a potenciosztát olyan feszültségforrás, amely képes megváltoztatni kimeneti potenciálját az áramkör ellenállásának változásaira reagálva. Ban ben elektrokémiai kísérletek, a potenciosztátok képesek többé-kevésbé áramot szolgáltatni úgy, hogy az elektrokémiailag aktív cellában a potenciál állandó maradjon az Ohm törvénye szerint.

az elektrokémiai technikák, mint a ciklikus voltammetria, a lineáris sweep voltammetria és más típusú voltammetria potenciosztátot igényelnek az oldatban zajló redox események mérésére.

egy tipikus kísérleti felépítés egy potenciosztátból áll, amelyet egy működő elektróda, ellenelektród és referenciaelektród csatlakoztat egy három elektródcellához. A potenciosztátok szabályozzák a munka-és referenciaelektródák közötti potenciált, és mérik a munka-és ellenelektródák közötti áramot.

a potenciosztáttal rögzített adatok elemzése az anyag különböző belső elektrokémiai tulajdonságait tárja fel, attól függően, hogy melyik módszert alkalmazzák. Olyan technikák alkalmazásával, mint a ciklikus voltammetria, a potenciosztátok felhasználhatók az anyagok redoxpotenciáljának meghatározására, a reakció reverzibilitásának meghatározására, az elektrokémiai reverzibilitás mennyiségi leírására és a félvezető polimerek energiaszintjének meghatározására.

a Potenciosztát típusai

a Potenciosztát specifikációi és jellemzői a tervezett alkalmazástól függően változnak.

Potenciosztát Típus	egyedi jellemzők	Alkalmazások
hordozható potenciosztátok	kicsi, akkumulátoros, korlátozott funkciókat képes végrehajtani, de gyors eredményt ad. Beépített kijelzővel rendelkezhet, vagy okostelefon használatát igényelheti.	terepmunka, környezeti mérések, például ólomvizsgálat ivóvízben vagy orvosi vizsgálatok, például a vér vasmennyiségének mérése.
laboratóriumi potenciosztátok	laboratóriumi használatra alkalmas, erősebb, mint a kézi egységek, és sokkal mélyebben elemezhető adatokat állítanak elő. Gyakran mellékelt szoftver célja, hogy gyorsabb és könnyebb futtatni konkrét elektrokémiai kísérletek.	Voltammetriás technikák, mint például a ciklikus voltammetria és a lineáris sweep voltammetria, amelyek felhasználhatók az elektrontranszfer kinetikájának mérésére, a reakció reverzibilitásának meghatározására, egy faj formális redukciós potenciáljának meghatározására, a kapcsolt reakció jellemzésére stb.
Bipotentiosztatikumok	nagyobb és drágább, mint a normál laboratóriumi potenciosztatikumok, a bipotentiosztatikumok két csatornával rendelkeznek. Ez a legtöbb elektrokémiai módszer esetében nem szükséges.	hidrodinamikai áramlással járó kísérletek, például hidrodinamikai voltammetria. Jellemzően forgó gyűrű-lemez elektródával (RRDE) használják.
Polypotentiostats	a Polypotentiostat bármely olyan potenciosztátra utalhat, amelynek három vagy több csatornája van. A polipotentiosztatikumok általában nagy árcédulával rendelkeznek, és a kísérletek túlnyomó többségéhez nem szükségesek.	mint fent. Minden csatorna általában külön cellákkal függetlenül is futtatható, így több kísérlet is futtatható egyszerre.

általában a potenciosztát kifejezés egycsatornás asztali eszközre utal,mint bármely tipikus elektrokémiai laboratóriumban.

Potenciosztatikumok vs. galvanosztátok

a Potenciosztátokat gyakran tárgyalják hasonló elektrokémiai eszközök mellett, mint pl galvanosztátok (más néven amperosztátok). A galvanosztátok hasonló elveken működnek, mint a potenciosztátok, de állandó áramot tartanak fenn a cellán, nem pedig állandó potenciált. A galvanosztátok leggyakoribb alkalmazása az akkumulátortöltők.

