오실라 전위차
셀 및 전극을 갖는 오실라 전위차

전위차계는 회로 전반의 저항의 변화에 대응하여 출력 전위를 변화시킬 수 있는 전압 소스입니다. 전기 화학 실험에서 전위차는 전기 화학적 활성 셀의 전위가 옴의 법칙에 따라 일정하게 유지되도록 더 많거나 적은 전류를 공급할 수 있습니다.

순환 전압계,선형 스윕 전압계 및 기타 유형의 전압계와 같은 전기 화학 기술은 용액에서 발생하는 산화 환원 사건을 측정하기 위해 전위차가 필요합니다.

전형적인 실험 셋업은 작동 전극,카운터 전극 및 기준 전극에 의해 3 개의 전극 셀에 연결된 전위차계로 구성된다. 전위차는 작동 전극과 기준 전극 사이의 전위를 제어하고 작동 전극과 반대 전극 사이의 전류를 측정합니다.

포텐쇼스텟에 의해 기록된 데이터의 분석은 사용되는 방법에 따라 재료의 다양한 고유 전기화학적 특성을 보여준다. 순환 전압계와 같은 기술을 사용하여 전위차계를 사용하여 재료의 산화 환원 전위를 찾고,반응의 가역성을 결정하고,전기 화학적 가역성에 대한 정량적 설명을 제공하고,반도체 폴리머의 에너지 레벨을 결정할 수 있습니다.

포텐쇼스탯 유형

포텐쇼스탯 사양 및 특징은 의도된 용도에 따라 다릅니다.

전위차계 유형 특정 기능 응용 프로그램
휴대용 전위차 작고 배터리 전원이 공급되며 제한된 기능을 수행 할 수 있지만 빠른 결과를 제공합니다. 내장 디스플레이 기능 또는 스마트 폰의 사용을 필요로 할 수있다. 현장 작업,물 마시는 납에 대 한 테스트 또는 혈액에서 철의 양을 측정 하는 것과 같은 의료 테스트와 같은 환경 측정.
실험실 전위차 실험실에서 사용하기에 적합하며 핸드 헬드 장치보다 강력하며 훨씬 더 깊이 분석 할 수있는 데이터를 생성합니다. 종종 빠르고 쉽게 특정 전기 화학 실험을 실행할 수 있도록 설계 소프트웨어와 함께 제공. 순환 전압계 및 선형 스윕 전압계와 같은 전압계 기술은 전자 전달 속도를 측정하고,반응의 가역성을 결정하고,종의 공식적인 감소 잠재력을 결정하고,결합 된 반응을 특성화하는 데 사용할 수 있습니다.
양측 전위차 분석기 일반 실험실 전위차 분석기보다 크고 비싼 양측 전위차 분석기는 두 개의 채널을 가지고 있습니다. 이것은 대부분의 전기화학 방법을 위해 요구되지 않습니다. 유체 역학적 전압계와 같은 유체 역학적 흐름을 포함하는 실험. 일반적으로 회전 링-디스크 전극과 함께 사용됩니다.
폴리펜티오스테이트 폴리펜티오스테이트는 3 개 이상의 채널을 갖는 임의의 포텐쇼스테이트를 지칭할 수 있다. 다 능성 분석기는 일반적으로 큰 가격표를 가지고 있으며 대다수의 실험에 필요하지 않습니다. 위와 같이. 각 채널은 일반적으로 별도의 셀로 독립적으로 실행할 수 있으므로 여러 실험을 동시에 실행할 수 있습니다.

일반적으로’전위차’라는 용어는 일반적인 전기 화학 실험실에서 찾을 수있는 단일 채널 데스크탑 장치를 지칭하는 데 사용됩니다.

전위차 대. 갈바노스탯

전위차장은 종종 갈바노스탯(암페어스탯이라고도 함)과 같은 유사한 전기화학 장치와 함께 논의됩니다. 갈바노스탯은 포텐쇼스탯과 유사한 원리로 작동하지만 일정한 전위보다는 셀 전체에 일정한 전류를 유지합니다. 갈바노 스타트에 대한 가장 일반적인 응용 프로그램은 배터리 충전기입니다.

전위차 회로 설계

단순화 된 전위차 회로 다이어그램이 그림 1 에 나와 있습니다. 그것은 아래에 자세히 설명되어 각각의 몇 가지 주요 섹션으로 구성되어 있습니다: 신호 발생기,피드백 증폭기,제어 증폭기,전류 증폭기 및 신호 변환기.

전위차 회로 설계
그림 1. 신호 발생기

신호 발생기는 전위차계의인가 된 전압 해상도를 결정합니다. 디지털-아날로그 변환기를 통해 가변 직류(직류)전압을 출력합니다.이 변환기는 컴퓨터에서 생성 된 신호를 전압으로 변환합니다. 이를 통해 사용자는 컴퓨터를 통해 전위차의 출력 전압을 정확하게 제어 할 수 있습니다.

