电化学阻抗谱（EIS）是一种广泛应用的多学科技术，用于描述复杂电化学系统的行为特征。EIS 的与众不同之处在于，它能够隔离和区分给定施加电位下各种物理和化学现象的影响 — 这是 "传统 "电化学技术无法做到的。EIS 可用于研究一系列复杂系统，包括电池、催化和腐蚀过程。近年来，EIS 在研究半导体界面和离子扩散方面也越来越受欢迎。
本系列第一部分将重点介绍 EIS 测量的基本原理。
阻抗测量基本原理是向所研究的体系施加小幅正弦激励信号，然后测量响应，响应可以是电流、电压或其他相关信号。理论电化学体系的典型 i-V 曲线如图 1 所示。
在恒电位 EIS 中，特定频率的低振幅正弦波 ∆E ⋅ sin(𝜔𝑡) 叠加在直流极化电压 E0 上。这就产生了叠加在直流电流上的正弦波电流响应 Δi ⋅ sin(𝜔𝑡 + 𝜙)。电流响应随外加电势而偏移（图 2）。
电流的泰勒级数展开式为：
如果扰动信号 ∆E 的幅度很小，那么响应可视为第一近似线性响应。泰勒级数中的高阶项可以忽略不计。系统阻抗 Zω 可通过欧姆定律计算如下：
统阻抗是一个复杂的量，其大小和相移取决于信号的频率。因此，通过改变外加信号的频率，可以计算出系统阻抗与频率的函数关系。通常，电化学中使用的频率范围为 100 kHz 至 0.1 Hz。
如上所述，阻抗是一个复数，可以用直角坐标和极坐标表示。在极坐标中，数据的阻抗用以下方式表示：
其中，|Z| 是阻抗的大小， 𝜑 是相移。
在直角坐标中，阻抗的计算公式为：
其中，z'是阻抗的实部，z''是虚部，j = √(-1)。
如图 3 所示，阻抗实部与虚部的对比图就是Nyquist图。
Nyquist曲线图的优点是可以快速概览数据，并能做出一些定性的解释。在Nyquist曲线图中，实轴必须等于虚轴（即等距轴），这样才不会扭曲曲线的形状。为了对数据进行定性分析，曲线的形状非常重要。Nyquist曲线图的缺点是没有频率信息。克服这一问题的方法之一是在曲线上标注一些频率，如图 3 所示。
阻抗模量和相移作为频率的函数绘制成两种不同的图，称为Bode图，如图 4 所示。这是一种更完整的数据展示方式。
这两种数据表示方式之间的关系如下所示：
另外，实部和虚部也可以通过以下公式求得：
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