Einführung

Vier oder fünf Leads

Die meisten PalmSenshaben Kabel, die in vier Steckern mit 2-mm-Bananensteckern enden. Diese Stecker sind mit Etiketten und Farben versehen.

• Der rote Stecker ist die Leitung der Arbeitselektrode.
• Der blaue Stecker ist die Leitung der Referenzelektrode.
• Der schwarze Stecker ist das Gegenelektrodenkabel.
• Der grüne Stecker ist das Erdungskabel.
• Der gelbe Stecker ist entweder ein BiPot (oder eine Messleitung bis 2021).
• Der weiße Stecker ist eine Messleitung.

Der PalmSens3, der PalmSens4 und der MultiPalmSens4 sind als Bipotentiostaten erhältlich. Ein Bipotentiostat hat zwei Arbeitselektroden. Die fünfte Leitung ihrer Kabel ist ein gelber Stecker, der die Leitung der zweiten Arbeitselektrode darstellt.

Der EmStat3+ und der EmStat4 HR haben ebenfalls eine fünfte Leitung. Dies ist ebenfalls ein gelber oder weißer Stecker oder, wenn Sie ein älteres Kabel haben, ein hellroter Stecker. Diese Stecker sind stapelbar und werden für das Sense-Kabel verwendet, das auch als Working Sense bezeichnet wird.

Ohmscher Potentialabfall bei hohen Strömen

Das Ohm'sche Gesetz ist bekannt (Gleichung 1) und wird in der Regel wie folgt gelesen: "Um den Stromfluss über einen Widerstand zu erhöhen, muss ich das Potential proportional erhöhen." Das ist richtig, aber es gibt auch eine andere Konsequenz: "Wenn ein Strom durch einen ohmschen Widerstand fließt, entsteht ein Potenzialabfall."

Viele Elektrochemiker sind sich dieses Potenzialabfalls bewusst. In den meisten Experimenten und Zellen ist der Abfall vernachlässigbar, aber wenn es einen großen unkompensierten Widerstand in einer Zelle gibt, kann der Potenzialabfall erheblich sein. Dies sollte jedoch genauer erörtert werden, wenn es um die Kompensation des IR-Abfalls geht.

Das gleiche Prinzip eines ohmschen Potenzialabfalls kann über das Kabel eines Potentiostaten beobachtet werden. Das Kabel ist ein ohmscher Widerstand, durch den der Zellenstrom fließt, was zu einem ohmschen Potenzialabfall führt. Ein typisches PalmSens hat einen Widerstand von 0,2 Ohm. Wenn Sie einen Strom von 1 µA messen, beträgt der ohmsche Abfall 0,2 µV. Dies ist vernachlässigbar. Ein Strom von 100 mA verursacht einen ohmschen Abfall von 20 mV. Das Ergebnis wäre, dass Ihre Elektrode 20 mV weniger erfährt, als Sie erwarten. Je nach Experiment kann dies ein erheblicher Potenzialunterschied sein.

Berichtigung durch den Leiter der Stromfreigabe

Der ohmsche Abfall über das Kabel kann mit einer Messleitung korrigiert werden. Die Messleitung hat eine ähnliche Funktion wie die Referenzelektrodenleitung. Sie misst eine Potentialdifferenz, wobei kein Strom fließen soll. Im Idealfall fließt kein Strom, in der Realität ist ein sehr geringer Strom erforderlich, um das Potential zu messen.

Die Messleitung ist mit der Arbeitselektrode verbunden. Sie misst das Potential an der Arbeitselektrode, ohne dass ein Strom fließt. Aufgrund ihres stromlosen Zustands tritt in der Messleitung kein IR-Abfall auf, und das an der Arbeitselektrode anliegende Potential wird gemessen. Der Potentiostat kann diese Information nutzen, um den IR-Abfall in der Arbeitselektrodenleitung zu korrigieren.

Das heißt, wenn der Strom an der Arbeitselektrode mal dem Widerstand der Arbeitselektrodenleitung einen signifikanten Potentialabfall erreicht, ist eine Messleitung erforderlich, um den ohmschen Abfall zu kompensieren.

Dies ist auch der Grund, warum die meisten von PalmSens entwickelten Potentiostaten keine Messleitung haben. Die meisten unserer Potentiostaten unterstützen Ströme bis zu 30 mA, 20 mA oder 3 mA. Diese Ströme führen zu einem ohmschen Abfall von 6 - 0,6 mV in der Leitung der Arbeitselektrode, was für die meisten Aufbauten nicht von Bedeutung ist.

EmStat3+ und EmStat4 HR unterstützen Ströme bis zu 100 mA und 200 mA, was zu einem erheblichen Potenzialabfall führt.

2-, 3- und 4-Elektroden-Messungen

Die meisten PalmSensbieten nur eine 2- oder 3-Elektroden-Konfiguration. Der EmStat4 HR ist auch für eine 4-Elektroden-Konfiguration geeignet. Um den Zweck der 4-Elektroden-Messung zu verstehen, wird in diesem Abschnitt jede Einrichtung (2-, 3- und 4-Elektroden) besprochen.

2-Elektroden-Setup

Für ein 2-Elektroden-Setup kombinieren Sie einfach die Gegen- und die Referenzelektrode. Die Gegenelektrode unserer Kabel ist stapelbar, so dass Sie sie bequem kombinieren können. Sie schließen die Leitung der Arbeitselektrode (und des Sensors) an eine Elektrode und die kombinierte Leitung der Zähler- und Referenzelektrode an die andere an.

