三電極體系是電化學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域的重要技術(shù)。三電極體系中的三電極是指：WE/SE工作電極（檢測(cè)電極、指示電極）、CE對(duì)電極（反電極，輔助電極）以及RE參比電極。所謂的三電極體系，是為了排除電極電勢(shì)因極化電流而產(chǎn)生的較大誤差而設(shè)計(jì)，它在普通的兩電極體系（工作電極與對(duì)電極）的基礎(chǔ)上引入了用以穩(wěn)定工作電極的參比電極。WE是主要的電極研究和操作對(duì)象，RE是電勢(shì)電極的比較標(biāo)準(zhǔn)，而CE主要用以通過(guò)極化電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電極的極化。

圖1 三電極體系結(jié)構(gòu)圖及電路圖

在圖1三電極體系電路中，P代表極化電源，為研究電極提供極化電流。mA和V分別為電流表和電壓表，用以測(cè)試電流和電勢(shì)。P、mA、C(CE)、W(WE)構(gòu)成的左側(cè)回路，稱(chēng)為極化回路，在極化回路中有極化電流通過(guò)，可對(duì)參比電極進(jìn)行測(cè)量和控制。V，R(RE)，W(WE)構(gòu)成了右側(cè)回路，稱(chēng)為測(cè)量控制回路，在此回路中，對(duì)研究電極的電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量和控制。由于回路中無(wú)極化電流流過(guò)，僅有極小的測(cè)量電流，所以不會(huì)對(duì)研究電極的極化狀態(tài)和參比電極的穩(wěn)定性造成干擾。由此可見(jiàn)，三電極體系可使研究電極表面通過(guò)極化電流，又不會(huì)妨礙研究的電極電勢(shì)的控制和測(cè)量，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電勢(shì)和電流的控制和測(cè)量。所以，大部分電化學(xué)研究測(cè)試均在三電極體系完成。電化學(xué)測(cè)試的方法有很多，如果按測(cè)試的特質(zhì)可分為以下幾大類(lèi)：穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法、暫態(tài)測(cè)試方法、伏安法、交流阻抗法等。

圖2 循環(huán)伏安測(cè)量的簡(jiǎn)化的測(cè)量電路

化學(xué)工程師或其他學(xué)科工程師可通過(guò)電測(cè)量技術(shù)研究化學(xué)反應(yīng)和態(tài)勢(shì)。循環(huán)伏安測(cè)量 (CV)是一種電位掃描方法，也是最常用的測(cè)量技術(shù)。CV以線性方式掃描電極電位隨時(shí)間變化，測(cè)量流經(jīng)電路的電流，通過(guò)三電極體系的伏安法測(cè)試IV數(shù)據(jù)，分析被測(cè)物有關(guān)的重要電化學(xué)特點(diǎn)。圖2則顯示了由一個(gè)三電極體系、一塊可調(diào)節(jié)的電壓源U、一個(gè)電流表Am和一個(gè)電壓表Vm組成的典型的電化學(xué)測(cè)量電路。工作電極WE和反電極CE之間電壓源U采用電壓掃描方式輸出電壓。工作電極WE與參比電極RE之間的電壓用電壓表Vm測(cè)量，然后調(diào)節(jié)整體電壓U，在工作電極WE和參比電極RE之間保持需要的電壓UE，用電流表Am測(cè)量得到電流I。隨后通過(guò)對(duì)一定的電壓U值范圍重復(fù)這一測(cè)試過(guò)程。

圖3 循環(huán)伏安測(cè)試圖

循環(huán)伏安測(cè)試如圖3所示，循環(huán)伏安測(cè)量一般使用恒電位儀進(jìn)行測(cè)量，這是一種常用的電化學(xué)測(cè)量?jī)x器。恩智NGI N2600系列高精密數(shù)字源表（SMU）集5臺(tái)儀器（電壓源、電流源、IVR測(cè)量）功能于一體，可搭建電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)作為替代方案進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)量和其他電化學(xué)測(cè)試。

圖4 源表-三電極體系接線圖

如圖4把儀器設(shè)置成4線制接法提供電壓并測(cè)量電流。儀器的4個(gè)端子連接到三電極體系上，源表+極和S+端子連接到工作電極WE上輸出電壓，測(cè)量從工作電極WE到反電極CE的電流。S-端子連接到參比電極RE上，-極端子連接到反電極CE上。儀器測(cè)量工作電極WE和反電極CE之間（S+端子和S-端子之間）的電壓差，保持電壓不變。在源表設(shè)定為在4線制輸出電壓時(shí)，遠(yuǎn)程補(bǔ)償能消除源表與被測(cè)物之間因引線電阻而造成的電壓降，確保為工作電極提供指定的電壓。

N2600系列源表能同時(shí)輸出超高精度的電壓源和電流源并提供測(cè)量功能，達(dá)6位半分辨率，最小分辨率為1μV、10pA、10μΩ；集成線性掃描、對(duì)數(shù)掃描模式，掃描方案通過(guò)設(shè)定函數(shù)關(guān)系及保護(hù)點(diǎn)后自動(dòng)運(yùn)行，兩種基本掃描波形可設(shè)置為單事件或連續(xù)工作，非常適用于電化學(xué)測(cè)試中循環(huán)伏安特性分析與研究。N2600系列源表還采用四象限工作、同步觸發(fā)功能、七檔電流范圍設(shè)置，最大采樣速度可達(dá)100ksps，掃描速度可達(dá)1ms每點(diǎn)，能快速的建立掃描，縮短測(cè)試時(shí)間，提高測(cè)試數(shù)據(jù)的精確度。綜上所述，N2600系列高精密源表多種內(nèi)建功能使其成為電化學(xué)循環(huán)伏安特性測(cè)試的理想選擇。

N2600 系列高精密數(shù)字源表(SMU）