《现代电化学分析》课程教学大纲 课程名称：现代电化学分析 课程类别：分析化学系列 适用专业：化学 考核方式：考查 总学时、学分：32学时2学分 其中实验学时：0学时 一、课程教学目的 电化学分析是仪器分析的一个重要的分支，它是以测量某一化学 体系或试样的电响应为基础建立起来的一类分析方法。它把测定的对 象构成一个化学电池的组成部分，通过测量电池的某些物理量，如电 位、电流、电导或电量等，求得物质的含量或测定某些电化学性质。 现代电化学分析是化学与材料科学学院化学专业的选修课。本课程从 电化学理论基础一电极反应与电极电势、双电层、电化学过程热力 学和电极反应动力学的基本理论关系，到电化学分析中的电化学技术 进行了阐述；而后系统分析介绍了电化学分析在食品和发酵工业中、 环境监测中和生物医学中的应用，从电化学酶传感器、电化学微生物 传感器、电化学核酸传感器，到电化学免疫传感器等进行系统地阐释。 最后介绍几种电化学联用技术在电化学分析中的应用。通过本课程的 学习，要求掌握电化学的基本原理和电化学测试技术，培养学生严谨 的科学态度和利用电化学方法分析和解决问题的能力。 二、课程教学要求 本课程以电化学技术测量某一化学体系的电响应为基础，通过研 究被检测的物质与测量的电化学物理量的关系，求得被测物质的含 量。同时研究基于电化学技术的各种不同的传感器在食品和发酵工
《现代电化学分析》课程教学大纲 课程名称：现代电化学分析 课程类别：分析化学系列 适用专业： 化学 考核方式： 考查 总学时、学分： 32 学时 2 学分 其中实验学时： 0 学时 一、课程教学目的 电化学分析是仪器分析的一个重要的分支，它是以测量某一化学 体系或试样的电响应为基础建立起来的一类分析方法。它把测定的对 象构成一个化学电池的组成部分，通过测量电池的某些物理量，如电 位、电流、电导或电量等，求得物质的含量或测定某些电化学性质。 现代电化学分析是化学与材料科学学院化学专业的选修课。本课程从 电化学理论基础——电极反应与电极电势、双电层、电化学过程热力 学和电极反应动力学的基本理论关系，到电化学分析中的电化学技术 进行了阐述；而后系统分析介绍了电化学分析在食品和发酵工业中、 环境监测中和生物医学中的应用，从电化学酶传感器、电化学微生物 传感器、电化学核酸传感器，到电化学免疫传感器等进行系统地阐释。 最后介绍几种电化学联用技术在电化学分析中的应用。通过本课程的 学习，要求掌握电化学的基本原理和电化学测试技术，培养学生严谨 的科学态度和利用电化学方法分析和解决问题的能力。 二、课程教学要求 本课程以电化学技术测量某一化学体系的电响应为基础，通过研 究被检测的物质与测量的电化学物理量的关系，求得被测物质的含 量。同时研究基于电化学技术的各种不同的传感器在食品和发酵工
业、环境监测和生物医学中的应用。 执行本大纲应注意的问题： 1、注意本课程与仪器分析的相关内容的分工和衔接，以免遗漏和不 必要的重复。 2、注意讲清本课程中的基本概念和基本理论，在保持课程的科学性 及系统性的基础上，应突出重点、难点，并努力反映本学科的新成就， 新动向。注意理论联系实际。 3、教学过程中要充分利用直观教具如模型、图表、幻灯及录像和计 算机辅助教学软件等。 4、因学时有限，而内容较多，因此有一部分内容要求学生自学。学 生自学部位不占总学时，但仍然是大纲要求掌握内容。学生自学部分， 采用由教师提示，学生课后自学并提出问题，老师课后解答的方式： 5、必要时对重，点章节，可在讲授基础上，引导学生查阅资料，并进 行课后学习兴趣小组讨论，写出读书报告，以培养学生综合分析问题 的能力； 三、选修课程 本课程以分析化学、仪器分析和物理化学等课程作为先修课。 四、课程教学重、难点 本课程的教学重点是电化学理论基础和各种电化学技术在分析 化学中的应用，电化学分析技术与环境监测、电化学联用技术也应重 点介绍：难，点是选择不同的电化学分析技术构建不同类型的传感器等 内容
