La mayoría de las personas que buscan un potenciostato quieren saber qué es. Probablemente tú ya hayas superado esa etapa. Tienes un sistema en funcionamiento y hay algo que ha empezado a suponer un obstáculo: el ruido de fondo, el límite de corriente, el número de celdas que puedes analizar antes del viernes o un software que no te permite programar lo que realmente quieres medir.
Esta página trata sobre las especificaciones que cobran importancia una vez dominados los conceptos básicos, y sobre qué instrumentos de la gama « PalmSens » están diseñados para ese nivel avanzado.
Cuando un potenciostato estándar se queda corto
Un instrumento básico que cubre holgadamente los aspectos fundamentales de la electroquímica. La voltametría cíclica en un electrodo milimétrico, una muestra de corrosión en un vaso de precipitados, una curva de calibración para un sensor… Nada de eso exige mucho al equipo.
La investigación se expande desde ese punto central en cuatro direcciones, y cada una tiene su propia barrera. Las corrientes se van reduciendo hasta que la señal se pierde entre el ruido propio del instrumento. Las corrientes aumentan hasta que el potenciostato ya no puede suministrarlas. Las mediciones de impedancia requieren una ventana de frecuencias más amplia que la que ofrece el analizador de respuesta en frecuencia. Y el número de experimentos supera lo que un solo canal puede realizar en una semana laboral.
Saber con qué obstáculo te estás topando realmente es lo más importante a la hora de tomar una decisión. En los apartados siguientes se tratan uno por uno.
Medición a nivel de femtoamperios
Los microelectrodos, la electroquímica de una sola entidad y los biosensores a concentraciones clínicamente relevantes producen corrientes en el rango de los picoamperios o inferiores. A esa escala, la cuestión ya no es si el instrumento puede medir la corriente, sino si es capaz de distinguirla de su propio ruido.
El rango de corriente más bajo en PalmSens4, MultiPalmSens4 y Nexus es de 100 pA, con una resolución medida del 0,005 % del rango —5 fA en ese rango más bajo—. La precisión de la corriente se especifica como inferior al 0,2 % de la corriente, más 10 pA, más el 0,1 % del rango.
A este nivel, el hardware es solo una parte del asunto. Una jaula de Faraday, cables cortos y apantallados y un aislamiento galvánico entre el instrumento y cualquier otro elemento que entre en contacto con la célula suelen contribuir más a la estabilidad de la línea de base que otra década de sensibilidad nominal.
A nivel de femtoamperios, el cableado forma parte del instrumento.
Para células que necesitan amperios, no miliamperios
Las pilas de botón, los electrolizadores, las pilas de combustible y las muestras recubiertas de gran superficie plantean la cuestión contraria. En este caso, el límite viene dado por la cantidad de corriente que el potenciostato puede suministrar y la tensión que puede aplicar a la célula mientras lo hace.
Un instrumento de investigación portátil como el PalmSens4 suministra hasta ±30 mA a una tensión de complacencia de ±10 V. Esto cubre gran parte de los trabajos relacionados con sensores y corrosión, pero no una célula que requiera ser sometida a ciclos a un amperio completo.
Nexus es el instrumento ideal para ello: corriente máxima de ±1,1 A en once rangos de corriente que van desde los 100 pA hasta 1 A, con una complacencia de ±12 V y un rango de potencial aplicado de ±10 V. Se trata del mismo rango de sensibilidad a baja corriente, pero con dos décadas y media adicionales. Es el potenciostato más potente que fabrica PalmSens .
Impedancia en diez décadas de frecuencia
La espectroscopia de impedancia electroquímica es el ámbito en el que el ancho de banda del instrumento se refleja de forma más directa en los datos. Los modelos PalmSens4 y MultiPalmSens4 están disponibles con un analizador de respuesta en frecuencia de 100 kHz o de 1 MHz, que se selecciona como opción de hardware al realizar el pedido del instrumento, mientras que el modelo Nexus cubre de serie un rango de 10 µHz a 1 MHz.
En el apartado sobre espectroscopia de impedancia electroquímica se explica con detalle cuáles de esos límites son realmente importantes para tu medición, cómo elegir la amplitud y si se debe realizar la medición de forma potenciostática o galvanoestática.
