l
恒電流儀					l
RDE控制（0-10V輸出）				l	l
任意反應(yīng)機(jī)理CV模擬器				l	l
預(yù)設(shè)反應(yīng)機(jī)理CV模擬器	l	l	l
價(jià)格（元）*	32,300	32,300	41,500	50,700	57,600

注： #：包括相應(yīng)的譜法和溶出伏安法．用于譜法時(shí)需要特殊的靜汞電或敲擊器．

*：價(jià)格不包括計(jì)算機(jī)．儀器的保修期為一年．

北京西潤(rùn)斯儀器儀表有限公司
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