业、环境监测和生物医学中的应用。 执行本大纲应注意的问题： 1、注意本课程与仪器分析的相关内容的分工和衔接，以免遗漏和不 必要的重复。 2、注意讲清本课程中的基本概念和基本理论，在保持课程的科学性 及系统性的基础上，应突出重点、难点，并努力反映本学科的新成就， 新动向。注意理论联系实际。 3、教学过程中要充分利用直观教具如模型、图表、幻灯及录像和计 算机辅助教学软件等。 4、因学时有限，而内容较多，因此有一部分内容要求学生自学。学 生自学部位不占总学时，但仍然是大纲要求掌握内容。学生自学部分， 采用由教师提示，学生课后自学并提出问题，老师课后解答的方式； 5、必要时对重点章节，可在讲授基础上，引导学生查阅资料，并进 行课后学习兴趣小组讨论，写出读书报告，以培养学生综合分析问题 的能力； 三、选修课程 本课程以分析化学、仪器分析和物理化学等课程作为先修课。 四、课程教学重、难点 本课程的教学重点是电化学理论基础和各种电化学技术在分析 化学中的应用，电化学分析技术与环境监测、电化学联用技术也应重 点介绍；难点是选择不同的电化学分析技术构建不同类型的传感器等 内容
五、课程教学方法与教学手段 理论讲授、举例分析、幻灯片辅助、板书 六、课程教学内容 第一章电化学理论基础(8学时) 1.教学内容 (1)电分析化学是仪器分析的一个重要的分支。电极反应过程涉及诸多物理、化学学科 基础问题。因此，探讨电化学理论首先从电化学过程热力学和电极反应动力学入手，应用多 种数学方法和手段建立描述电化学过程的基本模型。同时通过对电极反应、双电层、电极反 应步骤和电极体系中的传质过程的研究，掌握电化学的基本理论。 (2)通过教学，使学生了解电化学的基本原理和电极反应常用的概念，明确本课程的教 学内容和学习方法。 2.重、难点提示 重点建立描述电极反应过程、传质过程和电极反应动力学的基本模型。 第二章电化学测试技术(6学时) 1.教学内容 (1)通过教学，使学生了解不同类型的电化学分析检测技术，掌握电化学技术在分析化 学中的原理及应用。 (2)学习电化学测量体系的组成，一般电化学体系为三电极体系，相应的三个电极为 工作电极、参比电极和辅助电极。稳态极化曲线的测量分为控制电流法测量和控制电势法测 量。本章着重介绍暂态测量技术、线性电势扫描伏安技术、脉冲伏安技术、电化学阻抗谱技 术、电化学噪声技术等。 2.重、难点提示 重点是稳态测量技术和暂态测量技术。 第三章电化学联用技术(6学时) 1.教学内容 (1)电化学技术是一种简便、快速、准确、灵敏度高的分析、检测及表征手段，在科研 和生产中有很重要的地位。随着科学的发展，单一的电化学仪器的使用已经不能满足研究者 的需求，因此一些与电化学体系联用的非电化学技术（如各种形式的光谱学）引起了学者们
五、课程教学方法与教学手段 理论讲授、举例分析、幻灯片辅助、板书 六、课程教学内容 第一章 电化学理论基础（8 学时） 1．教学内容 (1) 电分析化学是仪器分析的一个重要的分支。电极反应过程涉及诸多物理、化学学科 基础问题。因此，探讨电化学理论首先从电化学过程热力学和电极反应动力学入手，应用多 种数学方法和手段建立描述电化学过程的基本模型。同时通过对电极反应、双电层、电极反 应步骤和电极体系中的传质过程的研究，掌握电化学的基本理论。 (2) 通过教学，使学生了解电化学的基本原理和电极反应常用的概念，明确本课程的教 学内容和学习方法。 2．重、难点提示 重点建立描述电极反应过程、传质过程和电极反应动力学的基本模型。 第二章 电化学测试技术（6 学时） 1．教学内容 (1) 通过教学，使学生了解不同类型的电化学分析检测技术，掌握电化学技术在分析化 学中的原理及应用。 (2) 学习电化学测量体系的组成，一般电化学体系为三电极体系，相应的三个 电极为 工作电极、参比电极和辅助电极。