Más de un electrodo de trabajo
Una célula de tres electrodos es la configuración predeterminada, pero no una limitación. Los experimentos con anillo-disco giratorio, generador-colector y configuraciones de barrido requieren un segundo electrodo de trabajo con control independiente, y el módulo bipotenciostato añade uno a los modelos PalmSens4, MultiPalmSens4 y Nexus.
En MultiPalmSens4 esto va aún más allá. Los canales se pueden vincular a electrodos de una misma célula y controlar de forma sincronizada, lo que convierte un instrumento multicanal en un polipotenciostato: una matriz de electrodos de trabajo que comparten un electrodo de referencia y un contraelectrodo.
Cuando la matriz se amplía, un multiplexor MUX8-R2 toma el relevo: ocho electrodos de trabajo en un solo instrumento, conmutados en milisegundos, y hasta ochenta canales cuando se combina con MultiPalmSens4.
Las mediciones con cuatro electrodos se engloban en la misma categoría: interfaces líquido-líquido, membranas selectivas de iones y celdas de flujo, en las que es necesario separar la trayectoria de la corriente y la medición del potencial.
Varios electrodos de trabajo en una sola célula, con sincronización por hardware entre los canales.
Varios electrodos de trabajo en una sola celda
El paso de un electrodo de trabajo a varios es más fácil de ver que de explicar con palabras. Este tutorial muestra cómo configurar el sistema en una sola célula y sincronizar los canales a nivel de hardware.
Esa segunda parte es la que empieza a cobrar importancia una vez que la matriz crece. La sincronización del software varía entre canales, mientras que un disparador de hardware compartido no lo hace, y en escalas de tiempo cortas esa diferencia se refleja directamente en los datos.
Realización de experimentos en paralelo
A partir de cierto punto, el cuello de botella no es la sensibilidad, sino el tiempo. Las repeticiones para obtener estadísticas, una serie de cribado con distintos materiales de electrodos o un protocolo de ciclos de batería que dura semanas ocuparán el instrumento durante mucho más tiempo del que el propio experimento resulta interesante.
MultiPalmSens4 está diseñado precisamente para esto, con entre 4 y 10 canales que pueden funcionar de forma independiente, simultánea o sincronizada. Cada canal se configura por separado: el rango de potencial, el ancho de banda EIS, el módulo bipotenciostático, la compensación iR y el aislamiento galvánico son opciones que se definen por canal, por lo que un instrumento de diez canales no tiene por qué ser como si fueran diez instrumentos idénticos.
El MultiEmStat4 ofrece las mismas prestaciones a un precio más asequible, y las unidades Nexus se pueden apilar cuando se necesitan varios canales de alta corriente en lugar de muchos de baja corriente.
Control del instrumento desde tu propio código
El trabajo avanzado suele implicar que el potenciostato sea un componente más de un montaje más amplio: una bomba, una plataforma, un espectrómetro, un robot o un script que determine el siguiente potencial en función del último resultado.
PSTrace y MultiTrace permiten realizar mediciones manuales y programadas, y los SDK permiten integrar el instrumento con Python, MATLAB, LabVIEW y .NET. MethodSCRIPT va un paso más allá al ejecutar la secuencia de medición en el propio instrumento, de modo que la sincronización no depende del ordenador ni de la conexión.
Esto es importante para las instalaciones integradas y de campo, en las que el instrumento debe mantener su sincronización sin necesidad de un ordenador conectado.
Comparación de los instrumentos de investigación
Cuatro instrumentos cubren el segmento de investigación de la gama, y cuál es el más adecuado depende totalmente de cuál sea el límite al que se enfrente primero tu experimento.