Potenciosztát áramkör kialakítása

az 1.ábrán egy egyszerűsített potenciosztát kapcsolási rajz látható. Több kulcsfontosságú részből áll, amelyek mindegyikét az alábbiakban részletezzük: egy jelgenerátor, visszacsatoló erősítő, vezérlőerősítő, áramerősítő és egy jelátalakító.

jelgenerátor

a jelgenerátor határozza meg az alkalmazott feszültség felbontása a potenciosztát. Változó egyenáramú (egyenáramú) feszültségeket ad ki digitális-analóg átalakítón (DAC) keresztül, amely a számítógép által generált jelet feszültséggé alakítja. Ez lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy pontosan vezérelje a potenciosztát kimeneti feszültségét számítógépen keresztül.

visszacsatoló erősítő

a feszültség visszacsatoló erősítő talán a potenciosztát áramkör legfontosabb része. Méri a munka referencia és a referencia elektróda közötti feszültséget, átadva azt a jelátalakítónak, amelyet a számítógépre kell küldeni. Ezt a feszültséget azonban a vezérlőerősítő negatív kivezetésére is táplálja. Ez lehetővé teszi, hogy a potenciosztát a vezérlőerősítőn keresztül stabilan tartsa a beállított feszültséget a referenciaelektródához képest.

fontos, hogy a visszacsatoló erősítő ne terhelje túl az elektróda feszültségét és zavarja az elektrokémiai reakciót, ezért nagy bemeneti impedanciát használnak nagyon alacsony bemeneti árammal (pA). A visszacsatoló erősítőnek elég gyorsnak kell lennie ahhoz, hogy a potenciosztát lépést tartson az elektrokémiai reakciókban bekövetkező gyors változásokkal, és biztosítsa a visszacsatolási feszültséget a kimeneti erősítőhöz.

Vezérlőerősítő

a vezérlőerősítő felveszi a jelgenerátor és a visszacsatoló erősítő feszültségkimenetét, és kiadja a munka-és ellenelektródák közötti feszültséget. Ez az, ahol a potenciosztát a cellában zajló elektrokémiai reakciók miatti feszültségvesztést jelenti. A visszacsatoló erősítő kimenetét a vezérlőerősítő bemeneteként használva a jel növekszik vagy csökken, lehetővé téve a készülék számára, hogy stabilan tartsa a feszültséget a munka-és referenciaelektródák között.

a vezérlőerősítő specifikációi meghatározzák a potenciosztát rendszer által kibocsátott maximális feszültséget és áramot.

Áramerősítő és áramtartományok

az áramkör ezen szakasza a munkaelektródán és az ellenelektródán áthaladó áram mérésére szolgál. Egyetlen ellenállásból vagy ellenálláskészletből (az aktuális tartományokból) és egy erősítőből áll. Minden ellenállás különböző áramtartománynak felel meg, és be-vagy kikapcsolható a kívánt áramtartomány kiválasztásához. Ezért ezeknek az ellenállásoknak a száma és ellenállása határozza meg a potenciosztáttal mérhető áramokat.

amikor az áram áthalad egy ellenálláson, feszültséget generál. A feszültséget az erősítő a kiválasztott áramtartománynak megfelelően növeli, majd a jelátalakítóba továbbítja, ahol áramméréssé alakítja.

jelátalakító

a jelátalakító analóg-digitális átalakítót (ADC) használ a feszültség-visszacsatoló erősítő és az áramerősítő kimenetének digitális jellé történő átalakítására, amelyet a potenciosztáthoz csatlakoztatott számítógép értelmezhet.

elektrokémiai cellák felállítása

a Potenciosztátok két, három vagy négy elektródkonfiguráció vezérlésére használhatók (és amint azt fentebb tárgyaltuk, a többcsatornás bipotentiosztátok vagy polipotentiosztátok vezérelhetik a forgó gyűrű-lemez elektródarendszereket).

a három elektróda beállítása messze a leggyakoribb, és egy működő elektródából, egy ellenelektródából és egy referenciaelektródból áll. E három funkció mindegyike létezik egy két elektróda cellában is, csak egyetlen interfész nyújt referenciapotenciált, és lehetővé teszi az áram áramlását a cellán. Az ilyen beállítás elsődleges problémája az, hogy lehetetlenné teszi a működő elektróda potenciáljának pontos szabályozását.

működő elektróda

a működő elektróda az elektrokémiai rendszer elsődleges elektródja. Ez az a hely, ahol az alkalmazott feszültség belép a rendszerbe, és ahol a legtöbb elektrokémiai reakció és elektron transzfer zajlik.

az elektrokémiai rendszerben a potenciál és az áram mérése magában foglalja a két-és háromelektródos rendszerek működő elektródáját. Kételektródos rendszerekben a potenciál és az áram mérése a munka-és ellenelektródák között történik. Háromelektródásrendszerekben a potenciosztát a munka-és referenciaelektródák közötti potenciált méri, miközben az áramot a munka-és ellenelektródák között mérik.

a platina a leggyakoribb anyag, amelyet elektrokémiai stabilitása és könnyű gyártása miatt használnak az elektródák megmunkálásához. Más általánosan használt anyagok közé tartozik az arany, a szén és a higany.

