Potentiostat
Ein Potentiostat ist ein elektronisches Gerät, das die Potentialdifferenz (oder Spannung) zwischen zwei Elektroden misst und steuert.
Die Messelektroden können sehr klein sein, wie z. B. Mikroelektroden in einer leitfähigen Lösung, aber auch ein beschichteter Metallstreifen 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, warum wird er verwendet und wie wird er angeschlossen?
In diesem Video erfahren Sie, was ein Potentiostat, ein Galvanostat und ein Frequenzanalysator sind, wofür man sie verwendet und wie man die Elektroden anschließt.
Sie sehen Beispiele für klassische und siebgedruckte Elektroden und vier verschiedene Arten von elektrochemischen Techniken.
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. So wollen Elektrochemiker beispielsweise zeigen, wie viel Blei oder andere Schwermetalle im Trinkwasser enthalten sind (Abbildung 1), wie viel Eisen im Blut enthalten ist oder untersuchen, wie Regenwasser die Oberfläche eines bestimmten Metalls beeinflusst (z. B. zu Korrosion führt).
Wie funktioniert ein Potentiostat?
Ein Potentiostat legt eine Spannung an eine bestimmte Oberfläche, eine Elektrode, an. Dadurch wird die Menge der Elektronen auf der Oberfläche verringert oder erhöht. Dies führt dazu, dass die Flüssigkeit reagiert, indem sie Elektronen liefert oder verbraucht, um dies auszugleichen.
Der Elektronenaustausch pro Zeit, der Strom der Elektrode, kann mit dem Potentiostat gemessen werden. Dies geschieht in der Regel in einem Dreielektrodenaufbau (Abbildung 2).
Abbildung 2 | Schema 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, aber oft sind sie Einwegartikel, also zum einmaligen Gebrauch, und der Sensor wird durch die Reaktionen an den Elektroden dauerhaft verändert.
Neben Potentiostaten vertreibt PalmSens Sensoren in allen Formen und Größen für alle Arten von Messungen.
SensorenVerschiedene Typen
Es gibt mehrere Arten von Potentiostaten, die von Elektrochemikern 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 auch alle derzeit verfügbaren Tabellenkalkulationsprogramme verwenden, die für die Erstellung von Diagrammen mit der Funktion Datenexport in PSTrace nützlich sind.
Über SoftwarePreise für Potentiostaten
Tragbare Potentiostaten haben in der Regel einen gewissen Preis. PalmSens ist es jedoch gelungen, eine Reihe von tragbaren Potentiostaten zu entwickeln, die sehr erschwinglich sind und dennoch alle erforderlichen 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-Techniken
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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Leerlauf-Potentiometrie (OCP) |
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Die Leistung 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 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.
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. Im folgenden Artikel finden Sie 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 eine Spannung an eine bestimmte Oberfläche, eine Elektrode, an. Dadurch wird die Menge der Elektronen auf der Oberfläche verringert oder erhöht. Dadurch wird die Flüssigkeit angeregt, Elektroden abzugeben oder zu verbrauchen, um dies auszugleichen. Der Austausch von Elektronen pro Zeit, der Elektrodenstrom, kann mit dem Potentiostat gemessen werden. Dies geschieht in der Regel in einem Dreielektrodenaufbau (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, aber oft sind sie Einwegartikel, also zum einmaligen Gebrauch, und der Sensor wird durch die Reaktionen an den Elektroden dauerhaft verändert.
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 ein sinusförmiges Potentialprofil an die Zelle an und berechnet aus der sinusförmigen Stromantwort die Impedanz und Phasenverschiebung der Zelle.
Dadurch sind Potentiostaten vielseitiger und ihre aktive Steuerung eines Parameters ist leistungsfähiger als herkömmliche Messgeräte.
Es gibt auch spezialisierte Potentiostaten auf dem Markt, die entsprechend ihrer Anwendung gekennzeichnet sind, z. B. als Batterie-Cycler. Es kann also gut sein, dass Sie bereits mit einem Potentiostaten gearbeitet haben, 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 in unserer Wissensdatenbank in separaten Artikeln behandelt werden:
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 berücksichtigen, die in der Dokumentation eines Geräts zu finden sind und die in dieser FAQ behandelt werden.
- Der nächste wichtige Punkt für die meisten Kunden ist die Software. Die Software sollte die von Ihnen gewünschte Technik unterstützen.
- Neben den Spezifikationen der elektrochemischen Messungen gibt es weitere technische Merkmale, die für Ihre Anwendung interessant sein könnten.
- Andere Faktoren betreffen den Kaufprozess. Wichtige Faktoren sind transparente Preisangaben, Support, der Aufwand bei der Einrichtung des Geräts sowie 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.
Die Techniken lassen sich danach einteilen, was kontrolliert wird, z. B. potentiostatische Techniken, bei denen das Potential kontrolliert wird, und galvanostatische Techniken, bei denen der Strom kontrolliert 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 dazu verwendet werden können, dieses Potential an andere Geräte anzulegen. Es fließt ein Strom, und das angeschlossene Gerät wird mit Strom versorgt.
Elektrochemische Messungen können Batterien charakterisieren, z. B. 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.