ChemNet
 
 Химический факультет МГУ

Книги сотрудников факультета

А. А. Карякин Основы электрохимического анализа - Москва : Издательство Московского университета, 2025. — 230, [2] с. : ил. — (Классический университетский учебник).ISBN 978-5-19-012240-4

А. А. Карякин

Основы электрохимического анализа

Москва : Издательство Московского университета,
2025. — 230, [2] с. : ил.
Классический университетский учебник
ISBN 978-5-19-012240-4

С целью упрощения восприятия и соблюдения строгости изложения материала по фундаментальной электрохимии и электроаналитической химии введено корректное условие равновесия фаз для вывода основного уравнения электрохимической термодинамики, исключен скачок потенциала на границе металл/металл, детерминирована «обратимая электродная реакция», прослежены параллели между циклической и квадратно-волновой вольтамперометрией, упрощено изложение импедансной спектроскопии. Определена природа абсолютного потенциала. Рассмотрены примеры современного электроанализа, включая биосенсоры.

Учебник предназначен для студентов вузов и дипломированных специалистов.


Рецензенты:
 
Козицына А. Н. — доктор химических наук, профессор, заведующая кафедрой аналитической химии Уральского университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
Супрун Е. В. — доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник НИЛ «Радионуклидов и меченых соединений» кафедры радиохимии химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова

В 2025 году Московскому университету — старейшему университету России — исполняется 270 лет. За без малого три века он выучил, вырастил и выпустил в жизнь огромную плеяду выдающихся ученых и педагогов. Люди Московского университета сформировали всемирно признанные научные школы, разработали эффективные методики преподавания разных дисциплин, внеся тем самым весомый вклад в успешное научно-технологическое и духовно-нравственное развитие нашей страны. Многие из них создали замечательные книги, в которых ярко отражены как научные и педагогические достижения, так и история самого университета.

Готовясь к юбилею, мы издаем и переиздаем книги, которые дают наилучшее представление об интеллектуальном богатстве Московского университета, о его вкладе в науку и образование. Издательские серии «Классический университетский учебник», «Труды выдающихся ученых МГУ», «История Московского университета», «Из сокровищницы Московского университета» включают ставшие классикой учебники, на которых выросло не одно поколение студентов, фундаментальные научные монографии, книги, повествующие об истории и современности старейшего и крупнейшего университета России.

Посвящая этот издательский проект 270-летию нашей Альма-матер, мы надеемся привлечь внимание читателей к достижениям университетских ученых в разных областях знания, к многогранному научно-образовательному наследию Московского университета, чья книжная сокровищница продолжает пополняться фундаментальными трудами, становясь к юбилею еще богаче.