| Especificación | PalmSens4 | Nexus | MultiPalmSens4 | EmStat4X |
|---|---|---|---|---|
| Canales | 1 | 1, apilable | 4 – 10; hasta 80 celdas conmutadas con el MUX8-R2 | 1 |
| Potencial aplicado | ±5 V o ±10 V | ±10 V | ±5 V o ±10 V por canal | ±3 V (LR) / ±6 V (HR) |
| Resolución de potencial | 76,3 µV (18 bits) | 76,3 µV (18 bits) | 76,3 µV (18 bits) | 100 µV (LR) / 183 µV (HR) |
| Tensión de conformidad | ±10 V | ±12 V | ±10 V | ±5 V (LR) / ±8 V (HR) |
| Gamas actuales | 100 pA – 10 mA (9) | 100 pA – 1 A (11) | 100 pA – 10 mA (9) | 1 nA – 10 mA (8, LR) / 100 nA – 100 mA (7, HR) |
| Corriente máxima | ±30 mA | ±1,1 A | ±30 mA | ±30 mA (LR) / ±200 mA (HR) |
| Rango EIS / FRA | 10 µHz – 100 kHz o 1 MHz | 10 µHz – 1 MHz | 10 µHz – 100 kHz o 1 MHz | 10 µHz – 200 kHz |
| Segundo electrodo de trabajo | Módulo BiPot | Módulo BiPot, de WE2 a ±45 mA | Módulo BiPot, por canal | No disponible; el MUX8-R2 conmuta hasta 8 WE |
| Almacenamiento interno | 16 GB, aprox. 1,6 millones de mediciones | 32 GB, más de 800 millones de puntos de datos | 16 GB por canal, aprox. 1,6 millones de mediciones | 500 MB, más de 15 millones de puntos de datos |
| Tamaño y peso | 15,7 × 9,7 × 3,5 cm, aprox. 500 g | 20 × 21 × 4,5 cm, 1,8 kg | 15 × 25 × 25 cm, aprox. 4 kg | 11,4 × 8,0 × 4,5 cm, aprox. 500 g |
| Portátil | Batería, USB y Bluetooth | No, alimentado por la red eléctrica | No, alimentado por la red eléctrica | Batería, USB-C o inalámbrico |
Especificaciones tal y como aparecen publicadas en los folletos y páginas de productos de PalmSens .
Cuánto cuesta un potenciostato de grado de investigación
PalmSens Publica las especificaciones completas y ofrece presupuestos por configuración, ya que en los instrumentos multicanal la configuración la decides tú mismo: el número de canales, el rango de potencial, el ancho de banda EIS y los módulos influyen en el precio.
Envía el esquema de tu experimento en lugar del nombre de un modelo, y te enviaremos un presupuesto basado en lo que realmente necesitas medir.
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Preguntas más frecuentes
¿Qué hace que un potenciostato sea adecuado para la investigación avanzada?
En la práctica, hay cuatro especificaciones que marcan la diferencia: el rango de corriente más bajo utilizable, la corriente máxima y la tensión de complacencia, la ventana de frecuencia EIS y si el software se puede controlar mediante código propio. Todo lo demás se deriva de ello.
¿Cuál es la corriente mínima que puede medir un potenciostato de PalmSens ?
El rango de corriente más bajo es de 100 pA, con una resolución de medición del 0,005 % del rango, es decir, 5 fA. Alcanzar ese valor en la práctica depende tanto del blindaje y del cableado como del propio instrumento.
¿Qué instrumentos de PalmSens alcanzan los 1 MHz en EIS?
Nexus de serie, y PalmSens4 y MultiPalmSens4 en su configuración FRA de 1 MHz. La configuración de 100 kHz es la alternativa, y en el MultiPalmSens4 la elección se realiza por canal.
¿Puedo controlar un potenciostato desde Python o MATLAB?
Sí. Hay SDK disponibles para Python, MATLAB, LabVIEW y .NET. Además, MethodSCRIPT ejecuta la secuencia de medición en el propio instrumento, lo que permite que la sincronización sea independiente del ordenador.
¿Cuál es la diferencia entre un bipotenciostato y un polipotenciostato?
Un bipotenciostato controla dos electrodos de trabajo de forma independiente frente a un electrodo de referencia y un contraelectrodo. Un polipotenciostato amplía este mismo principio a más electrodos de trabajo —en el MultiPalmSens4, conectando varios canales a los electrodos de una misma célula—.
¿Necesito un instrumento multicanal o varios de un solo canal?
Los instrumentos independientes te permiten realizar configuraciones independientes en distintos lugares. Un instrumento multicanal te ofrece arranques sincronizados, un único entorno de software y la opción del modo polipotenciostato. Si los experimentos forman parte de un mismo estudio, suele ser preferible optar por la opción multicanal.
¿Cuánta corriente se necesita para la investigación sobre baterías?
Depende totalmente del formato de la pila. Las pilas de botón y las pilas de bolsa pequeñas suelen funcionar con decenas de miliamperios, por lo que el PalmSens4 es suficiente. Los formatos más grandes y las tasas C más altas entran en el rango de los amperios, que es el terreno del Nexus.