Potentiostat
Ein Potentiostat ist ein elektronisches Gerät, das die Potentialdifferenz (oder Spannung) zwischen zwei Elektroden misst und regelt.
Die Messelektroden können sehr klein sein, wie z. B. Mikroelektroden in einer leitfähigen Lösung, aber auch ein beschichteter Metallcoupon in einer sauren Umgebung. Auch ein Drei-Elektroden-Aufbau ist möglich.
Ein Potentiostat kann in den Bereichen Elektrochemie und Biochemie, aber auch in der Sensorentwicklung und der Batterieforschung eingesetzt werden.
Was ist ein Potentiostat, wozu dient er und wie wird er angeschlossen?
In diesem Video sprechen wir darüber, was ein Potentiostat, ein Galvanostat und ein Frequenzanalysator sind, wozu man sie verwendet und wie man die Elektroden anschließt.
Sie sehen hier Beispiele für klassische und siebgedruckte Elektroden sowie vier verschiedene Arten elektrochemischer Verfahren.
Alle Videos zu Potentiostaten ansehenVorteil eines Potentiostaten
Das Wort Potentiostat kommt von Potential. In der Elektronik und Elektrochemie ist ein Potential gespeicherte Energie oder das "Potential, Arbeit zu verrichten".
Durch Anlegen eines Potentials mit einem Potentiostaten, z. B. einem PalmSens4, an eine leitende Oberfläche in einer leitenden Lösung kann ein bestimmter Elektrodenstrom induziert werden, der vom Potentiostaten gemessen wird, während das angelegte Potential konstant gehalten wird.
Der Vorteil eines Potentiostaten ist, dass er im Gegensatz zu einer normalen Stromquelle die vollständige Kontrolle über das angelegte Potential hat.
Wozu dient ein Potentiostat?
Ein Potentiostat wird hauptsächlich in der Elektrochemie eingesetzt. Elektrochemiker möchten beispielsweise nachweisen, wie viel Blei oder andere Schwermetalle im Trinkwasser vorhanden sind (Abbildung 1), wie viel Eisen im Blut enthalten ist oder untersuchen, wie sich Regenwasser auf die Oberfläche eines bestimmten Metalls auswirkt (z. B. indem es Korrosion verursacht).
Wie funktioniert ein Potentiostat?
Ein Potentiostat legt an eine bestimmte Oberfläche, eine Elektrode, eine Spannung an. Dadurch wird die Anzahl der Elektronen auf der Oberfläche verringert oder erhöht. Dies bewirkt, dass die Flüssigkeit dazu angeregt wird, Elektronen abzugeben oder aufzunehmen, um diesen Effekt auszugleichen.
Der Elektronenaustausch pro Zeiteinheit, also der Strom an der Elektrode, kann mit dem Potentiostaten gemessen werden. Dies geschieht in der Regel in einer Dreielektrodenanordnung (Abbildung 2).
Abbildung 2 | Schematische Darstellung eines 3-Elektroden-Aufbaus für einen Potentiostaten
Eine Elektrode, die bei Vorhandensein einer bestimmten Substanz Strom liefert, wird als Sensor bezeichnet. Dieser Sensor hat eine bestimmte Empfindlichkeit gegenüber der Substanz, die Sie messen möchten.
Aus diesem Grund gibt es viele verschiedene Sensoren, die auf bestimmte chemische Substanzen unterschiedlich reagieren.
Manchmal kann ein Sensor mehrfach verwendet werden, oft handelt es sich jedoch um Einwegsensoren, die nur für den einmaligen Gebrauch bestimmt sind und durch die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen dauerhaft verändert werden.
Neben Potentiostaten vertreibt PalmSens Sensoren in allen Formen und Größen für die unterschiedlichsten Messungen.
SensorenVerschiedene Typen
Es gibt verschiedene Arten von Potentiostaten, die von Forschern auf dem Gebiet der Elektrochemie verwendet werden.
- Die meisten Forscher verwenden einen Potentiostaten zum Nachweis aller möglichen Substanzen in Flüssigkeiten (z. B. den PalmSens4) im Labor oder im Feld.
- Forscher, die im Labor genauere Messungen vornehmen, verwenden den Nexus.
- Es gibt aber auch Potentiostaten, die nur für den Nachweis einer bestimmten Substanz verwendet werden. Für diesen Zweck stellt PalmSens Potentiostatmodule her, sogenannte OEM-Potentiostaten.
- PalmSens bietet auch maßgeschneiderte Potentiostaten für spezielle Anwendungen wie den EmStat Go.
Potentiostat-Software
Ohne die dazugehörige Software können Sie mit Ihrem tragbaren Potentiostaten nur wenig anfangen. Die tragbaren PalmSens Potentiostaten werden mit einer intuitiven Software verkauft, die den Einstieg erleichtert und auf mehreren Computern und Laptops installiert werden kann.
PalmSens bietet auch eine App für Android-Geräte an, die Sie kostenlos im Google Play Store herunterladen können.
Sie können außerdem alle derzeit verfügbaren Tabellenkalkulationsprogramme nutzen, die sich zum Erstellen von Diagrammen eignen, indem Sie die Funktion „Daten exportieren“ in PSTrace verwenden.