Referenciaelektród

stabil, ismert és jól meghatározott elektrokémiai potenciállal rendelkező referenciaelektródák állandó értéket biztosítanak az elektrokémiai méréshez.

ezeket egy háromelektródos rendszerben használják, hogy fenntartsák a stabil potenciált, amellyel szemben a potenciosztát méri és vezérli a munka-és ellenelektródákat. Ezt jól meghatározott elektrokémiai potenciállal rendelkező anyagok felhasználásával érik el, amelyek jellemzően kémiailag elkülönülnek a mérés során bekövetkező reakcióktól. Amikor egy ilyen rendszer voltammogramját ábrázoljuk, a potenciál az, amelyet a munka-és referenciaelektródák között mérünk.

ideális elektrokémiai rendszerben nulla áram áramlik át a referenciaelektródán, lehetővé téve a pontos méréseket és a potenciál szabályozását a működő elektródon. Ezt úgy érjük el, hogy a referenciaelektróda nagyon alacsony impedanciájú, ideális esetben nulla.

számláló elektróda

számláló elektródák, más néven segédelektródák, befejezik a két vagy három elektróda rendszer áramkörét. A munkaelektródhoz hasonlóan a platina a leggyakoribb anyag, amelyet az ellenelektródákhoz használnak elektrokémiai és mechanikai stabilitása és magas elektromos vezetőképessége miatt.

kételektródos rendszerekben az ellenelektródot referenciaelektródként is használják. Ez megköveteli, hogy a munkaelektródánál sokkal nagyobb felülettel rendelkezzen annak biztosítása érdekében, hogy a munkaelektródánál a reakciókinetikát ne gátolják az ellenelektródnál lévők.

háromelektródásrendszerekben az áramot a munka-és ellenelektródák között mérik. A potenciált itt nem mérik, hanem a potenciosztát állítja be az előforduló elektrokémiai reakciók kiegyensúlyozására. Ehelyett a potenciált a munka-és referenciaelektródák között mérik, ideális esetben nulla árammal a számláló és a referenciaelektródák között.

előfordul, hogy az ellenelektródot a referenciaelektródához hasonló módon választják el a munkaelektródtól, hogy csökkentsék az ellenelektródon zajló reakciók hatását a munkaelektródon lévőkre.

Potenciosztát SPECIFIKÁCIÓK magyarázata

pontosság, pontosság és felbontás

mielőtt megvitathatnánk a potenciosztát különféle specifikációinak jelentését, először tisztáznunk kell három gyakran félreértett tulajdonságot: pontosság, pontosság és felbontás.

a pontosság az, hogy a mért érték milyen közel van a valódi értékhez. Ez vagy abszolút eltolásként, a mért érték százalékában vagy a kettő kombinációjában jelenik meg.

a pontosság a mérés megismételhetősége, azaz., milyen közel lesznek egymáshoz ugyanazon pont ismételt mérései. Általában ez abszolút értékként jelenik meg.

a felbontás az érték legkisebb változása, amelyet egy mérés érzékel. Általában ez abszolút értékként jelenik meg.

hasznos analógia e három tulajdonság különbségeinek tisztázására az, ha egy olyan célt gondolunk, amelyet az íjászatban használnának, és hogyan alkalmaznák ezeket a tulajdonságokat, amint azt a 2.ábra mutatja.

mint látható, a pontosság határozza meg, hogy a nyilak (vagy mérés esetén az adatpontok) milyen közel vannak a cél középpontjához, míg a pontosság határozza meg a csoportosítást. Az ábra négy lehetséges eredményét az alábbiakban adjuk meg:

1. Nagy pontosság, nagy pontosság-a nyilak szorosan vannak csoportosítva a cél közepe körül.
2. Nagy pontosság, alacsony pontosság – a nyilak ritkán vannak csoportosítva a cél közepe körül.
3. alacsony pontosság, nagy pontosság – a nyilak szorosan vannak csoportosítva a cél közepétől.
4. alacsony pontosság, alacsony pontosság – a nyilak ritkán vannak csoportosítva a cél közepétől.

hogyan befolyásolja a felbontás ezt? A cél analógiájának felhasználásával a felbontás az egyes gyűrűk szélessége lenne, az alacsonyabb felbontások vastagabb gyűrűkkel, a nagyobb felbontások pedig vékonyabb gyűrűkkel rendelkeznek, amint azt a 3.ábra mutatja.