稳态极化曲线的测量分为控制电流法测量和控制电势法测 量。本章着重介绍暂态测量技术、线性电势扫描伏安技术、脉冲伏安技术、电化学阻抗谱技 术、电化学噪声技术等。 2．重、难点提示 重点是稳态测量技术和暂态测量技术。 第三章 电化学联用技术（6 学时） 1．教学内容 (1) 电化学技术是一种简便、快速、准确、灵敏度高的分析、检测及表征手段，在科研 和生产中有很重要的地位。随着科学的发展，单一的电化学仪器的使用已经不能满足研究者 的需求，因此一些与电化学体系联用的非电化学技术（如各种形式的光谱学）引起了学者们
极大的兴趣。基础电化学技术在第二章中做了描述，本章简单介绍一些联用技术，例如光谱 电化学技术、电致发光、扫描电化学显微镜、电化学石英晶品体微天平和磁共振方法等。 (2)通过教学，使学生了解常见的电化学联用测试技术及相关具体案例。 2.重、难点提示 重点是光谱电化学技术和电致发光技术。 第四章电化学酶传感器(2学时) 1.教学内容 采用生物与传感器联用的构想制作了“酶电极”，成为发展最早的一类生物传感器。本章 着重讲述酶促反应的电化学研究、酶电化学生物传感器、酶基生物燃料电池等最新的研究进 展。 2.重、难点提示 重点是酶促反应的电化学研究。 第五章电化学微生物传感器(2学时) 1.教学内容 电化学微生物传感器是指直接利用微生物作为敏感材料，固定在电化学换能器表面构成 的生物传感器。根据其敏感单元的感应机理可以分为：呼吸型电化学微生物传感器和代谢型 电化学微生物传感器。呼吸型电化学微生物传感器由微生物固定膜和溶解氧电极构成，通过 检测微生物呼吸活性的变化，间接测定待测物的浓度，当待测物通过这一类检测器时，微生 物因外界刺激而导致其呼吸系统的活性变化，其耗氧量的变化可通过电极转化为电信号。代 谢型电化学微生物传感器根据微生物在加入目标分析物后代谢产物量的改变确定待测物的 量。基于电化学信号的不同，传感器可以分为电流型微生物传感器、电位型微生物传感器和 阻抗型微生物传感器。微生物燃料电池型传感器是近年来得到快速发展的另一类型微生物电 化学传感器，大量微生物燃料电池型传感器己经被开发，应用于环境、食品和生物医学的分 析检测，尤其是在生物毒性等综合指标的监测上表现出独特的优势。本章着重讲述微生物固 定化技术、呼吸型电化学微生物传感器、代谢型电化学微生物传感器、中介型电化学微生物 传感器、电化学微生物传感器的换频方式以及电化学微生物传感器在食品和环境监测中的应 用。 2.重、难点提示 重点是掌握电化学微生物传感器的换频方式
极大的兴趣。基础电化学技术在第二章中做了描述，本章简单介绍一些联用技术，例如光谱 电化学技术、电致发光、扫描电化学显微镜、电化学石英晶体微天平和磁共振方法等。 (2) 通过教学，使学生了解常见的电化学联用测试技术及相关具体案例。 2．重、难点提示 重点是光谱电化学技术和电致发光技术。 第四章 电化学酶传感器（2 学时） 1．教学内容 采用生物与传感器联用的构想制作了“酶电极”，成为发展最早的一类生物传感器。本章 着重讲述酶促反应的电化学研究、酶电化学生物传感器、酶基生物燃料电池等最新的研究进 展。 2．重、难点提示 重点是酶促反应的电化学研究。 第五章 电化学微生物传感器（2 学时） 1．教学内容 电化学微生物传感器是指直接利用微生物作为敏感材料，固定在电化学换能器表面构成 的生物传感器。根据其敏感单元的感应机理可以分为：呼吸型电化学微生物传感器和代谢型 电化学微生物传感器。呼吸型电化学微生物传感器由微生物固定膜和溶解氧电极构成，通过 检测微生物呼吸活性的变化，间接测定待测物的浓度，当待测物通过这一类检测器时，微生 物因外界刺激而导致其呼吸系统的活性变化，其耗氧量的变化可通过电极转化为电信号。代 谢型电化学微生物传感器根据微生物在加入目标分析物后代谢产物量的改变确定待测物的 量。