피드백 증폭기

전압 피드백 증폭기는 아마도 전위차 회로의 가장 중요한 부분일 것이다. 그것은 컴퓨터에 보내질 신호 변환기에 그것을 통과하는 작동 기준과 기준 전극 사이 전압을 측정합니다. 그러나,그것은 또한 통제 증폭기의 부정적인 맨끝에 이 전압을 공급합니다. 이를 통해 제어 증폭기를 통해 전위차가 기준 전극에 비해 설정된 전압을 안정적으로 유지할 수 있습니다.

피드백 증폭기는 전극 전압에 과부하가 걸리지 않고 전기 화학 반응을 방해하지 않으므로 입력 전류가 매우 낮은 높은 입력 임피던스를 사용하는 것이 중요합니다. 피드백 증폭기는 또한 포텐쇼스탯이 전기화학 반응에서 발생할 수 있는 급격한 변화를 따라갈 수 있도록 충분히 빠르며 출력 증폭기에 피드백 전압을 제공해야 합니다.

제어 증폭기

제어 증폭기는 신호 발생기와 피드백 증폭기의 전압 출력을 취하여 작동 전극과 카운터 전극 사이에 전달될 전압을 출력한다. 이것은 전위차가 셀에서 일어나는 전기 화학 반응으로 인한 전압 손실을 설명하는 곳입니다. 피드백 증폭기의 출력을 제어 증폭기의 입력으로 사용하면 신호가 증가 또는 감소되어 장치가 작동 전극과 기준 전극 사이의 전압을 안정적으로 유지할 수 있습니다.

제어 증폭기의 사양은 전위차 시스템이 출력 할 수있는 최대 전압 및 전류를 결정합니다.

전류 증폭기 및 전류 범위

회로의이 섹션은 작동 전극 및 카운터 전극을 통과하는 전류를 측정하기위한 것입니다. 단일 저항 또는 저항 세트(전류 범위)와 증폭기로 구성됩니다. 각 저항은 다른 전류 범위에 해당하며 원하는 전류 범위를 선택하기 위해 켜거나 끌 수 있습니다. 따라서 이러한 저항의 수와 저항은 전위차계로 측정 할 수있는 전류를 결정합니다.

전류가 저항을 통과하면 전압이 발생합니다. 선택한 전류 범위에 따라 증폭기에 의해 전압이 증가하고 신호 변환기로 전달되어 전류 측정으로 변환됩니다.

신호 변환기

신호 변환기는 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 전압 피드백 증폭기와 전류 증폭기의 출력을 전위차계에 연결된 컴퓨터에 의해 해석될 수 있는 디지털 신호로 변환한다.

순환 전압계 전위차계

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전기화학 셀 셋업

전위차전지는 2 개,3 개 또는 4 개의 전극 구성을 제어하는 데 사용될 수 있다(그리고 전술한 바와 같이,다중 채널 바이포텐티오스타트 또는 폴리포텐티오스타트는 회전 링-디스크 전극 시스템을 제어할 수 있다).

3 개의 전극 셋업이 가장 일반적이며 작동 전극,카운터 전극 및 기준 전극으로 구성됩니다. 이 세 가지 기능 각각은 두 개의 전극 셀에 존재하며 단일 인터페이스 만 참조 전위를 제공하고 셀을 가로 질러 전류를 흐르게합니다. 이러한 설정의 주요 문제는 작동 전극에서 전위를 정확하게 제어하는 것이 불가능하다는 것입니다.

각 전극의 역할에 대한 자세한 내용은 순환 전압계 가이드를 참조하십시오.

작동 전극

백금 디스크 작동 전극

작동 전극은 전기 화학 시스템에서 1 차 전극입니다. 그것은인가 된 전압이 시스템에 들어가는 곳이며,대부분의 전기 화학 반응 및 전자 전달이 일어나는 곳입니다.

전기 화학 시스템에서 전위 및 전류의 측정은 2 전극 및 3 전극 시스템 모두에 대한 작동 전극을 포함한다. 2 전극 시스템에서 전위와 전류는 작동 전극과 카운터 전극 사이에서 측정됩니다. 3 전극 시스템에서 전위차는 작동 전극과 기준 전극 사이의 전위를 측정하는 반면 전류는 작동 전극과 반대 전극 사이에서 측정됩니다.

백금은 전기 화학적 안정성과 제조 용이성으로 인해 작업 전극에 사용되는 가장 일반적인 재료입니다. 일반적으로 사용되는 다른 재료로는 금,탄소 및 수은이 있습니다.

