Potenciosztátok & galvanosztátok

A potenciosztát egy olyan elektrokémiai készülék, amely a munkaelektród és a referenciaelektród közötti potenciálkülönbséget (feszültséget) szabályozza, miközben méri a munkaelektród és a segédelektród között folyó áramot. Állandó potenciált tart fenn, így ideális a redoxireakciók, a korrózió, valamint olyan folyamatok tanulmányozására, ahol a precíz potenciálszabályozás kritikus fontosságú.

A galvanosztát ezzel szemben a feszültség helyett a cellaáramot szabályozza. Ez alkalmassá teszi olyan alkalmazásokra, ahol állandó áram fenntartására van szükség, mint például az elektrolízis, az elektrogalvanizálás (fémlerakás) vagy az akkumulátorok töltési-kisütési tesztelése.

Minden Metrohm Autolab és Metrohm DropSens készülék egyetlen eszközben kombinálja a potenciosztatikus és a galvanosztatikus képességeket, lehetővé téve a felhasználók számára, hogy a kísérleti igényeik alapján válasszák ki a legmegfelelőbb üzemmódot.

Alkalmazási útmutató: A potenciosztát/galvanosztát (PGSTAT) működési elvének alapvető áttekintése – elektrokémiai cellafelépítés

Blog: Gyors és alapvető – A megbízható elektrokémiai méréseket befolyásoló tényezők

A megfelelő potenciosztát kiválasztásához vegye figyelembe az alábbi szempontokat:

1. Feszültség- és áramtartomány
2. Munkaterhelés
3. Hordozhatóság
4. Kapcsolt technikák vagy „all-in-one” megoldások

Feszültség- és áramtartomány

Vegye figyelembe azt a potenciál- és áramtartományt, amellyel a munkája során tervez dolgozni.

• Alapszintű követelmények: Max. feszültség (compliance voltage) ±10 V-ig, max. áram ±100 mA-ig: PGSTAT101, Autolab IMP, μStat-i 400 – Kisméretű, könnyű és kedvező árú készülékek.
• Közepes követelmények: Max. feszültség ±20 V, max. áram ±400 mA: PGSTAT204 – Kompakt méretű, és lehetőség van még egy további modul (pl. EIS) beépítésére.
• ü  Magas követelmények: Max. feszültség ±30 V, max. áram ±2 A (bővíthető): PGSTAT302N – Személyre szabható, modulok széles választékával kiegészíthető rendszer.
• ü  Szigorú követelmények: Max. feszültség ±50 V, max. áram ±6 A: VIONIC powered by INTELLO – A legmagasabb specifikáció és több beépített modul egyetlen készülékben.

Munkaterhelés

Ha több kísérletet tervez egyidejűleg futtatni, szükség lehet egy többcsatornás potenciosztátra.

Ugrás a Többcsatornás termékcsaládhoz

Ugrás a Hordozható többcsatornás termékcsaládhoz

Hordozhatóság

Egy hordozható potenciosztát számos olyan helyzetben nyújthat előnyt, ahol mobilitásra, terepmunkára vagy helyszíni mérésekre van szükség. A Metrohm egycsatornás és többcsatornás hordozható potenciosztátokat egyaránt kínál.

Ugrás a Hordozható egycsatornás termékcsaládhoz

Ugrás a Hordozható többcsatornás termékcsaládhoz

Kapcsolt elektrokémia külső (harmadik féltől származó) műszerekkel, vagy egyetlen műszerbe integrált spektroelektrokémia

A potenciosztátoknál a földelt üzemmódot (grounded mode) olyankor használjuk, amikor sem az elektródok, sem maga a mérőcella (edény) nem kapcsolódik közvetlenül a földeléshez. Laboratóriumi környezetben végzett elektrokémiai kísérletek esetén ez a leggyakrabban alkalmazott üzemmód (pl. nedves elektrokémiai kutatások, akkumulátorkutatások, laboratóriumi korróziós tesztek stb.). Amennyiben az elektrokémiai kísérletek során más eszközöket is használ, azok földelésére Faraday-kalitkát alkalmazhat.

A lebegő (floating) üzemmódot az alábbi három fő esetben kötelező használni:

1. Ha a munkaelektród közvetlenül csatlakozik a földeléshez (földelt WE): Szabadtéri korróziós tesztek, hidrogén-permeáció, in-situ elektronmikroszkópia.
2. Ha a segédelektród közvetlenül csatlakozik a földeléshez (földelt CE): Bioreaktorok, autoklávok.
3. Ha a teljes mérőcella közvetlenül csatlakozik a földeléshez (földelt Cell): Tribokorrózió, autoklávok.

