電気化学測定装置（ポテンショスタット/ガルバノスタット）

ポテンショスタットは、作用電極と参照電極の間の電位差 (電圧) を制御しながら、作用電極と対電極 (補助電極とも呼ばれる) の間に生じる電流の流れを測定する電気化学機器です。 ポテンショスタットは一定の電位を維持するため、腐食研究、電気めっき、バッテリーテスト、センサー開発における電気化学反応の正確な制御と測定が可能になります。

一方、ガルバノスタットは、セル電圧ではなくセル電流を制御する電気化学測定装置です。

メトロームのすべての電気化学測定装置は、ポテンショスタットとガルバノスタットの両方を 1 つのデバイスに組み合わせています。 ユーザーは、測定要件に基づいて適切なモード (電位制御モードまたは電流制御モード) を選択できます。

Application Note: Basic overview of the working principle of a potentiostat/galvanostat (PGSTAT) – electrochemical cell setup

Blog: Fast and fundamental – Influences on reliable electrochemical measurements

適切なポテンショスタットを選ぶ際には、次の基準を考慮してください：

1. 電圧範囲および電流範囲
2. 負荷（ワークロード）
3. 携帯性（ポータビリティ）
4. 他装置との連携（ハイフネーション）またはオールインワン構成

電圧範囲と電流範囲

使用を想定している電位および電流の範囲を考慮してください。

• 基本的な要件：コンプライアンス電圧 ±10 V、最大電流 ±100 mA： PGSTAT101, Autolab IMP, μStat-i 400 – 小型・軽量でコストパフォーマンスに優れています。
• 中程度の要件：コンプライアンス電圧 ±20 V、最大電流 ±400 mA： PGSTAT204 – コンパクトで、EISなどのモジュールを1つ追加可能です。
• 高度な要件：コンプライアンス電圧 ±30 V、最大電流 ±2 A（拡張可能）：PGSTAT302N – 多様なモジュールを組み合わせてカスタマイズ可能です。
• 厳しい要件：コンプライアンス電圧 ±50 V、最大電流 ±6 A： VIONIC powered by INTELLO – 最高仕様で、複数モジュールを1台に統合した装置です。

ワークロード（作業負荷）

複数の実験を同時に実施する予定がある場合は、マルチチャンネル（多チャンネル）対応のポテンショスタットが必要になる可能性があります。

マルチチャンネルラインの詳細

ポータブルマルチチャンネルラインの詳細

携帯性（Portability）

移動性や現場での測定、フィールドワークが必要な場合には、ポータブル型ポテンショスタットが有用です。
Metrohmでは、シングルチャンネルおよびマルチチャンネルのポータブルポテンショスタットの両方を提供しています。

ポータブルシングルチャンネルラインの詳細

ポータブルマルチチャンネルラインの詳細

他社製装置との接続した電気化学測定システム（連携電気化学測定）、
または分光電気化学（Spectroelectrochemistry）の一体化化システム

ポテンショスタットでは、接地モード（grounded mode） は、電極やセル容器のいずれも直接接地されていない場合に使用されます。これは、実験室で行われる電気化学実験（湿式電気化学研究、バッテリー研究、腐食試験など）で最も一般的に使用されるモードです。電気化学実験中に他の装置を使用する場合は、 ファラデーゲージ を用いて設置することができます。

フローティングモードは、以下の3つの主要な場合に使用する必要があります：

1. 作用極（WE）が直接接地されている場合（WE 設置）：大気中での腐食試験、水素透過、in-suit 電子顕微鏡観察
2. 対極（CE）が直接接地されている場合（CE 設置）：バイオリアクター、オートクレーブ
3. セル全体が直接接地されている場合（セル設置）：ドライボ腐食試験、オートクレーブ

上記のいずれの場合でも、ポテンショスタットを正しいフローティングモードで使用しなければ、電流を正確に測定することはできません。

選択可能なフローティングとは、ポテンショスタットやガルバノスタットにおいてセルのセットアップの接地状態を選択できる機能を指します。実験条件や電気化学セルの種類が多様であるため、VIONICやµStat-i multiX VIONIC や µStat-i multiX などのようにフローティング機能を備えた電気化学測定装置を使用することで、ユーザーにさらなる柔軟性がもたらされます。

電気化学的な流体力学測定を行い、制御された流体力学的な流れや対流を発生させるためには、以下が必要です：

• 回転ディスク電極 (RDE) や 回転リングディスク電極 (RRDE) などの装置。これらは電極を安定した速度で回転させ、物質移動を促進します。
• RDEやRRDEを制御できるソフトウェアを備えたポテンショスタット。

メトロームでは、専用ソフトウェアを介して当社のRDEやRRDEと併用できるさまざまなモデルのポテンショスタットを提供しています。

電気化学的腐食研究のために、実験室で乱流を伴うパイプフロー条件を再現する最も一般的で実用的な方法は、回転円筒電極（RCE）を使用することです。RCEのセットアップは、電極を回転させることで、パイプ内部で見られる現実的な乱流条件を再現し、物質移動を促進するとともに、実際の配管で発生する乱流の流体挙動を模倣します。

さらに、RCEの回転速度を制御できる専用ソフトウェアを備えたポテンショスタットも不可欠です。

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

はい、同じセル内で2つ以上の作用電極を用いて電気化学測定を行うことは可能です。研究の目的に応じて、さまざまな実験セットアップを選択できます。

研究で回転リングディスク電極（RRDE）や、2つの作用電極を統合したスクリーン印刷電極を使用する場合は、バイポテンショスタットが必要です。メトロームでは、 PGSTAT302N や PGSTAT204 などのバイポテンショスタット機能を備えたモデル、または STAT-I-400 のようなポータブルタイプがあります。

同じ電気化学セル内で2つ以上の作用電極を必要とする場合、以下のようなソリューションがあります。

• multiBA搭載ポテンショスタット：: 最大6つの作用電極で同時測定が可能、または STAT-I MULTI16 で最大16チャンネルで同時測定可能。
• マルチプレクサモジュール搭載ポテンショスタット (MUX-SCNR16)：最大128チャンネルでの逐次測定が可能

EISの結果を解析するには、データフィッティング機能を備えた専用ソフトウェアが一般的に必要です。この解析プロセスでは、柔軟に等価回路を構築し、計算された等価データを測定結果にフィッティングします。このフィッティングにより、ソフトウェアは回路内の各要素の定量値を算出・表示し、システムの電気化学的挙動を明確に解釈できるようにします。

メトロームの電気化学測定装置では、ポテンショスタット用ソフトウェア INTELLO、NOVA、DropView 8400 が、正確で信頼性の高いEISデータ解析を実現するためのすべての機能を提供しています。