Über SoftwarePreise für Potentiostaten
Tragbare Potentiostaten haben in der Regel ihren Preis. PalmSens ist es jedoch gelungen, eine Reihe tragbarer Potentiostaten zu entwickeln, die äußerst erschwinglich sind und dennoch alle angegebenen Spezifikationen erfüllen.
Fordern Sie per E-Mail einen Kostenvoranschlag an oder rufen Sie uns an, um mit uns die Möglichkeiten für Ihre Forschung zu besprechen.
Angebot anfordernPotentiostat-Verfahren
Überblick über elektrochemische Techniken, die mit einem Potentiostat durchgeführt werden können.
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Voltammetrische Techniken |
Gepulste Techniken |
Galvanostatische Techniken |
Amperometrische Verfahren |
Potentiostatische/galvanostatische Impedanzspektroskopie (EIS/GEIS) |
Andere Techniken |
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Rechteckwellen-Voltammetrie (SWV) |
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Potentiometrie im offenen Stromkreis (OCP) |
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So wählen Sie einen Potentiostaten aus
Die Leistungsfähigkeit des Potentiostaten sollte die Ergebnisse nicht einschränken, und die Software sollte benutzerfreundlich und einfach zu bedienen sein.
Mehr lesenDefinition eines Potentiostaten
- Potentiostat
- Ein elektronisches Gerät, das die Potentialdifferenz (oder Spannung) zwischen zwei Elektroden misst und steuert, wird als Potentiostat bezeichnet. Der Vorteil eines Potentiostaten besteht darin, dass er im Gegensatz zu anderen Stromquellen die vollständige Kontrolle über das angelegte Potential hat, während gleichzeitig der resultierende Strom gemessen wird.
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein Potentiostat?
Das Wort „Potentiostat“ leitet sich vom Begriff „Potential“ ab. In der Elektronik und Elektrochemie bezeichnet ein Potential gespeicherte Energie oder die „Fähigkeit, Arbeit zu verrichten“.
Wird mit einem Potentiostaten, beispielsweise einem PalmSens4, eine Spannung an eine leitfähige Oberfläche in einer leitfähigen Lösung angelegt, kann dies einen bestimmten Elektrodenstrom induzieren, der vom Potentiostaten gemessen wird, während die angelegte Spannung konstant gehalten wird.
Der Vorteil eines Potentiostaten ist, dass er im Gegensatz zu einer normalen Stromquelle die vollständige Kontrolle über das angelegte Potential hat.
Welchen Potentiostat benötige ich?
Ein Elektrochemiker verbringt in der Regel viele Monate mit einem Potentiostaten, um Forschungsergebnisse zu erzielen. Die Leistung des Potentiostaten sollte die Ergebnisse nicht einschränken und die Software sollte benutzerfreundlich und einfach zu bedienen sein. Hier sind sechs Faktoren, die vor dem Kauf eines Potentiostaten zu beachten sind. Lesen Sie mehr
Wozu dient ein Potentiostat?
Ein Potentiostat wird hauptsächlich in der Elektrochemie eingesetzt. So wollen elektrochemiker z. B. zeigen, wie viel Blei oder andere Schwermetalle im Trinkwasser enthalten sind, wie viel Eisen im Blut ist oder untersuchen, wie Regenwasser die Oberfläche eines bestimmten Metalls beeinflusst (z. B. zu Korrosion führt). Lesen Sie mehr...
Wie funktioniert ein Potentiostat?
Ein Potentiostat legt an eine bestimmte Oberfläche, eine Elektrode, eine Spannung an. Dadurch wird die Anzahl der Elektronen auf der Oberfläche verringert oder erhöht. Dies bewirkt, dass die Flüssigkeit dazu angeregt wird, Elektronen abzugeben oder aufzunehmen, um diesen Effekt auszugleichen. Der Elektronenaustausch pro Zeiteinheit, also der Strom der Elektrode, kann mit dem Potentiostaten gemessen werden. Dies geschieht in der Regel in einer Dreielektrodenanordnung (Abbildung 2).
Eine Elektrode, die bei Vorhandensein einer bestimmten Substanz Strom liefert, wird als Sensor bezeichnet. Dieser Sensor hat eine bestimmte Empfindlichkeit gegenüber der Substanz, die man messen möchte. Aus diesem Grund gibt es viele verschiedene Sensoren, die unterschiedlich auf bestimmte chemische Substanzen reagieren.
Manchmal kann ein Sensor mehrfach verwendet werden, oft handelt es sich jedoch um Einwegsensoren, die nur für den einmaligen Gebrauch bestimmt sind und durch die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen dauerhaft verändert werden.
Was sind die verschiedenen Arten von Potentiostaten und ihre Anwendungen?
Die Elektrochemie ist ein weites Feld mit vielen verschiedenen Anwendungen. Dies spiegelt sich auch in den elektrochemischen Instrumenten wider: Potentiostaten, Galvanostaten und Impedanzanalysatoren sind recht vielseitig, jedoch oft mit einem bestimmten Fokus oder speziellen Eigenschaften ausgestattet, die gezielt auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten sind.