Potenciáltartomány

a potenciáltartomány az a potenciálablak, amelyet a munka-és referenciaelektródák közötti potenciosztáttal lehet alkalmazni és mérni. Ez általában érvényes mind a pozitív, mind a negatív potenciálra, és ebben az esetben plusz/mínusz szimbólummal van ábrázolva.

potenciális megfelelés

a potenciális megfelelés azon potenciál maximális határértéke, amelyet a potenciosztát képes a munka-és ellenelektródák között kibocsátani. A potenciális tartományhoz hasonlóan a pozitív és negatív potenciálokra egyaránt vonatkozik, és mint ilyen, plusz/mínusz szimbólummal van ábrázolva.

a mérés során bekövetkező elektrokémiai reakciók gyakran csökkent potenciált eredményeznek a referenciaelektródánál. Ez azt jelenti, hogy a kívánt potenciál eléréséhez nagyobb kimeneti potenciált kell alkalmazni a cellára.

fontos megjegyezni a potenciális tartomány és a potenciális megfelelés közötti különbséget. A potenciáltartomány a munkaelektródák és a referenciaelektródák között alkalmazott és mért potenciál, míg a potenciális megfelelés a munkaelektródák és az ellenelektródák között alkalmazható abszolút maximális potenciál.

alkalmazott potenciálpontosság

az alkalmazott potenciálpontosság az a maximális mennyiség, amelyet egy potenciosztát kimeneti potenciálja eltérhet a beállított potenciáltól. Pontosabban, ez a munka-és referenciaelektródák közötti potenciálra utal. Ez egy plusz/mínusz eltolás.

alkalmazott potenciálfelbontás

mivel a potenciosztát digitális jeleket használ a kimeneti potenciál meghatározására, a potenciál bármilyen változása lépésként, a szkennelési profil pedig lépések sorozataként jelenik meg az idő múlásával, amint azt a 4.ábra mutatja. Az alkalmazott potenciálfelbontás határozza meg, hogy ezek a lépések milyen kicsiek lehetnek, mivel ez a potenciál legkisebb változása, amelyet egy potenciosztát képes kiadni.

maximális áram

a maximális áram a potenciosztáttal mérhető legnagyobb elektromos áram. Mind a pozitív, mind a negatív áramokra vonatkozik, és mint ilyen, plusz / mínusz szimbólummal van ábrázolva. Ha a mért áram ezen a tartományon kívül esik, egy potenciosztát kikapcsolja a kimeneti potenciált, hogy megakadályozza az egység károsodását.

Áramtartományok

annak érdekében, hogy egyenletes pontosságot és pontosságot érjünk el mind a milliamper, mind a nanoamper áramméréseknél, az áramméréseket egy sor tartományra osztjuk. Ezeket a tartományokat általában nagyságrenddel választják el egymástól, és bár egy tartomány általában meg tudja mérni az alatta lévő tartomány által körülvett áramokat, a mérés pontossága és pontossága rosszabb lesz.

az áram mérése úgy működik, hogy megmérjük a feszültséget egy ismert ellenálláson, amikor az áram áthalad rajta. Ezért az áram különböző nagyságrendű mérésére ellenállások sorozatát használják, alacsonyabb áramokkal, amelyek nagyobb ellenállású ellenállásokon mennek keresztül.

az egyes tartományok pontossága, pontossága, zajszintje és felbontása általában ugyanolyan nagyságrendű különbségeket követ, mint az áramok, mivel ezeket leginkább a feszültség mérése befolyásolja, nem pedig az alkalmazott ellenállások.

Árammérési pontosság

az árammérési pontosság az a maximális érték, amelyet a mért áramérték eltérhet a tényleges áramértéktől. Fontos megjegyezni, hogy a legtöbb mérés kevesebb, mint ez az összeg. Ez az érték az aktuális tartományok nagyságrendjével skálázódik.

jelenlegi mérési felbontás

az aktuális mérési felbontás az áram legkisebb változása, amelyet potenciosztáttal lehet mérni. Ez az érték az aktuális tartományok nagyságrendjével skálázódik.

Ossila Potenciosztát SPECIFIKÁCIÓK

potenciális SPECIFIKÁCIÓK

potenciális tartomány

ons 7.5 V

potenciális megfelelés

60 V

alkalmazott potenciális pontosság

602 > 10 mV eltolás

alkalmazott potenciális felbontás

333

jelenlegi előírások

maximális áram	pontosság	felbontás
± 150 mA	ons 200-8909>	50 ca
± 20 mA	ons 20 6909>	5 6. ca
± 2 mA	6-2-8909-1366-500 nA
± 200 ca	600 nA	50 nA
± 20 ca	60 nA	5 nA

egyéb előírások

kommunikáció

USB-B

teljes méretek

szélesség: 125 mm magasság: 55 mm Mélység: 175 mm

Súly

600 g