《电化学分析》是“中国分析测试技术丛书”的一个分册。
本书内容大体分为两部分：首先，第一至五章主要介绍电化学分析过程相关的基础知识，以及电位分析法、电导分析法、伏安分析法和交流阻抗分析法等经典电化学分析技术。第六至十章，结合学科前沿热点，重点阐述电化学分析技术的新进展和新应用领域，包括电化学发光分析、电化学原位表征技术（电化学与波谱和质谱等其他分析技术的结合联用），以及电化学分析在生物、单细胞/活体电化学分析、单颗粒与单分子电化学分析等领域的应用和进展，并着重介绍了国内学者的研究成果，便于广大分析测试工作者及时掌握电化学分析领域的最新技术和相关应用进展。
《电化学分析》主要读者是从事电化学分析研究或者对电化学分析技术感兴趣的科技工作者及硕士、博士研究生，以及具有较好理论基础的高年级本科生。

第一章 绪论 001~026
第一节 电化学和电化学分析发展简史 002
一、电化学发展简史 002
二、电化学分析发展简史 003
第二节 电化学分析技术与仪器 004
一、电化学分析技术特点 004
二、电化学分析技术分类 005
三、电化学分析仪器 005
第三节 电化学界面 006
第四节 电化学分析测量技术基础 008
一、原电池和电解池 008
二、电化学池的平衡态和可逆性 009
三、电动势和标准电极电势 011
四、法拉第过程 012
五、非法拉第过程 013
六、电极极化 014
第五节 电极过程动力学 016
一、界面传质 016
二、电极反应动力学 019
参考文献 025

第二章 电位分析法 027~052
第一节 电位分析基本原理与参比电极 028
一、电位分析基本原理 028
二、参比电极 028
第二节 金属基指示电极 032
一、第一类电极——金属-金属离子电极 032
二、第二类电极——金属-金属难溶盐/氧化物电极 032
三、第三类电极 033
四、第零类电极——惰性金属电极 033
第三节 电位滴定法 034
第四节 离子选择电极 036
一、离子选择电极的构造 036
二、离子选择电极新进展 043
参考文献 048

第三章 电导分析法 053~068
第一节 电导率 054
一、电导率和摩尔电导率 055
二、电导率测定原理 056
三、电导率测量的应用 058
第二节 扫描离子电导显微镜 059
一、扫描离子电导显微镜工作原理 059
二、扫描离子电导显微镜应用 061
第三节 离子电流整流 062
一、离子电流整流原理 062
二、离子电流整流现象的分析应用 064
参考文献 067

第四章 伏安分析法 069~122
第一节 电势阶跃法 070
一、平面电极 070
二、球形电极 074
三、滴汞电极 079
第二节 电位扫描伏安法 088
一、线性扫描伏安法 089
二、循环伏安法 093
第三节 方波和脉冲极谱法 096
一、方波极谱法 097
二、脉冲极谱法 099
三、固体电极上的方波与脉冲伏安法 102
第四节 传质增强的伏安分析体系 105
一、旋转圆盘电极 105
二、超微电极 111
第五节 控制电流分析法 114
一、控制电流方法原理 114
二、计时电位曲线 115
第六节 电子转移-催化过程耦合反应 116
一、直流极谱法 117
二、线性扫描伏安法和循环伏安法 118
三、示差脉冲法 119
四、旋转圆盘电极上的伏安曲线 120
参考文献 120

第五章 交流阻抗分析法 123~150
第一节 交流阻抗的测量原理 124
一、电路交流阻抗的物理定义 124
二、电荷转移阻抗 126
三、扩散阻抗 127
四、电极过程完全受扩散步骤控制 132
五、受电荷转移和扩散混合控制的电极体系 134
第二节 交流阻抗测量技术 136
一、交流阻抗及其测量方法 137
二、微分电容曲线研究界面分子吸附 139
三、存在表面吸附及覆盖层时的阻抗测量 143
第三节 实际体系应用分析 144
一、锂离子电池正极的阻抗谱分析 144
二、锂离子扩散系数和活化能的阻抗谱分析 145
三、锂电池领域电化学阻抗分析研究新进展 147
参考文献 149

第六章 电化学发光分析 151~188
第一节 电化学发光分析概述 152
一、电化学发光发展简史 152
二、电化学发光的特点 154
三、电化学发光的原理 155
四、电化学发光分析法的定量基础及检测原理 160
第二节 电化学发光分析仪器 162
一、电化学发光检测仪的原理与结构 162
二、电化学发光光谱仪创制进展及成果应用 164
三、电化学发光成像装置 166
第三节 电化学发光分析应用 169
一、核酸分析 169
二、小分子的分析 171
三、金属离子和阴离子的测定 172
四、免疫与生化分析 174
第四节 电化学发光成像 175
一、电化学成像机理 176
二、基于酶的检测 176
三、免疫分析 178
第五节 小结与展望 179
参考文献 180

