Impedanzanalysator

Ein Impedanzanalysator ist ein Gerät, mit dem gemessen werden kann, wie eine bestimmte Substanz oder Elektrodenoberfläche auf eine Spannung reagiert, die innerhalb bestimmter vordefinierter Grenzen ständig erhöht und verringert wird (eine Spannungswelle).

Angewandtes Signal

Genau wie ein Potentiostat sorgt ein Impedanzanalysator dafür, dass an eine bestimmte (flüssige) Substanz ein Potential angelegt wird. Normalerweise ist das angelegte Signal eines Potentiostaten stabil, bei der Impedanz gibt es eine kleine Schwankung im angelegten Potential.

Diese Variante ist eine Sinuswelle mit einer genau kontrollierten Frequenz und einer definierten Amplitude. Der PalmSens4 kann zum Beispiel Sinuswellen mit einer Frequenz zwischen 1 MHz und 10 μHz anlegen, der EmStat Pico kann Sinuswellen bis zu 200 kHz anlegen und messen.

Messungen mit einem Impedanzanalysator

Die Potentialwelle (Abbildung 1: blau) erzeugt periodische Potentialunterschiede zwischen der an das Gerät angeschlossenen Elektrode und dem Objekt oder der (flüssigen) Substanz, die mit der Elektrode in Kontakt steht. Dies führt zu einem Elektronenstrom, der ebenfalls eine sinusförmige Wellenform aufweist (Abbildung 1: grün).

Der Impedanzanalysator misst die Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Strom (d. h. die Höhe oder Amplitude der Wellen), aber auch die Zeitdifferenz zwischen den Spannungs- und Stromwellenformen. Dies ermöglicht die Berechnung des elektrischen Widerstands (oder besser gesagt der Impedanz) der Flüssigkeit oder des Objekts. Werden mehrere Frequenzen gemessen, lassen sich einzelne Komponenten und Effekte identifizieren, die für diesen Widerstand verantwortlich sind.

Impedanzanalysator AC Potential und Stromverlauf mit Nernstkurve — Abbildung 1a

Impedanzanalysator - AC-Potential und Stromverhalten — Abbildung 1b

Anwendungen eines Impedanzanalysators

Ein Impedanzanalysator wird hauptsächlich für die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS ) verwendet, um den elektrischen Widerstand (gemessen in Ohm) von Substanzen und Objekten zu untersuchen. Ein paar Beispiele:

Wie widerstandsfähig ist eine Lackbeschichtung? Mit anderen Worten: Wie wird sich eine Beschichtung im Laufe der Zeit verhalten? Ohne einen Impedanzanalysator könnte ein Lackhersteller die Widerstandsfähigkeit seiner Beschichtung in der Praxis nur durch lang andauernde Bewitterungstests nachweisen. Mit einem Impedanzanalysator lässt sich das Verhalten für die nächsten zehn Jahre jedoch mit einem kurzen Test leicht vorhersagen.
Wie widerstandsfähig ist eine Betonwand? Korrodiert der Stahl in der Wand nicht zu schnell? Mit einem Impedanzanalysator können Sie vorhersagen, in welcher Betonart der Stahl schneller korrodiert.
Messen Sie den Widerstand der DNA einer bestimmten Zelle. DNA liegt immer als Doppelstrang vor, der eine Helix bildet. Sie ist so aufgebaut, dass die beiden Stränge des Paares perfekt zueinander passen. Wird ein Strang an eine Elektrode angeschlossen, geht die Kopplung mit dem passenden DNA-Strang mit einer Änderung des Widerstands einher. Dies lässt sich auch mit einem Impedanzanalysator beobachten.

Vorteile eines Impedanzanalysators

Der große Vorteil eines Impedanzanalysators besteht darin, dass er es dem Anwender ermöglicht, Tests durchzuführen, ohne das Objekt zu zerstören. So kann ein Hersteller jedes seiner Produkte prüfen, bevor es das Werk verlässt, ohne es tatsächlich zu benutzen oder zu beschädigen.

Ein weiterer Vorteil ist der Vorhersagewert von Tests, die unter Verwendung eines Impedanzanalysators durchgeführt werden. Ein Test mit dem Impedanzanalysator (ein sogenannter Frequenzscan) nimmt zudem kaum Zeit in Anspruch, während die Prüfung der Korrosionsbeständigkeit mittels Salznebelversuchen sehr viel Zeit in Anspruch nimmt.

Sensoren für einen Impedanzanalysator

Viele Materialien können mit einem Impedanzanalysator analysiert werden. In der Korrosionsforschung werden die korrodierenden Materialien direkt an den EIS-Analysator angeschlossen. Ähnlich verhält es sich in der Brennstoffzellen- oder Batterieforschung. In der analytischen Chemie wurde eine Reihe von Sensoren entwickelt, die ihren Widerstand nur bei Kontakt mit bestimmten Substanzen ändern. Auch moderne Biosensoren werden mit Hilfe der Impedanzspektroskopie untersucht.

Software für Impedanzanalysegeräte

Ein Impedanzanalysator ist ohne die dazugehörige Software nutzlos. Die PalmSens enthalten alle eine eigene, einfach zu bedienende Software, mit der Sie problemlos Experimente durchführen und dann die Ersatzschaltbildanpassung verwenden können, um alle erforderlichen Informationen aus Ihren Daten zu erhalten. Wenn Sie möchten, können Sie auch Ihre eigene Tabellenkalkulationssoftware oder die eines Drittanbieters für die Erstellung von Diagrammen verwenden.

Preise für Impedanzanalysatoren

Impedanzanalysatoren können recht teuer sein, doch mit dem PalmSens4 und dem Sensit Smart ist es PalmSens gelungen, einen Impedanzanalysator mit herausragenden technischen Daten zu einem sehr wettbewerbsfähigen Preis zu entwickeln.

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Impedanzanalysator: Ein Gerät, mit dem gemessen werden kann, wie eine bestimmte Substanz oder eine Elektrodenoberfläche auf ein Potential reagiert, das innerhalb bestimmter vordefinierter Grenzen ständig erhöht und verringert wird (eine sinusförmige Potenzialwellenform, die einem angelegten Potential überlagert wird).