多路复用器的替代模式

替代测量方法

以下技术支持多路复用器的“替代”模式：

• 时程安培法；
• 时程电位法；
• 开路电位法；
• （恒电流）电化学阻抗谱。

下图展示了在时程安培法实验中，各通道可能出现的电位变化情况。

图1——采用交替模式的多路复用器进行典型时程安培法测定时，施加电位的随时间变化曲线。

请注意，活动通道仅在采样其电流的瞬间，才会被置于设定电位下的极化状态。在空闲期间（即其他通道正在切换或测量时），该通道的工作电极将处于空闲状态。

重要说明 1/2

使用多路复用器无法同时向多个三电极电池施加电位。这需要使用多通道电位仪，其中每个通道都配备独立的电位仪。 尽管在某些情况下（例如纯电阻性负载），交替模式可以产生类似的响应，但所得的行为对于许多电化学电池而言可能并不具有代表性或不适用。

采用单元阵列的替代模式

空闲通道的行为取决于所选的“未选中工作电极（Unselected WE）”设置。有关可用选项的详细说明，请参阅《 PSTrace手册》中“MUX8-R2设置”一节以获取更多信息。 若选择将“未选定 WE”连接至 GND，为正确达到设定电位，所有工作电极必须位于同一电池中，并共用一个组合的参比电极和对电极（RE+CE）。图 2 中以布局 (d) 示意了此设置。

图2——多种电极和电池排列方式的示例。图中的圆点代表电池中的电极：红色 = 工作电极（WE），黑色 = 对照电极（CE），蓝色 = 参考电极（RE），黑色+蓝色 = 参考电极与对照电极组合（RE+CE）。

如果将此选项用于三电极系统的电池阵列（方案 (c)），其工作行为会有所不同。闲置通道的极化 电位与活动通道相同（WE 相对 CE）。 施加相同的细胞电位并不一定导致相同的 极化电位（WE 或 Sense 相对 RE），除非这纯属巧合。这是因为，在 2 电极系统中，细胞电位与极化电位是相同的，但在 3 电极系统中则并非如此。

如果将此选项用于单独（独立）的电极单元（如图（a）和（b）所示），则空闲通道不会被极化，因为其对电极（CE）和参考电极（RE）未连接。 通过强制连接这些电极——无论是物理上将CE和RE引线合并——闲置通道将与活动通道处于相同的电池电位（WE 相对 CE）下而产生极化。对于两电极系统，其中电池电位等于极化电位，这在方案（b）中可能有效。

重要说明 2/2

当使用独立（单独）的电池时，“替代模式”可能无法按预期工作。在此配置下，测得的响应可能与预期行为存在显著差异，因为施加到每节电池上的电位并不对应于设定的电位。 唯一的例外是开路电位（OCP）技术，该技术无需电位仪控制，因此使用独立电池时也能提供有效的结果。

时间间隔与切换时间

对于 MUX8-R2 和 EmStat4 多路复用器，通道切换时间为 2 毫秒。在交替模式下运行时，会限制最小时间间隔，以确保每个通道切换后，单元有足够的时间稳定下来：

• 当选择 1 至 8 个通道时，允许的最小间隔时间为250 毫秒
• 当选择 9 至 16 个通道时，允许的最小间隔时间将增加至500 毫秒

一个重要的限制是用于采样每个测量点的时间。实际采样窗口远短于顺序测量模式。例如，对于8个通道、1秒的测量间隔，每个通道的实际采样时间约为0.1秒（1/8加上一些额外开销）。 如果需要非常短的时间间隔，与顺序测量模式相比，测量结果可能会出现更多噪声。大多数电化学池都能处理非常短的采样时间，但某些样品（如离子选择性电极）可能会对采样时间的缩短较为敏感。

电荷注入及其预防方法

每次拨动开关时，都会向电路中注入一小部分电荷。这是因为在开关未连接到任何电路的瞬间，它不受任何反馈回路的控制。当开关闭合的瞬间，多余的电荷会被注入到测量电路中。 电荷注入量通常较小（20 pC）。然而，如果使用小型电极或高灵敏度电极，这种电荷注入就足以显著改变电极的电位。在连续模式下，仅发生一次开关事件，此后电极在整个测量期间都有充足的时间来恢复其开放电路电位（OCP）。 然而，如果使用交替模式，则会发生多次开关事件，且测量时间间隔非常短。结果，电极会受到大量电荷注入，而稳定其开放电路电位（OCP）的时间却很少。这在某些情况下会导致OCP测量结果出现伪影。为缓解这一问题：

• 如果您使用的是 EmStat4 MUX，只需将计数电极和工作电极的引线保持断开状态即可。检测电极和参比电极的引线已针对此影响进行了缓冲处理，仅进行 OCP 实验时，这些引线已足够使用。
• 如果您拥有 MUX8-R2，请阅读 本应用说明，了解如何避免电荷注入。