기준 전극

백금 디스크 작동 전극

안정한,공지되고 잘 정의된 전기화학적 전위를 가짐으로써,기준 전극은 전기화학적 측정을 위한 상수를 제공한다.

이들은 3 전극 시스템에서 전위차가 작동 전극과 반대 전극을 측정하고 제어하는 안정적인 전위를 유지하는 데 사용됩니다. 이것은 일반적으로 측정 중에 발생하는 반응으로부터 화학적으로 분리 된 잘 정의 된 전기 화학적 전위를 가진 재료를 사용하여 달성됩니다. 이러한 시스템의 전압계가 그려지면 전위는 작동 전극과 기준 전극 사이에서 측정되는 전위입니다.

이상적인 전기 화학 시스템에서 제로 전류가 기준 전극을 통해 흐를 것이므로 작업 전극에서 전위를 정확하게 측정하고 제어 할 수 있습니다. 이것은 매우 낮은 임피던스,이상적으로 0 을 갖는 기준 전극에 의해 달성됩니다.

카운터 전극

보조 전극으로도 알려진 카운터 전극은 2 또는 3 전극 시스템의 회로를 완성합니다. 작동 전극과 마찬가지로 백금은 전기 화학적 및 기계적 안정성과 높은 전기 전도성으로 인해 카운터 전극에 사용되는 가장 일반적인 재료입니다.

2 전극 시스템에서,카운터 전극은 또한 기준 전극으로 사용된다. 이 작업 전극에서 반응 속도 론 카운터 전극에 의해 억제 되지 않습니다 되도록 작업 전극 보다 훨씬 더 큰 표면적을가지고 필요 합니다.

3 전극 시스템에서 전류는 작동 전극과 카운터 전극 사이에서 측정됩니다. 전위는 여기에서 측정되지 않지만 발생하는 전기 화학 반응의 균형을 맞추기 위해 전위차에 의해 조정됩니다. 대신,전위는 작동 전극과 기준 전극 사이에서 측정되며,이상적으로는 카운터 전극과 기준 전극 사이에 제로 전류가 전달됩니다.

때로는 카운터 전극이 작동 전극에서 일어나는 반응의 영향을 줄이기 위해 기준 전극과 유사한 방식으로 작동 전극에서 분리됩니다.

전기화학 전지와 전극

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포텐쇼스탯 사양 설명

정확도,정밀도 및 해상도

포텐쇼스탯의 다양한 사양의 의미를 논의하기 전에 먼저 오해되는 세 가지 속성,즉 정확도,정밀도 및 해상도를 명확히 해야 합니다.

정확도는 측정 값이 실제 값에 얼마나 근접한지입니다. 이 값은 절대 오프셋,측정 값의 백분율 또는 이 둘의 조합으로 표시됩니다.

정밀도는 측정의 반복성입니다.,같은 점의 반복 측정이 얼마나 근접 할 것인가. 일반적으로 이 값은 절대값으로 표시됩니다.

해상도는 측정에 의해 감지될 수 있는 값의 가장 작은 변화이다. 일반적으로 이 값은 절대값으로 표시됩니다.

이 세 가지 속성의 차이점을 명확히하는 데 도움이되는 유용한 비유는 그림 2 와 같이 양궁에 사용되는 것과 같은 표적과 각 속성이 어떻게 적용되는지 생각하는 것입니다.

대상을 사용한 정확도 및 정밀도 시연
그림 2. 대상을 사용하여 정확도와 정밀도의 데모

우리가 볼 수 있듯이,정확도는 화살표가 대상의 중심에 얼마나 가까운 결정(또는 측정의 경우,데이터 포인트),정밀도는 그룹을 결정하는 동안. 이 그림의 네 가지 가능한 결과는 다음과 같습니다:

  1. 높은 정확도,높은 정밀도-화살표는 대상의 중심 주위에 단단히 그룹화됩니다.
  2. 높은 정확도,낮은 정밀도-화살표는 대상의 중심을 중심으로 희소하게 그룹화됩니다.
  3. 낮은 정확도,높은 정밀도-화살표는 단단히 대상의 중심에서 멀리 그룹화됩니다.
  4. 낮은 정확도,낮은 정밀도-화살표는 대상 중앙에서 희소하게 그룹화됩니다.

이 문제를 어떻게 해결합니까? 대상의 동일한 비유를 사용하여 해상도는 각 링의 너비이며,그림 3 과 같이 낮은 해상도는 더 두꺼운 링을,높은 해상도는 더 얇은 링을 사용합니다.

대상을 사용한 해상도 시연
그림 3. 대상

전위 범위

전위 범위는 작업 전극과 기준 전극 사이의 전위차계에 의해 적용되고 측정될 수 있는 전위 창입니다. 이것은 일반적으로 양수 및 음수 전위 모두에 적용되며 이러한 경우 더하기/빼기 기호로 표시됩니다.