基于电化学信号的不同，传感器可以分为电流型微生物传感器、电位型微生物传感器和 阻抗型微生物传感器。微生物燃料电池型传感器是近年来得到快速发展的另一类型微生物电 化学传感器，大量微生物燃料电池型传感器已经被开发，应用于环境、食品和生物医学的分 析检测，尤其是在生物毒性等综合指标的监测上表现出独特的优势。本章着重讲述微生物固 定化技术、呼吸型电化学微生物传感器、代谢型电化学微生物传感器、中介型电化学微生物 传感器、电化学微生物传感器的换频方式以及电化学微生物传感器在食品和环境监测中的应 用。 2．重、难点提示 重点是掌握电化学微生物传感器的换频方式
第六章电化学核酸传感器(2学时) 1.教学内容 电化学核酸传感器是以核酸分子(DNA或■NA)作为识别元件，将核酸探针特异性识 别分析物过程中所产生的信号转变为电流信号，从而实现对目标分析物的检测的传感方法。 基于核酸的识别探针具有结构简单、特异性强、靶目标分子广泛、易于商业化等一系列优点。 电化学核酸传感器根据其分析目标的不同可以分为两种类型：一种是用于检测特征核酸序列 的传感器：另一种是非核酸检测型传感器，主要用于蛋白质、小分子以及无机离子的分析检 测。此外，根据核酸传感器是否需要电活性物质，又可以分为标记型与非标记型两种电化学 核酸传感器。本章将从核酸探针的分类、在电极表面的固定方法、核酸分子识别事件、信号 转换方法和近年来电化学核酸传感器的发展状况等方面对其进行讨论。 2.重、难点提示 重点是电化学核酸传感器的信号检出及其使用时应该注意的相关问题。 第七章电化学免疫型传感器(4学时) 1.教学内容 电化学免疫传感器是基于抗原抗体反应的可进行特异性的定量或半定量分析的自给式 的集成器件，抗原抗体是分子识别元件，且与电化学传感元件直接接触，并通过传感元件 把某种或者某类化学物质的浓度信号转变为相应的电信号。电化学免疫传感器具有成本低 廉、操作简单、灵敏度高、稳定性好、选择性好、种类多、适合联机化等优点，又具有电化 学体系可实现在体检测，不受样品颜色、浊度影响，所用仪器简单等特点，在临床诊断、环 境检测、食品安全、药物分析等领域具有良好的应用前景。本章将从电化学免疫分析的原理、 电化学免疫传感器中抗原抗体的固定方法、电化学酶联免疫分析等方面展开讨论。 2.重、难点提示 重点是电化学免疫传感器中抗原抗体的固定方法。学生理解电化学免疫型传感器的原 理及其在临床诊断、环境检出、食品安全、药物分析等领域的应用实例。 第八章氧化还原自组装膜界面电子转移研究(2学时) 1.教学内容 自组装膜是指构成膜分子通过分子间及其与基底物质间的物理、化学作用自发吸附在固 液或气/液界面，形成热力学稳定和能量最低的有序膜。在自组装过程中不需要认为的干预， 它是原子、分子、分子的聚集体与组件自发组合形成排列有序的功能性实体的过程。自组装
第六章 电化学核酸传感器（2 学时） 1．教学内容 电化学核酸传感器是以核酸分子（DNA 或■NA）作为识别元件，将核酸探针特异性识 别分析物过程中所产生的信号转变为电流信号，从而实现对目标分析物的检测的传感方法。 基于核酸的识别探针具有结构简单、特异性强、靶目标分子广泛、易于商业化等一系列优点。 电化学核酸传感器根据其分析目标的不同可以分为两种类型：一种是用于检测特征核酸序列 的传感器；另一种是非核酸检测型传感器，主要用于蛋白质、小分子以及无机离子的分析检 测。此外，根据核酸传感器是否需要电活性物质，又可以分为标记型与非标记型两种电化学 核酸传感器。本章将从核酸探针的分类、在电极表面的固定方法、核酸分子识别事件、信号 转换方法和近年来电化学核酸传感器的发展状况等方面对其进行讨论。 2．重、难点提示 重点是电化学核酸传感器的信号检出及其使用时应该注意的相关问题。 第七章 电化学免疫型传感器（4 学时） 1．