使用直观、易用的电解池简化您的光谱电化学研究装置
2025年7月14日
文章
zh_CN
依托 SPELEC 系列仪器及便捷易用的专用测试池，光谱电化学技术的应用门槛大幅降低，实验搭建与数据处理流程得以简化，推动该技术实现更广泛的落地应用。
分享文章
光谱电化学（SEC）是当前极具发展前景的新兴分析技术之一。尽管市面上已推出商用光谱电化学仪器以助力相关实验开展，但截至目前，缺乏便捷易用的专用测试池这一问题，仍制约着该技术的进一步发展。本文将对各类光谱电化学测试池进行详细阐述。
什么是光谱电化学（SEC）？
光谱电化学是一种结合光谱学与电化学的分析技术，用于研究电极表面发生的化学反应和过程。它能同时提供时间分辨的原位（in-situ）信息，反映化合物的光学和电化学性质。这有助于深入理解反应机理、材料性质和电子转移过程。
查看更多关于本期主题的博客文章
传统的分离式光谱电化学装置需要两台独立仪器和最多三台计算机。尽管SEC具有诸多优势，但这让许多研究人员望而却步，不愿将其用于研究。SPELEC系列仪器实现完全集成、完美同步、由单一软件控制——填补了这一空白，使SEC变得更加易于使用。
突破光谱电化学（SEC）测试的技术局限
光谱电化学测试池的研发工作长期面临多项仪器层面的技术局限。市面上多数光谱电化学设备存在严苛的设计规格要求（如外形、尺寸及电极材料等），限制了常规配件的适配使用；此外，这类设备通常需要更大的样品用量，且由多个组件构成，装拆流程复杂、耗时较长。
为推动该技术的落地应用，研发团队已打造出搭载全新光谱电化学测试系统的创新型测试池。光谱电化学测试池的通用设计需具备以下优势：
- 操作便捷
- 适配多种电极，通用性强
- 耐各类介质腐蚀，化学稳定性优异
- 装拆流程简单、高效
- 欧姆降损耗低
此外，不透明密闭式测试池可有效消除外界环境干扰；当采用激光器作为光源时，该设计还能起到安全防护作用，防止激光束外泄至测试池外部。
拉曼光谱电化学凭借其固有的指纹识别特性，可对被测体系中的化学物质进行定性鉴别与区分，正迅速成为最具发展前景的分析技术之一。因此，优化光谱电化学测试系统的实验条件，是获取理想检测结果的关键因素。例如，需根据探头的光学特性调整探头与样品间的距离，以获得最强的拉曼散射强度。
这款创新型黑色测试池搭载磁吸式便捷开合结构，可在水相及有机相溶剂体系中开展光谱电化学实验（图 3）。该测试池由两件聚醚醚酮（PEEK）材质构件组成，上构件开有中心孔，用于置入拉曼探头探头端；同时设四个不同深度的凹槽（1、1.5、2、2.5 毫米），可通过调节实现探头与工作电极（WE）之间的焦距优化。此外，上构件还配有四个通孔，分别用于安装对电极（CE）、参比电极（RE）及通气进出气，各通孔均配备封盖，可按需封闭使用。
下构件上部设有溶液腔，可加入 3 mL 测试液，该液量既能保证工作电极（WE）、参比电极（RE）与对电极（CE）与溶液充分接触，又能避免拉曼探头被液体浸没。下构件底部开有小型凹槽，用于放置 O 型密封圈以防止漏液。此外，工作电极通过螺纹固定在夹持件上，测试池配套有固定支架，可保持测试池稳定，提升检测数据的可靠性。常规电极适配型拉曼光谱电化学测试池的各组成结构详见图 4。
丝网印刷电极（SPE）适配型拉曼测试池
该测试池采用黑色聚醚醚酮（PEEK）材质打造，整体仅由两个构件组成。下构件为丝网印刷电极（SPE）的放置区，上构件开设专用通孔，用于置入拉曼探头（图 5）。可通过搭配不同厚度的垫片（0.5、1、1.5 mm），轻松调节探头的焦距。
该测试池装拆操作简便，且所需样品体积仅 60 微升，这一设计对新手用户尤为友好。此外，测试池配备小型坩埚固定座，无需搭建电化学测试系统，即可对固体和液体样品开展精准的光学表征（图 6）。
流动条件下丝网印刷电极（SPE）适配型拉曼测试池
依托带圆形工作电极的薄层流通式丝网印刷电极（TLFCL-CIR SPEs），可便捷开展流动相光谱电化学实验。该类丝网印刷电极经特殊设计，设有单一流通通道（高度 400 微米，容积 100 微升），待测溶液可沿通道流经工作电极（WE）、对电极（CE）与参比电极（RE）（图 7）。