Ректор Московского университета академик
В. А. Садовничий

Посвящается памяти Е. Е. Карякиной

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие      7
Глава I. Электрохимическая термодинамика   8
I.1 Химический и электрохимический потенциалы   8
I.2 От химического равновесия к равновесию между фазами   11
I.3 Электродвижущая сила (ЭДС) реакции   13
I.4 Электродный потенциал   18
I.5 Поляризуемая граница раздела фаз (интерфейс)   20
I.6 Полуреакции и восстановительные потенциалы   22
I.7 Уравнение Нернста   24
I.8 Абсолютный потенциал   26
I.9 Двойной электрический слой   29
Глава II. Электрохимическая кинетика   34
II.1 Ток — кинетический параметр   34
II.2 Константа равновесия и константа скорости   35
II.3 Связь между током и потенциалом   38
II.4 Уравнение разряда обратимой реакции   39
II.5 Ток обмена   40
II.6 Уравнение разряда при отсутствии массопереноса   41
    II.6.1 Ток обмена и электроды сравнения   42
    II.6.2 Уравнение разряда при малых перенапряжениях   42
    II.6.3 Уравнение разряда при больших перенапряжениях   43
II.7 Ячейки для электрохимической кинетики   44
II.8 Современная теория переноса электрона   46
Глава III. Массоперенос   50
III.1 Введение   50
III.2 Общие уравнения массопереноса   51
III.3 Диффузионные законы Фика   52
III.4 Теория Эйнштейна — ван Смолуховского и вывод диффузионных законов   53
III.4.1 Вывод первого диффузионного закона   53
III.4.2 Вывод второго диффузионного закона   56
III.5 Общее решение уравнений диффузионных законов   57
III.6 Стационарный ток и диффузионный слой Нернста   59
    III.6.1 Стационарный ток в одномерном приближении   59
    III.6.2 Диффузионный слой Нернста   60
III.7 Об обратимой электродной реакции   62
Глава IV. Гидродинамика   65
IV.1 Введение   65
IV.2 Вращающийся дисковый электрод   67
    IV.2.1 Предельный ток вращающегося дискового электрода   67
    IV.2.2 Раздельное определение диффузионного и кинетического тока   68
IV.3 Проточные электроды   70
    IV.3.1 Тонкослойные проточные ячейки (электроды)   71
    IV.3.2 Проточные ячейки типа wall-jet   72
    IV.3.3 Разделение диффузионного и кинетического токов wall-jetэлектродов   74
Глава V. Стационарные методы   77
V.1 Хроноамперометрия   77
V.2 Кулонометрия   79
    V.2.1 Кулонометрия в тонком слое   82
    V.2.2 Преимущества кулонометрического персонального глюкозного теста   83
V.3 Кондуктометрия   86
    V.3.1 Кондуктометрия нананопоре   87
    V.3.2 Регистрация единичной молекулы   87
    V.3.3 Секвенирование ДНК   89
V.4 Полярография   90
    V.4.1 Полярографические волны (обратимая электродная реакция)   90
    V.4.2 Стационарные волны квазиобратимой и необратимой реакций   93
V.4.3 Обратимое связывание одного из компонентов реакции   95
Глава VI. Циклическая вольтамперометрия   98
VI, 1 Линейная развертка потенциала и циклическая вольтамперометрия      98
VI.2 Циклическая вольтамперометрия реакции в разных режимах   100
    VI.2.1 Циклическая вольтамперометрия (ЦВА) обратимойэлектродной реакции   101
     VI.2.2 ЦВА квазиобратимой и необратимой электродных реакций   102
    VI.2.3 Определение электрохимической константы из ЦВА   105
VI.3 Емкость двойного электрического слоя в циклической вольтамперометрии   106
VI.4 Циклическая вольтамперометрия при адсорбции   107
    VI.4.1 Адсорбированы окисленная и восстановленная формы   107
    VI.4.2 Адсорбируется только одна из форм   109
VI.4.3 Определение электрохимической константы   110
VI.5 Циклическая вольтамперометрия каталитической реакции   112
VI.6 Электросинтез методом циклической вольтамперометрии   113
VI.7 Заключительные замечания   115
Глава VII. Скачок потенциала или тока   116
VII. 1 Скачок потенциала   116
    VII. 1.1 Хроноамперометрия в случае планарной диффузии   116
    VII. 1.2 Микроэлектроды   119
VII.2 Стационарный ток в случае трехмерного варианта второго закона Фика      122
VII.3 Электрохимическая микроскопия   125
VII.4 Хронопотенциометрия   127
Глава VIII. Импульсные методы   130
VIII.1 Введение   130
VIII.2 Нормальная и дифференциальная импульсная вольтамперометрия   131
VIII.3 Квадратно-волновая вольтамперометрия   134
    VIII.3.1 Квадратно-волновая вольтамперометрия обратимой реакции   137
    VIII.3.2 КВВ необратимой и квазиобратимой реакций   141
    VIII.3.3 Вычисление кинетических параметров из КВВ   143
    VIII.3.4 Квадратно-волновая вольтамперометрия адсорбированных веществ   146
Глава IX. Stripping (инверсионная) вольтамперометрия   151
IX.1 Суть метода   151
IX.2 Анодная stripping вольтамперометрия   153
IX.3 Другие варианты накопления и детектирования   154
Глава Х. Спектроскопия электрохимического импеданса   156
Х.1 Введение      156
 Х.2 Импедансная спектроскопия      157
    Х.2.1 Сопротивление и емкость в переменном токе; фазовая диаграмма      158
   Х.2.2 Комплексная амплитуда      159
Х.З Электрохимический импеданс без учета диффузии      161
   Х.3.1 Импеданс стадии переноса заряда      161
   Х.3.2 Импеданс электродной реакции (Рендлса — Шевчика)      162
   Х.3.3 Импеданс в отсутствие фарадеевской реакции      163
   Х.3.4 Элемент постоянной фазы      164
Х.4 Диффузионный импеданс      165
   Х.4.1 Импеданс Варбурга (Warburg) — полубесконечное приближение      165
   Х.4.2 Импеданс с диффузионным слоем ограниченной толщины      166
Х.5 Импедансные спектры реальных систем      168
   Х.5.1 Импеданс электродной реакции      168
   Х.5.2 Импедиметрические сенсоры      170
   Х.5.3 Импеданс проводящих полимеров      171
Глава XI. Ионометрия   174
XI. 1 Потенциометрия   174
   XI.1.1 Схема измерения   174
   XI. 1.2 Природа трансмембранного потенциала   175
   XI. 1.3 Калибровочный график и мешающие ионы   177
   XI. 1.4 Жидкие мембраны   179
   XI. 1.5 Понижение предела обнаружения ионоселективных электродов   180
    XI. 1.6 Твердоконтактные ионоселективные электроды   181
    XI. 1.7 Супернернстовский рН-электрод на основе полианилина   182
XI.2 Амперометрия как альтернатива потенциометрии для ионометрии   184
    XI.2.1 Ионоселективный полевой транзистор (ISFET)   184
    XI.2.2 Проточно-инжекционная амперометрия твердоконтактных ионоселективных электродов   185
XI.3 Граница раздела несмешивающихся жидкостей (liquid-liquid interface)   187
Глава XII. Электрокатализ и биосенсоры   190
XII. 1 Электрокатализ и биоэлектрокатализ   190
    XII.1.1 Электрокатализ   190
    XII. 1.2 Биоэлектрокатализ   193
XII.2 Биосенсоры   198
    ХП.2.1 Определения и классификации      198
    ХП.2.2 Из истории создания      201
    ХП.2.3 Три поколения биосенсоров      202
    ХП.2.4 Персональные глюкозные тесты      204
    XII.2.5 Малоинвазивный и неинвазивный мониторинг   206
   Список литературы      210
   Приложение А      222
   Оглавление      224