A fent említett esetek bármelyikénél a pontos árammérés kizárólag akkor lehetséges, ha a potenciosztátot a megfelelő lebegő (floating) üzemmódban használják.

A választható lebegőpontos üzemmód a potenciosztátok/galvanosztátok azon funkciójára utal, amellyel szabadon megválasztható a cella-összeállítás földelési állapota. A kísérleti követelmények és az elektrokémiai cellatípusok széles választéka miatt egy lebegőpontos funkcióval rendelkező elektrokémiai műszer (mint például a VIONIC vagy a µStat-i multiX, többek között) rendkívüli sokoldalúságot biztosít a felhasználó számára.

Egy elektrokémiai hidrodinamikai mérés elvégzéséhez, valamint a szabályozott hidrodinamikai áramlás vagy konvekció előidézéséhez a következőkre van szükség:

• Olyan berendezésekre, mint a forgó korong elektróda (RDE) vagy a forgó gyűrű-korong elektróda (RRDE), amelyek a tömegtranszport fokozása érdekében stabil sebességgel forgatják az elektródát.
• Egy olyan szoftverrel felszerelt potenciosztátra, amely képes vezérelni az RDE-t vagy az RRDE-t.

A Metrohm-nál a potenciosztátok különböző modelljeit kínáljuk, amelyek dedikált szoftvereken keresztül használhatók az RDE és RRDE rendszereinkkel.

A turbulens csőáramlási viszonyoknak a laboratóriumi szimulálásához az elektrokémiai korróziós kutatásokban a legelterjedtebb és legpraktikusabb megközelítés a forgó hengeres elektróda (RCE – Rotating Cylinder Electrode) használata. Az RCE-felépítés az elektróda forgatásával reprodukálja a csövek belsejében tapasztalható valósághű turbulens áramlási viszonyokat, ami fokozza a tömegtranszportot, és hűen utánozza a valódi csővezetékekben fellépő turbulens folyadékáramlást.

Emellett elengedhetetlen egy olyan szoftverrel ellátott potenciosztát is, amely képes az RCE forgási sebességének szabályozására.

White Paper: Corrosion Best Practice – Creating Pipe-flow Conditions Using a Rotating Cylinder Electrode

Igen, lehetséges elektrokémiai méréseket végezni két vagy több munkaelektródával ugyanabban a cellában. Kutatási igényeitől függően különböző kísérleti elrendezések közül választhat.

Ha a kutatása forgó gyűrű-korong elektród (RRDE) használatát foglalja magában, vagy egy olyan egyedi szitanyomott elektródot (screen-printed electrode), amely két munkaelektródot integrál, egy Bipotenciosztátra lesz szüksége. A Metrohm-nál különböző bipotenciosztát-funkcióval rendelkező potenciosztát-modelleket kínálunk, mint például az AUT302N és a PGSTAT204, vagy olyan hordozható modelleket, mint a STAT-I-400.

Ha a kutatásához kettőnél több munkaelektródra van szükség ugyanabban az elektrokémiai cellában, más megoldások is rendelkezésre állnak:

• Potenciosztát multiBA-val: Akár hat munkaelektródon történő egyidejű mérésekhez, vagy a STAT-I MULTI16 akár 16 munkaelektródon történő egyidejű mérésekhez.
• Potenciosztát multiplexer modullal (MUX-SCNR16): Akár 128 munkaelektródon történő szekvenciális mérésekhez.

Az EIS (elektrokémiai impedancia-spektroszkópia) eredményeinek elemzéséhez általában adatillesztő (data fitting) eszközökkel ellátott, speciális szoftverre van szükség. Ez a folyamat magában foglalja egy helyettesítő áramkör (equivalent circuit) rugalmas felépítését, valamint a számított helyettesítő adatok illesztését a mért eredményekhez. Ezen illesztési folyamat révén a szoftver meghatározza és megjeleníti az áramkör egyes elemeinek kvantitatív értékeit, lehetővé téve a rendszer elektrokémiai viselkedésének egyértelmű interpretációját.

A Metrohmnál a potenciosztátokhoz tartozó szoftvereink – az INTELLO, a NOVA és a DropView 8400 – mindezen funkciókat biztosítják a precíz és megbízható EIS-adatelemzés érdekében.