本拉曼测试池的组装仅需两步简易操作：第一步，将丝网印刷电极放置于下构件的指定卡位；第二步，直接扣合上构件，测试池即可投入使用。测试池上构件开有专用通孔，用于置入拉曼探头，并将激光精准聚焦于工作电极表面。因待测液仅留存于电极的流通通道内，该系统可从根本上避免样品溶液渗漏问题。
紫外 - 可见及近红外光谱电化学测试池
研究化学过程时，同步记录紫外 - 可见（200–800 nm）、近红外（800–2500 nm）光谱变化与电化学反应过程，能帮助研究人员获取体系内分子的电子能级（紫外 - 可见光谱）和振动能级（近红外光谱）相关信息。为此研发的新型光谱电化学测试池，推动了这类联用分析技术在多个工业领域的应用拓展。
反射构型
采用反射构型测试池开展实验时，光束以垂直于工作电极表面的方向入射，于电极表面发生反射（图 8 左），反射光经收集后送入光谱仪进行分析（图 8 右）；也可根据需求调整光束的入射角度与收集角度。该构型适用于非透明电极的测试场景。
这款紫外 - 可见光谱电化学测试池采用黑色聚醚醚酮（PEEK）材质制成，可兼容水相及有机相溶剂体系使用（图 9）。上构件经专属设计，能精准定位参比电极、对电极及光纤；配套的夹持件可灵活调节光纤与工作电极之间的间距，保障测试光路精准。此外，上构件还设有进出液通道，满足溶液循环或更换需求。
下构件带有专用溶液腔，可加入 3 mL 测试液，工作电极即安置于该腔体内；测试池搭载磁吸式开合结构，无需螺丝固定，大幅简化组装操作。
采用丝网印刷电极开展光谱电化学测试，实验装置搭建简便，该分析技术也因此适用于常规检测场景。本测试池由两个构件组成 —— 下构件设小型凹槽，用于放置丝网印刷电极；上构件用于固定光纤，同时保持光纤与电极间的最佳焦距（图 10）。
这款紫外 - 可见光谱电化学测试池在各类实验中均具备显著优势，仅需微量样品（＜100 微升），即可获取丰富的检测信息。测试池搭载创新磁吸式开合结构，无需螺丝固定，传感器更换操作便捷，能大幅提升紫外 - 可见及近红外光谱电化学实验的操作效率。
本测试池可配套薄层流通式圆形工作电极丝网印刷电极（TLFCL-CIR SPEs），适用于流动条件下的光谱电化学测试。其设计简洁，特设探针安装孔，可将反射探针精准定位，以实现电化学反应的精准分析（图 11）。
薄层流通式丝网印刷电极（TLFCL SPEs）适配各类光谱电化学测试需求，电极配备透明盖板并形成单一流通通道（高度 400 微米，容积 100 微升），使电化学池表面形成均匀的薄液层，保障流动相测试的光路稳定性与检测准确性。
光学透明电极（OTEs）支持用户直接透过工作电极，同步开展光谱与电化学测试。借助光谱电化学技术，可在进行电化学实验的同时，通过透明导电层便捷获取光谱数据。
丝网印刷电极专用透射构型测试池分为上下两个构件，下构件内置透镜（图 13）。该透镜可将透射光纤传导的光源光束进行准直处理，光学透明电极安置于下构件上，使准直后的光束能够顺利穿透电极。上构件内的反射光纤负责收集透过的光束，进而捕捉电极表面发生的各类反应过程相关信息。
这款测试池仅需微量样品（100 微升），且组装操作简便，能够大幅提升紫外 - 可见及近红外波段透射构型光谱电化学实验的开展效率。
采用光程为 1 mm 的传统石英比色皿，可便捷开展透射模式光谱电化学测试（图 14）。本光谱电化学测试池套件还配套铂网工作电极、铂丝对电极及银 / 氯化银参比电极。此外，这款稳固易操作的比色皿固定架，可实现高精准、可重复的吸光度检测与 90° 荧光检测。
总结
本文所介绍的多款新型测试池的研发，进一步简化了光谱电化学测试的操作流程。这类测试池采用封闭式结构设计，且以不透明、惰性材质打造，有效规避了各类测试干扰，同时解决了实验安全相关问题。测试池的组装、拆卸与清洗均无需复杂的操作流程，操作简便、易于上手。
简言之，这类测试池的简易性与便捷性大幅降低了使用门槛，结合 SPELEC 一体化解决方案的配套使用，让光谱电化学技术能够被更广泛的科研与检测人员所掌握和应用。
更多相关知识可点击下列链接获取
光谱电化学应用指南
电化学相关知识与实验方法。光谱电化学技术可同步采集光学与电化学信号，为分析人员挖掘更多数据维度，获取全新研究信息。