Предисловие

Целью автора было упростить понимание электрохимии, чтобы превратить ее из догмы в удобный инструмент как для исследователей, так и при использовании в рутинном анализе. Поиски строгости изложения привели к пересмотру некоторых основ, в частности электрохимической термодинамики. Кроме того, рассмотрение принятого в зарубежной литературе понятия «восстановительный потенциал» лишает физического смысла широко применяемый у нас термин «окислительно-восстановительный потенциал». Разделы книги, в которых автор борется с устоявшимися догмами, наполнены цитируемой литературой наподобие оригинальных статей.

В чем привлекательность электроаналитической химии? Во-первых, она обеспечивает наиболее широкий динамический диапазон, в предельных случаях сравнимый с диапазоном электрических усилителей. Во-вторых, это возможность регистрации наименьших количеств веществ вплоть до единичной молекулы. В-третьих, по сравнению с оптическими методами эффекты матрицы (мутность, окраска образца) минимальным образом влияют на результаты анализа. Наконец, электрохимические методы являются самыми дешевыми, поскольку и на входе, и на выходе — только лишь электричество.

Автор выражает искреннюю благодарность коллегам: Е. А. Андрееву, Д. В. Вохмяниной, Е. В. Дабосс, М А. Комковой, В. Н. Никитиной — за помощь в подготовке учебника.


Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
 Написать письмо редактору