Viele Forschungsinstrumente sind eigentlich eine Kombination aus Potentiostaten, Galvanostaten und Impedanzanalysatoren. Oft werden diese Kombinationen nur als Potentiostaten und nicht als Potentiostat/Galvanostat bezeichnet.
Was ist der Unterschied zwischen einem Potentiostat und einem Galvanostat?
Ein Potentiostat steuert das Potential und misst den daraus resultierenden Strom. Ein Galvanostat steuert den Strom und misst das daraus resultierende Potential. Die meisten modernen Geräte sind Kombinationen aus Potentiostaten und Galvanostaten.
Was sind die wichtigsten Spezifikationen und Parameter eines Potentiostaten?
Bei so komplexen Geräten wie einem Potentiostat sind in der Dokumentation viele verschiedene Spezifikationen und Parameter aufgeführt.
Die ersten Parameter, die es zu beachten gilt, sind der Potentialbereich und der Strombereich. Die Ströme und Spannungen, die Sie anlegen und messen wollen, müssen innerhalb der Möglichkeiten des Geräts liegen.
Wie steuert ein Potentiostat das Potential und den Strom einer elektrochemischen Zelle?
Ein kurzes Einführungsvideo zu Potentiostaten finden Sie in unserer Wissensdatenbank. Eine sehr vereinfachte Beschreibung ist, dass ein Potentiostat das Potential zwischen zwei Elektroden, der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode, auf einem bestimmten Potential hält.
Der Strom fließt zwischen der Arbeitselektrode und einer dritten Elektrode, der Gegenelektrode. Auf diese Weise hat die Referenzelektrode ein konstantes elektrochemisches Potential und kann vom Potentiostat als fester Bezugspunkt verwendet werden.
Welche Vorteile hat die Verwendung eines Potentiostaten bei elektrochemischen Experimenten?
Ein Impedanzanalysator legt der Zelle ein sinusförmiges Spannungsprofil an und berechnet aus der sinusförmigen Stromantwort die Impedanz und die Phasenverschiebung der Zelle.
Dadurch sind Potentiostate vielseitiger einsetzbar und ihre aktive Steuerung eines Parameters leistungsfähiger als bei herkömmlichen Messgeräten.
Es gibt auch spezielle Potentiostaten auf dem Markt, die entsprechend ihrem Anwendungszweck gekennzeichnet sind, z. B. Batteriezyklierer. Möglicherweise haben Sie also schon einmal einen Potentiostaten verwendet, ohne es zu wissen.
Wie misst ein Potentiostat die elektrochemische Impedanz und die zyklische Voltammetrie?
Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und die zyklische Voltammetrie (CV) sind sehr beliebte elektrochemische Verfahren, die beide in separaten Artikeln in unserer Wissensdatenbank behandelt wurden:
Was sind die wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl eines Potentiostaten für eine bestimmte Anwendung zu berücksichtigen sind?
- Wir empfehlen, zunächst die technischen Spezifikationen zu beachten, die in der Dokumentation eines Geräts zu finden sind und in diesen FAQ behandelt werden.
- Der nächste wichtige Punkt für die meisten Kunden ist die Software. Die Software sollte die von Ihnen benötigte Technik unterstützen.
- Neben den Spezifikationen der elektrochemischen Messungen gibt es weitere technische Merkmale, die für Ihre Anwendung interessant sein könnten.
- Weitere Faktoren betreffen den Kaufprozess. Wichtige Aspekte sind transparente Preisangaben, der Kundensupport, der Aufwand bei der Einrichtung des Geräts und die Dauer der Garantie.
Welche Techniken und Methoden werden in der Elektrochemie häufig mit Potentiostaten verwendet?
In der Elektrochemie gibt es viele verschiedene Techniken und Methoden. Die Unterschiede zwischen den Techniken liegen im Profil des angelegten Potentials oder Stroms und im Zeitpunkt der Messung des Signals.
Verfahren lassen sich danach klassifizieren, was gesteuert wird, zum Beispiel potentiostatische Verfahren, bei denen das Potential gesteuert wird, und galvanostatische Verfahren, bei denen der Strom gesteuert wird.
Wie kann ein Potentiostat zur Untersuchung von Batterieleistung und -verschlechterung eingesetzt werden?
Batterien sind Systeme, die elektrische Energie als chemische Energie speichern. Eine geladene Batterie besteht aus zwei Teilen mit unterschiedlichen Potentialen, die genutzt werden können, um dieses Potential an andere Geräte anzulegen. Es fließt ein Strom, und das angeschlossene Gerät wird mit Strom versorgt.
Mit elektrochemischen Messungen lassen sich Batterien charakterisieren, beispielsweise wie oft sie geladen und entladen werden können, wie viel Ladung in der Batterie gespeichert ist oder wie sich die Batterie im Laufe der Zeit verändert.
Es gibt mehrere Methoden zur Charakterisierung von Batterien. Welche davon angewendet wird, hängt in der Regel davon ab, welcher Parameter beobachtet werden soll. Die gebräuchlichsten Verfahren sind die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und Lade-Entlade-Kurven.