Bei einer Messung in einem 2-Elektroden-Setup wird das Potential zwischen den beiden Elektroden angelegt und der Strom fließt zwischen den beiden Elektroden (siehe Abbildung 2). Das bedeutet, dass das angelegte Potential den Potenzialabfall an der Schnittstelle der Arbeitselektrode, den Potenzialabfall an der Lösung und den Potenzialabfall an der Schnittstelle der Gegenelektrode umfasst. Alle Änderungen an der Gegenelektrode beeinflussen das Ergebnis. Wenn Ihre Gegenelektrode während der Messung aufgrund geringer Ströme oder einer kurzen Messdauer stabil sein sollte, können Sie diesen Aufbau fast gleichwertig mit einem 3-Elektroden-Aufbau verwenden. Andernfalls wird dieser Aufbau nur für Anwendungen verwendet, bei denen das volle Zellpotenzial ein interessanter Parameter ist, z. B. bei Brennstoffzellen oder Batterien.

3-Elektroden-Setup

Der 3-Elektroden-Aufbau ist der häufigste Aufbau bei elektrochemischen Messungen. Die Arbeitselektrode (und die Sense-Elektrode) führen bei diesem Aufbau Strom und Potential wie bei der 2-Elektroden-Anordnung. Die Gegenelektrode führt immer noch den Strom, aber das Potential wird zwischen der Arbeits- und der Referenzelektrode geregelt (siehe Abbildung 3).

Dies hat den Vorteil, dass der Potenzialabfall an der Schnittstelle der Gegenelektroden nicht in das angelegte Potential eingeht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Referenzelektrode keinen Strom führt und somit während der Messung ein stabiles Potential beibehält. Dies bedeutet, dass das Potential der Arbeitselektrode genauer ist.

4-Elektroden-Setup

Bei der 4-Elektroden-Anordnung wird die Arbeitselektrode in zwei Elektroden aufgeteilt: die Arbeitselektrode und die Messelektrode. Das Potential wird zwischen der Messleitung und der Referenzelektrode angelegt. Der Strom fließt zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode.

Auf diese Weise tragen die Potenzialabfälle an den Grenzflächen der Gegen- oder Arbeitselektroden und damit die entsprechenden Reaktionen nicht zu dieser Messung bei. Nur die Vorgänge in der Lösung und an Hindernissen, z. B. einer Membran, zwischen der Mess- und der Referenzelektrode tragen dazu bei.

Dieser Aufbau wird normalerweise nur zur Erforschung von Festkörperelektrolyten, Membranen oder Flüssig-Flüssig-Grenzflächen verwendet.

Die Sinnesleitung von EmStat3+ und EmStat4 HR

Die Sinnesleitung eines EmStat3+

Der(Multi)EmStat3+ war das erste von PalmSens entwickelte Gerät, das eine Messleitung enthielt. Die Messleitung ist nur aktiv, wenn der 100-mA-Bereich des EmStat3+ in PSTrace aktiviert ist. Andernfalls bleibt die Messleitung inaktiv und muss mit nichts verbunden werden.

Die Messleitung ist eine stapelbare Steckverbindung in leuchtendem Rot (ältere Kabel) oder Gelb. Sie können den Stecker der Arbeitselektrode bequem an der Rückseite der Messleitung anschließen. Die kombinierte Arbeitselektrode und die Messleitungen werden dann genau wie Ihr normaler Arbeitselektrodenstecker platziert.

Wenn die Messleitung nicht angeschlossen ist, obwohl 100 mA gewählt wurde, funktioniert die Potenzialsteuerung nicht, da sie sich auf das von der Messleitung gemessene Potential stützt.

Wenn die Messleitung nicht angeschlossen ist und die 100 mA nicht ausgewählt wurden, funktioniert die Messung trotzdem, aber es kann zusätzliches Rauschen auftreten. Dies ist nur eine Folge von zusätzlichen Steckern und Anschlüssen in Ihrem System, die weitere Antennen für Rauschen sind.

Da die Messleitung nur verwendet wird, wenn die 100 mA aktiv sind, wird der EmStat3+ nicht für 4-Elektroden-Messungen empfohlen.

Die Sinnesleitung eines EmStat4 HR

Der EmStat4 HR ist der Nachfolger des EmStat3+ und kann Ströme bis zu 200 mA messen oder anlegen. Dementsprechend ist er mit einer Messleitung ausgestattet. Dies gilt für alle Produkte, die auf dem EmStat4 HR basieren, zum Beispiel den EmStat4S HR und den EmStat4M HR.

Die Messleitung ist immer aktiv und muss an die Arbeitselektrode angeschlossen werden, es sei denn, Sie führen eine 4-Elektroden-Messung durch.

Wenn die Messleitung nicht angeschlossen ist, funktioniert die Potenzialsteuerung nicht, da sie sich auf das von der Messleitung gemessene Potential stützt.

Die Messleitung endet in einem gelben, stapelbaren Stecker, so dass Sie den Stecker der Arbeitselektrode bequem anschließen können. Die kombinierte Arbeitselektrode und das Sensorkabel werden dann genau wie Ihr normaler Arbeitselektrodenstecker platziert. Der EmStat4 HR ist für 4-Elektroden-Messungen geeignet.