教学内容 电化学免疫传感器是基于抗原抗体反应的可进行特异性的定量或半定量分析的自给式 的集成器件，抗原/抗体是分子识别元件，且与电化学传感元件直接接触，并通过传感元件 把某种或者某类化学物质的浓度信号转变为相应的电信号。电化学免疫传感器具有成本低 廉、操作简单、灵敏度高、稳定性好、选择性好、种类多、适合联机化等优点，又具有电化 学体系可实现在体检测，不受样品颜色、浊度影响，所用仪器简单等特点，在临床诊断、环 境检测、食品安全、药物分析等领域具有良好的应用前景。本章将从电化学免疫分析的原理、 电化学免疫传感器中抗原抗体的固定方法、电化学酶联免疫分析等方面展开讨论。 2．重、难点提示 重点是电化学免疫传感器中抗原抗体的固定方法。 学生理解电化学免疫型传感器的原 理及其在临床诊断、环境检出、食品安全、药物分析等领域的应用实例。 第八章 氧化还原自组装膜界面电子转移研究（2 学时） 1．教学内容 自组装膜是指构成膜分子通过分子间及其与基底物质间的物理、化学作用自发吸附在固 /液或气/液界面，形成热力学稳定和能量最低的有序膜。在自组装过程中不需要认为的干预， 它是原子、分子、分子的聚集体与组件自发组合形成排列有序的功能性实体的过程。自组装
膜在组织模型、分子尺寸以及膜的自然形成三个方面都有类似于天然双层膜，具有广泛的仿 生特点和生物亲和性，这对认识生物膜乃至细胞膜的结构与功能的关系，理解生物电化学过 程具有重要的指导意义，在电化学及生物电化学传感器方面有广泛的应用前景。本章将从氧 化还原自组装膜电子传递研究的电化学分析方法、ET动力学的微观效应、氧化还原自组装 单层膜的结构、卟啉自组装膜电化学等方面展开讨论。 2.重、难点提示 重点是卧啉自组装膜的制备及电化学研究。 七、学时分配 教学环节 章目 教学内容 理论教学 实验教 学时 学学时 一 电化学理论基础 8 0 3 电化学测试技术 6 0 三 电化学联用技术 6 0 四 电化学酶传感器 2 0 五 电化学微生物传感器 2 0 六 电化学核酸传感器 2 0 七 电化学免疫型传感器 4 0 八 氧化还原自组装膜界面电子转移研究 2 0 总计 32 0 八、课程考核方式 1.考核方式： 开卷笔试。 2.成绩构成： 填空题、问答题、设计题。 九、选用教材和参考书目 [1]《电分析化学基础》，保尔M.S.蒙克著，化学工业出版社，2011年： [2]《生物电化学》（第一版)，卢小泉，王雪梅，郭惠霞，杜捷著，化学工业出
膜在组织模型、分子尺寸以及膜的自然形成三个方面都有类似于天然双层膜，具有广泛的仿 生特点和生物亲和性，这对认识生物膜乃至细胞膜的结构与功能的关系，理解生物电化学过 程具有重要的指导意义，在电化学及生物电化学传感器方面有广泛的应用前景。本章将从氧 化还原自组装膜电子传递研究的电化学分析方法、ET 动力学的微观效应、氧化还原自组装 单层膜的结构、卟啉自组装膜电化学等方面展开讨论。 2．重、难点提示 重点是卟啉自组装膜的制备及电化学研究。 七、学时分配 章目 教学内容 教学环节 理论教学 学时 实验教 学学时 一 电化学理论基础 8 0 二 电化学测试技术 6 0 三 电化学联用技术 6 0 四 电化学酶传感器 2 0 五 电化学微生物传感器 2 0 六 电化学核酸传感器 2 0 七 电化学免疫型传感器 4 0 八 氧化还原自组装膜界面电子转移研究 2 0 总计 32 0 八、课程考核方式 1. 考核方式： 开卷笔试。 2. 成绩构成： 填空题、问答题、设计题。 九、选用教材和参考书目 ［1］《电分析化学基础》，保尔 M.S.蒙克著，化学工业出版社，2011 年； ［2］《生物电化学》（第一版），卢小泉，王雪梅，郭惠霞，杜捷著，化学工业出
版社，2016年 [3]《电分析化学》（第二版），李启隆，胡劲波编，北京师范大学出版社，2007 年
版社，2016 年； ［3］《电分析化学》（第二版），李启隆，胡劲波编，北京师范大学出版社，2007 年
