Compliance-Spannung

Wie hoch ist die Compliance-Spannung?

Zweck eines Potentiostaten

Der Zweck eines Potentiostaten besteht darin, eine bekannte Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode und einem bekannten Referenzpunkt, der Bezugselektrode, anzulegen. Um das Potential der Referenzelektrode stabil zu halten, sollte kein Strom durch die Referenzelektrode fließen.

Eine dritte Elektrode, die Gegenelektrode, trägt die Stromlast. Das bedeutet, dass zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode ein definiertes Potential anliegt, der Strom aber zwischen Arbeits- und Gegenelektrode gemessen wird.

Zellpotenzial für Stromfluss

Damit ein Strom fließen kann, muss zwischen der Arbeits- und der Gegenelektrode ein Potential angelegt werden. Dies ist das Zellpotential. Es wird so eingestellt, dass die Potentialdifferenz zwischen der Arbeits- und der Referenzelektrode das eingestellte Potential ist. Oder anders ausgedrückt: Das Potential der Gegenelektrode wird so eingestellt, dass zwischen Arbeits- und Gegenelektrode ausreichend Strom fließt.

Die fließenden Ströme können durch die Aufladung der elektrochemischen Doppelschicht (kapazitiver Ladestrom) oder eine elektrochemische Reaktion (Faraday-Strom) verursacht werden. Der Strom an der Gegenelektrode und der Arbeitselektrode muss den gleichen Betrag, aber entgegengesetzte Polarität haben, z. B. wenn an der Arbeitselektrode -1 mA fließt, muss an der Gegenelektrode +1 mA fließen.

Wenn an der Arbeitselektrode kleine Ströme fließen und eine große Gegenelektrode verwendet wird, kann der kapazitive Ladestrom als Strom für die Gegenelektrode ausreichen. In den meisten Situationen findet an der Gegenelektrode eine elektrochemische Reaktion statt.

Oxidation und Reduktion

Eine Oxidation an der Arbeitselektrode erfordert eine Reduktion an der Gegenelektrode und umgekehrt. Die Oxidation und Reduktion an der Gegenelektrode und der Arbeitselektrode bestimmen das für die Zelle erforderliche Mindestpotenzial. Die Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode muss groß genug sein, um beide Reaktionen auszulösen.

Oft wird bei der Planung eines Experiments die Reaktion an der Gegenelektrode nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund ist die häufigste Reaktion an der Gegenelektrode die Aufspaltung des Lösungsmittels, z. B. Wasser, d. h. die Oxidation von Wasser zu Protonen und Sauerstoff oder die Reduktion von Wasser zu Wasserstoff und Hydroxid.

Die Oxidation von Eisen an der Arbeitselektrode erfolgt zum Beispiel bei +200 mV gegen RE. Die Wasserspaltung ist die einzig mögliche Reduktion an der Gegenelektrode. Die Reduktion von Wasser erfolgt bei -1,2 V gegen RE. Das bedeutet, dass das Zellpotenzial, die Differenz zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode, mindestens -1,4 V beträgt.

Maximales Zellpotenzial erreicht

Je höher der Strom an der Arbeitselektrode ist, desto höher ist der an der Gegenelektrode benötigte Strom. Um den Strom zu erhöhen, vergrößert der Potentiostat die Potentialdifferenz zwischen der Arbeits- und der Gegenelektrode. Irgendwann ist das maximale Zellpotenzial erreicht und kann nicht weiter erhöht werden.

Das bedeutet, dass das Potential der Arbeitselektrode möglicherweise nicht mehr richtig ist, weil der richtige Strom nicht mehr durch die Gegenelektrode fließen kann. Der Potentiostat ist in seine Erhaltungsspannung gelaufen. Das Potential der Arbeitselektrode bleibt auf dem letzten Wert, den es erreichen konnte.

Bei DPV oder SWV bedeutet dies, dass das Differential 0 ist und die Kurve daher einen plötzlichen Stromabfall zeigt und bei 0 bleibt. In einem zyklischen Voltammogramm ist das Erreichen der Konstantspannung deutlich sichtbar. Das konstante Potential führt zu einem Strom, der der Cottrell-Gleichung folgt:

Die Darstellung des Stroms in Abhängigkeit von der Zeit zeigt deutlich, dass der Strom eine Zeitabhängigkeit aufweist, die durch die Cottrell-Gleichung beschrieben wird, und nicht die erwartete Potenzialabhängigkeit.

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Compliance-Spannung pro Gerät

Die Compliance-Spannung ist von Gerät zu Gerät unterschiedlich. In dieser Übersicht können Sie die Geräte vergleichen.

Beachten Sie, dass das EmStat Pico-Modul die gleiche Compliance-Spannung wie die Potentiostate der Sensit-Serie hat.