전위 준수

전위 준수는 작업 전극과 카운터 전극 사이에서 전위 유지가 출력할 수 있는 전위의 최대 한계입니다. 전위 범위와 마찬가지로 양수 및 음수 전위 모두에 적용되며 플러스/마이너스 기호로 표시됩니다.

측정 중에 발생하는 전기화학 반응은 종종 기준 전극에서 전위를 감소시킨다. 이는 원하는 전위를 달성하기 위해 더 큰 출력 전위가 셀에 적용되어야 함을 의미한다.

잠재적인 범위와 잠재적인 규정 준수 사이의 구별에 유의하는 것이 중요합니다. 전위 범위는 작업 전극과 기준 전극 사이의 적용 및 측정 전위이며,전위 준수는 작업 전극과 반대 전극 사이에 적용 할 수있는 절대 최대 전위입니다.

적용된 전위 정확도

적용된 전위 정확도는 전위 측정기의 출력 전위가 설정된 전위와 다를 수 있는 최대량입니다. 특히,이것은 작동 전극과 기준 전극 사이의 전위를 나타냅니다. 더하기/빼기 오프셋으로 표시됩니다.

적용 전위 해상도

전위 측정기가 디지털 신호를 사용하여 출력 전위를 결정함에 따라 전위의 변화는 단계로 나타나고 그림 4 와 같이 시간이 지남에 따라 일련의 단계를 스캔 프로파일로 표시합니다. 적용된 전위 분해능은 전위 측정기에 의해 출력될 수 있는 전위의 가장 작은 변화이기 때문에 이러한 단계가 얼마나 작은지를 결정합니다.

순환 전압계 측정에 대한 예시적인 전위 스캔 프로파일
그림 4. 순환 전압계 측정에 대한 예시적인 잠재적 스캔 프로파일. 삽입은 프로파일의 확대된 섹션으로,지속적인 변경이 아닌 전위가 어떻게 강화되는지 보여줍니다.

최대 전류

최대 전류는 전위차계로 측정할 수 있는 가장 높은 전류입니다. 그것은 양수 및 음수 전류 모두에 적용되며 플러스/마이너스 기호로 표시됩니다. 측정된 전류가 이 범위를 벗어나면 전위차계가 출력 전위를 꺼서 장치 손상을 방지합니다.

전류 범위

밀리암페어와 나노암페어 모두에서 전류 측정에 대해 일관된 수준의 정확도와 정밀도를 달성하기 위해 전류 측정은 일련의 범위로 분할됩니다. 이 범위는 일반적으로 크기 순서로 구분되며 한 범위는 일반적으로 그 아래의 범위에 포함 된 전류를 측정 할 수 있지만 측정의 정확도와 정밀도는 더 나빠질 것입니다.

전류 측정은 전류가 통과 할 때 알려진 저항에서 전압을 측정하여 작동합니다. 따라서 다른 크기 순서의 전류를 측정하기 위해 낮은 전류가 더 높은 저항 저항을 통과하는 일련의 저항이 사용됩니다.

각 범위의 정확도,정밀도,노이즈 및 해상도는 일반적으로 전류와 동일한 크기 차이를 따르는데,이는 사용되는 저항보다는 전압 측정에 가장 큰 영향을 받기 때문입니다.

전류 측정 정확도

전류 측정 정확도는 측정된 전류 값이 실제 전류 값과 다를 수 있는 최대량입니다. 대부분의 측정값은 이 금액보다 적게 달라질 수 있습니다. 이 값은 현재 범위의 크기 순서에 따라 조정됩니다.

전류 측정 해상도

전류 측정 해상도는 전위차계로 측정할 수 있는 전류의 가장 작은 변화입니다. 이 값은 현재 범위의 크기 순서에 따라 조정됩니다.

오실라 포텐쇼스탯 사양

자세한 내용은 오실라 포텐쇼스탯 제품 페이지를 참조하십시오.

잠재적 사양

잠재적 범위

7.5V

잠재적인 규정 준수

±10V

적용되는 잠재적인 정확도

±10mV 오프셋

적용 잠재력해상도

333µV

의 후면 보기 Ossila potentiostat
이 Ossila Potentiostat

현재 사양

최대는 현재 정확도 해상도
± 150 mA ±200µA 50µA
± 20 mA ±20 µA 5µA
± 2 mA ±2µA 500nA
± 200 µA ±200nA 50nA
± 20 µA ±20nA 5nA

다른 사양에

통신

USB-B

전체적인 차원

Width:125mm 높이:55mm 깊이: 175mm

체중

600g

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