第七章 电化学原位表征技术 189~232
第一节 扫描电化学显微镜 190
一、SECM的基本装置与工作原理 190
二、SECM的应用 193
第二节 电化学-波谱联用 197
一、电化学-紫外-可见光谱法 198
二、电化学-红外光谱法 201
三、电化学-拉曼光谱法 204
四、其他电化学-波谱联用法 209
五、小结与展望 212
第三节 电化学石英晶体微天平 213
一、电化学石英晶体微天平的基本原理与构造 213
二、电化学石英晶体微天平的应用 214
三、小结与展望 216
第四节 电化学-质谱联用 217
一、微分电化学质谱法 217
二、电化学-电喷雾电离质谱法 220
三、电化学-常压质谱法 224
四、原位电化学-二次离子质谱法 225
第五节 小结与展望 226
参考文献 226

第八章 生物电化学分析 233~302
第一节 酶电极电化学分析 234
一、基于酶修饰电极的生物电化学分析 236
二、自驱动酶电极分析 239
第二节 基于纳米材料修饰电极的生物电化学分析 249
一、纳米修饰电极用于生物电化学分析 249
二、纳米修饰电极用于光电化学生物分析 252
第三节 基于双极电极的生物电化学分析 256
一、双极电极原理 256
二、双极电极体系的设计与构建 259
三、双极电极的生物电化学分析应用 262
第四节 微流控芯片上的生物电化学分析 270
一、微流控芯片的制备方法 270
二、微流控芯片的表面修饰 273
三、基于微流控芯片的生物电化学分析 275
第五节 基于微电极阵列的生物分析 283
一、微电极阵列的制备 283
二、超微电极阵列在疾病诊断中的应用 285
三、超微电极阵列在生物医学研究中的应用 287
参考文献 289

第九章 单细胞及活体电化学分析 303~358
第一节 单细胞电化学分析概述 304
第二节 单细胞电化学分析 305
一、单细胞电化学分析装置 305
二、基于微/纳电极的单细胞电化学分析 307
三、基于微/纳电极阵列的单细胞电化学分析 315
四、基于电阻脉冲传感技术的单细胞电化学分析 317
五、扫描电化学显微镜用于单细胞成像分析 320
第三节 电化学发光技术用于单细胞分析 324
一、基于鲁米诺电化学发光体系与酶促反应耦合的单细胞分析 324
二、基于Ru(bpy)32+的单细胞成像 328
第四节 活体电化学分析 333
一、活体电化学分析的微传感器 333
二、活体电化学分析技术的应用 336
参考文献 342

第十章 单颗粒与单分子电化学分析 359~413
第一节 纳米电极上的单颗粒电化学分析 360
一、基于界面作用力的单颗粒-纳米电极构建方法 360
二、原位合成构建单颗粒-纳米电极 362
第二节 单颗粒碰撞电化学分析 363
一、基本原理与分类 364
二、实验装置 368
三、应用 369
第三节 耦合光学成像技术的单颗粒电化学分析 387
一、耦合光学成像技术简介 388
二、基于光学成像的单颗粒电化学分析方法 390
三、光学成像技术在其他单颗粒电化学研究中的应用 394
第四节 基于扫描探针显微镜的单分子电化学分析技术 402
参考文献 409

