科學儀器設備是科學技術發展的基石，也是支撐我國經濟社會發展和國防安全的重要手段，本書以作者實驗室多年從事分析儀器研發為例，從電化學發展歷史，電化學分析方法、硬件電路實現，配套軟件設計等多角度闡述了自行研發的電化學工作站、掃描電化學顯微鏡、表面等離子體共振儀、石英晶體微天平等儀器。本書適合大專院校師生、電化學分析工作者、電化學分析儀器研發人員閱讀，也可作為高等院校相關專業教師、研究生以及高年級本科生的參考書。

●1 電化學分析儀器的發展歷史 1
1.1 電化學的歷史—理論的探索 2
1.1.1 Galvani和Volta的發現 2
1.1.2 Faraday和Nernst的理論貢獻 4
1.1.3 早期電化學分析技術 6
1.2 電分析技術—儀器技術和材料學 9
1.2.1 儀器技術 9
1.2.2 電分析方法與電極材料 12
1.3 電分析技術的發展—跨界的趨勢 18
1.3.1 電化學的邊界 18
1.3.2 化學的邊界 20
參考文獻 24
2 電化學分析基本概念和技術方法 26
2.1 電化學和電化學分析的基礎概念 27
2.2 電化學分析方法概述 28
2.2.1 控制電勢掃描技術方法 29
2.2.2 控制電勢階躍技術方法 32
2.2.3 脈衝測量技術方法 34
2.2.4 控制電流技術 39
2.2.5 交流阻抗技術方法 40
2.2.6 針對電化學腐蝕、電池和超級電容器的技術方法 44
參考文獻 47
3 電化學分析儀器電路原理及設計方法 49
3.1 運算放大器 51
3.1.1 理想運放的性質 51
3.1.2 非理想運放的性質 52
3.2 運算放大器基本電路 52
3.2.1 加法器 53
3.2.2 減法器 54
3.2.3 積分器 55
3.2.4 微分器 56
3.2.5 電壓跟隨器 56
3.2.6 電流-電壓變換器 56
3.3 恆電位儀 57
3.3.1 基本原理 57
3.3.2 加法式恆電位儀 58
3.3.3 改進的加法式恆電位儀 59
3.3.4 壓控電流源型恆電位儀 60
3.3.5 全差分型恆電位儀 61
3.3.6 雙恆電位儀 62
3.4 恆電流儀 63
3.5 波形控制與數據采集 65
3.5.1 波形控制 65
3.5.2 數據采集 68
3.6 濾波器設計 71
3.6.1 低通濾波器主要技術指標 72
3.6.2 有源低通濾波器設計 73
3.6.3 濾波器設計步驟 76
3.7 IR補償 76
3.7.1 電路原理 77
3.7.2 電阻自動測量測試 78
3.8 電化學阻抗測量及電路設計 78
3.8.1 電解池的等效電路 78
3.8.2 交流阻抗測量方法 80
參考文獻 83
4 電化學分析儀器應用軟件設計 85
4.1 電化學分析儀器應用軟件的發展 86
4.2 電化學分析儀器的需求分析與功能設計 88
4.2.1 實驗模塊 90
4.2.2 數據存儲 91
4.2.3 數據後處理 92
4.2.4 顯示與繪圖 97
4.3 電化學分析儀器應用軟件的結構和設計方式 97
4.3.1 上位機與下位機通信方案 97
4.3.2 數據流——管道結構設計 98
4.3.3 面向對像結構設計與設計模式 100
4.3.4 軟件產品線與DSL——基於領域定義語言的結構設計 104
參考文獻 114
5 電化學分析儀器的微型化 116
5.1 電化學分析儀器的微型化趨勢 117
5.2 嵌入式繫統簡介 118
5.2.1 嵌入式繫統的含義及發展趨勢 118
5.2.2 嵌入式ARM微處理器 120
5.2.3 常見的嵌入式操作繫統 122
5.3 嵌入式圖形用戶界面設計 127
5.3.1 嵌入式圖形用戶界面設計簡介 127
5.3.2 MiniGUI圖形界面開發介紹 128
5.3.3 QT/Embedded圖形界面開發介紹 128
5.3.4 μC/GUI圖形界面開發介紹 129
5.4 微型化的恆電位儀電路設計 130
5.4.1 恆電位儀的結構與工作原理 130
5.4.2 恆電位儀電路的設計與簡化 131
5.5 便攜式檢測設備電源管理繫統簡介 134
5.5.1 電源管理繫統簡介 134
5.5.2 電源管理芯片的發展趨勢 135
5.6 短距離無線通信方式簡介 136
5.6.1 ZigBee技術介紹 137
5.6.2 藍牙技術介紹 138
5.6.3 Wi-Fi技術介紹 139
5.7 微型電化學檢測儀器的基本原理與設計 140
5.7.1 安培式電化學儀器 141
5.7.2 電位式電化學儀器 144
5.7.3 阻抗式電化學儀器 147
5.7.4 電容式電化學儀器 153
參考文獻 156
6 電化學分析儀器聯用技術 159
6.1 電化學分析儀器聯用技術概述 160
6.2 電化學與光譜儀器的聯用 161
6.2.1 光譜電化學概述 161
6.2.2 紫外-可見吸收光譜 163
6.2.3 紅外光譜 167
6.2.4 拉曼光譜 171
6.3 電化學與等離子體共振檢測技術的聯用 174
6.3.1 表面等離子體共振檢測技術簡介 174
6.3.2 電化學與表面等離子體共振檢測技術聯用原理 177
6.3.3 電化學與表面等離子體共振檢測技術聯用儀器結構 179
6.3.4 電化學與表面等離子體共振檢測技術聯用應用舉例 182
6.4 電化學與掃描探針技術的聯用 186
6.4.1 掃描探針技術簡介 186
6.4.2 掃描電化學顯微鏡結構和工作原理 188
6.4.3 掃描電化學顯微鏡應用 194
6.5 電化學與石英晶體微天平的聯用 198
6.5.1 石英晶體微天平技術簡介 198
6.5.2 石英晶體特征 200
6.5.3 石英晶體微天平儀器簡介 205
6.5.4 石英晶體微天平測量原理與儀器結構 208
6.5.5 電化學石英晶體微天平聯用原理 214
6.5.6 電化學與石英晶體微天平總體結構 216
6.5.7 電化學與石英晶體微天平聯用技術的應用 217
參考文獻 220
索引 231

《電化學分析儀器設計與應用》共6章，主要內容包括電化學分析儀器的發展史、電化學分析基本概念和技術方法、電化學分析儀器電路原理及設計方法、電化學分析儀器應用軟件設計、電化學分析儀器的微型化、電化學分析儀器聯用技術。本書在介紹電化學分析儀器上重點向讀者展示了電化學分析儀器與聯用技術的測量原理，電化學分析儀器總體架構與軟硬件設計思路，並以實驗室自主研發設計並實現商品化的電化學工作站、掃描電化學顯微鏡、表面等離子體共振儀、石英晶體微天平為例，進行了較為詳細的介紹。本書適合電化學分析工作者、電化學分析儀器研發人員閱讀，也可作為高等院校相關專業教師、研究生以及高年級本科生的參考書。