缩写词汇表 414~415

索引 416~418

电化学是一门研究电能和化学能相互转化的学科。作为国民经济和工业中不可缺少的一部分，电化学应用场景十分广阔，从最早的电解冶金、电化学分解与合成，发展到电化学金属腐蚀防护、电解加工和化学电源等，衍生出多种电化学分析和分离技术，涵盖了生产生活和科技前沿，与人们生活的方方面面有着紧密的联系。
在电化学分析技术方面，18世纪末期开始的电解分析法和库仑滴定法，以及19世纪的电导滴定法、高频滴定法和以pH玻璃电极为标志的直接电位法，为认识电化学现象、规律和分析应用奠定了坚实的基础。20世纪20年代，极谱法的诞生标志着电化学分析技术进入了新的篇章，发明人Heyrovsky教授获得1959年度诺贝尔化学奖。20世纪60年代，离子选择电极问世以及多款电化学仪器的商品化推动了电化学分析技术的进一步发展和工业应用。进入21世纪，随着化学修饰电极的广泛应用和科学仪器的快速发展，建立了许多电化学分析新技术，用于环境、生命科学和能源等领域，标志着电化学分析进入到一个崭新的发展时代。
本书内容大体包括电化学分析理论和经典分析技术，在编写上略去冗长的公式推导，力求简化电化学概念，展现电分析化学的最新成果，并结合目前学科前沿热点，重点阐述电化学分析技术的新进展。前五章主要介绍与电化学过程相关的基础知识、电位分析法、电导分析法、伏安分析法和电化学阻抗技术。第六、七章主要介绍近年来涌现出的多种电化学测量分析方法，包括电化学发光分析，以及电化学与波谱、扫描探针显微镜、质谱等联用的一系列技术。
电化学分析技术在社会经济建设和保障人民身体健康等方面发挥着重要的作用。在环境分析领域，针对我国严峻的水体污染问题，中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室汪尔康院士、董绍俊院士和逯乐慧研究员等在国家重点研发计划项目“复合微污染水质快速、原位在线风险识别，安全转化纳米技术及应用基础研究”持续支持下，以水体微生物种群为原位培养微生物膜反应器，开发水体毒性和生物耗氧量原位、快速电化学分析仪器和技术，并利用铋膜电极和薄层电化学检测池，实现重金属离子等的原位监测，有力地保障了生态环境安全和人民生命健康。
在生命健康领域，德国马普生物物理研究所Neher和Sakmann教授于1976年发明了膜片钳技术，用于记录离子跨越细胞膜的电流变化，并分析细胞膜表面离子通道与生命活动的关联性。这一伟大的贡献使Neher和Sakmann教授获得1991年度诺贝尔生理学或医学奖，也推动了电化学技术在生命健康领域中的应用。为更好地推动生命健康领域的发展，南京大学陈洪渊院士率先倡导开展生命分析化学这一交叉学科领域的研究，创建了生命分析化学国家重点实验室。针对生命分析中的科学挑战，构建以纳米级电化学探针为核心，耦合光学-质谱技术的世界上第一台“单细胞时空分辨分子动态分析系统”；通过测量原理创新、突破测量极限，研制成多套高时空分辨的单分子、单颗粒化学测量与成像仪器装置，为发展重大疾病的未来诊断和治疗技术、新药研发等提供了理论和技术支撑。进一步利用纳米毛细管电极，北京师范大学毛兰群教授发展了一种聚电解质限域的流体忆阻器，利用单个器件首次实现了神经化学信号与电信号转导的模拟，在化学突触的模拟研究中迈出了关键的一步。因此，本书第八章和第九章重点介绍电化学分析技术在生物分析领域和单细胞分析中的应用。
在能源领域，电化学分析可对能源体系中形态、组成、分布、能量状态等进行实时测量，捕获活性位点和反应中间物，为系统深入认识能源过程的化学本质提供重要支撑。如中国科学院化学研究所万立骏院士利用电化学扫描探针显微镜等表界面分析技术，原位获得能源体系复杂电化学界面动态演化过程的微观反应信息；同时结合谱学电化学对产物乃至中间物进行定性和定量分析，可从分子尺度揭示反应机理。新能源开发是应对化石类能源紧缺的基本途径，对实现碳中和具有重要意义。厦门大学孙世刚院士通过开发一系列先进的原位电化学表征技术，深入探究电化学物质能量转化与存储的作用机制，为新能源体系的构建和新能源材料的开发提供了有力的技术支撑。本书第十章对单颗粒和单分子电化学分析进行介绍，尤其是对利用单颗粒研究电催化过程、电池正极材料的应用进行了重点阐述。
本书由中国分析测试协会组织编写，全书由刘松琴、江德臣、张袁健等编著。具体分工为：第一章至第四章由陈然、刘松琴编著，第五章由吴德印、刘松琴编著，第六、七章由张袁健、华鑫编著，第八章由闵乾昊、吴亚锋、周志新编著，第九章由江德臣编著，第十章由王伟编著。书稿完成后，承蒙陈洪渊院士、卢小泉教授在百忙之中对书稿进行审阅，提出了许多宝贵的意见，特此深表谢意！
本书部分内容是编著者团队在国家自然科学基金、科技部和生命分析化学国家重点实验室等的支持下取得的。衷心感谢国家自然科学基金重大科研仪器研制项目（单细胞时空分辨分子动态分析系统，21327902；单细胞活性分子时空分辨光学分析系统，21627806；高内涵光电显微平台的研制，21427807）、国家自然科学基金（20675013、20875013、21175021、21375014、21622505、21874018、21925403、22025403、22102025）等的持续支持！本书部分成果获教育部自然科学奖一等奖。
由于篇幅有限，本书只编入了部分国内学者的重要成果。同时由于笔者水平有限，书中难免存在疏漏，敬请读者批评指正！

编著者
2025年于南京