Introduction
Les fils de détection, également connus sous le nom de fils de détection de travail, sont communs à de nombreuses marques de potentiostats. PalmSens utilise le câble de détection sur tous les modèles qui peuvent fournir 100 mA ou plus. Cela soulève la question de savoir pourquoi un câble de détection est recommandé ou obligatoire. Cet article est une introduction au câble de détection, y compris les raisons de son importance et les cas où il est utilisé.
- Objectif d'un conducteur de sens
- Le potentiostat utilise le potentiel mesuré par le fil de détection pour corriger la chute d'IR à l'intérieur du fil de l'électrode de travail. Le câble de détection mesure le potentiel à l'électrode de travail sans qu'aucun courant ne circule. En raison de l'absence de courant, il n'y a pas de chute d'IR dans le fil détecteur et le potentiel appliqué à l'électrode de travail est mesuré.
Quatre ou cinq pistes
La plupart des instruments du PalmSensont des câbles qui se terminent par quatre fiches avec des connecteurs banane de 2 mm. Ces fiches portent des étiquettes et des couleurs.
- La fiche rouge est le fil de l'électrode de travail.
- La fiche bleue est le fil de l'électrode de référence.
- La fiche noire est le fil de la contre-électrode.
- La fiche verte est le fil de terre.
- La fiche jaune est soit un BiPot (ou un fil détecteur jusqu'en 2021).
- La fiche blanche est un fil détecteur.
Les PalmSens3, PalmSens4 et MultiPalmSens4 sont disponibles en tant que bipotentiostats. Un bipotentiostat possède deux électrodes de travail. Le cinquième fil de leurs câbles est une fiche jaune, qui est le fil de la deuxième électrode de travail.
L'EmStat3+ et l'EmStat4 HR disposent également d'un cinquième fil. Il s'agit également d'une fiche jaune ou blanche ou, si vous disposez d'un câble plus ancien, d'une fiche rouge vif. Ces fiches sont empilables et sont utilisées pour le fil de détection, également connu sous le nom de détection de travail.
Chute de potentiel ohmique à des courants élevés
La loi d'Ohm est bien connue (équation 1) et se lit généralement comme suit : "Pour augmenter le flux de courant à travers une résistance, je dois augmenter le potentiel proportionnellement". C'est exact, mais il en va de même pour une autre conséquence : "Lorsqu'un courant traverse une résistance ohmique, il crée une chute de potentiel.
De nombreux électrochimistes connaissent cette chute de potentiel. Dans la plupart des expériences et des cellules, la chute est négligeable, mais s'il y a une grande résistance non compensée dans une cellule, la chute de potentiel peut être significative. Cependant, ce point devrait être discuté plus en détail lorsque la compensation de la chute de potentiel IR est abordée.
Le même principe de chute de potentiel ohmique peut être observé à travers le câble d'un potentiostat. Le câble est une résistance ohmique et le courant de la cellule le traverse, ce qui entraîne une chute de potentiel ohmique. Un câble de capteur PalmSens typique a une résistance de 0,2 Ohm. Si vous mesurez un courant de 1 µA, la chute ohmique est de 0,2 µV. C'est négligeable. Un courant de 100 mA provoque une chute ohmique de 20 mV. Il en résulte que votre électrode subit 20 mV de moins que prévu. Selon votre expérience, il peut s'agir d'une différence de potentiel importante.
Correction par le fil de détection libre de courant
La chute ohmique à travers le câble peut être corrigée à l'aide d'un câble de détection. Le câble de détection a une fonction similaire à celle du câble de l'électrode de référence. Il mesure une différence de potentiel et aucun courant n'est censé circuler. Idéalement, aucun courant ne circule, mais en réalité, un très faible courant est nécessaire pour mesurer le potentiel.
Le câble de détection est connecté à l'électrode de travail. Il mesure le potentiel de l'électrode de travail sans qu'aucun courant ne circule. En raison de l'absence de courant, il n'y a pas de chute d'IR dans le fil détecteur et le potentiel appliqué à l'électrode de travail est mesuré. Le potentiostat peut utiliser cette information pour corriger la chute d'IR à l'intérieur du fil de l'électrode de travail.
Cela signifie que si le courant à l'électrode de travail multiplié par la résistance du fil de l'électrode de travail atteint une chute de potentiel significative, un fil détecteur est nécessaire pour compenser la chute ohmique.
C'est également la raison pour laquelle la plupart des potentiostats conçus par PalmSens n'ont pas de fil détecteur. La plupart de nos potentiostats supportent des courants allant jusqu'à 30 mA, 20 mA ou 3 mA. Ces courants entraînent une chute ohmique de 6 à 0,6 mV à l'intérieur du fil de l'électrode de travail, ce qui n'est pas significatif pour la plupart des configurations.
Les EmStat3+ et EmStat4 HR supportent des courants allant jusqu'à 100 mA et 200 mA, ce qui entraîne une chute de potentiel importante.
Mesures à 2, 3 et 4 électrodes
La plupart des instruments PalmSensn'offrent qu'une configuration à 2 ou 3 électrodes. L'EmStat4 HR convient également à une configuration à 4 électrodes. Pour comprendre l'objectif de la mesure à 4 électrodes, chaque configuration (2, 3 et 4 électrodes) sera examinée dans cette section.
Configuration à 2 électrodes
Pour réaliser un montage à deux électrodes, il suffit de combiner la contre-électrode et l'électrode de référence. La contre-électrode de nos câbles est empilable, ce qui vous permet de les combiner facilement. Vous connectez le fil de l'électrode de travail (et de détection) à une électrode et le fil combiné du compteur et de l'électrode de référence à l'autre.
Lors d'une mesure dans une configuration à deux électrodes, le potentiel est appliqué entre les deux électrodes et le courant circule entre les deux mêmes électrodes (voir figure 2). Cela signifie que le potentiel appliqué comprend la chute de potentiel à travers l'interface de l'électrode de travail, la chute de potentiel à travers la solution et la chute de potentiel à travers l'interface de la contre-électrode. Tout changement au niveau de la contre-électrode influencera le résultat. Si votre contre-électrode est censée être stable pendant la mesure en raison de faibles courants ou d'une courte durée de mesure, vous pouvez utiliser ce montage presque équivalent à un montage à 3 électrodes. Dans le cas contraire, cette configuration n'est utilisée que pour les applications où le potentiel total de la cellule est un paramètre intéressant, par exemple pour les piles à combustible ou les batteries.
Configuration à 3 électrodes
Le montage à 3 électrodes est le plus courant lors des mesures électrochimiques. L'électrode de travail (et l'électrode de détection) transporte le courant et le potentiel dans ce montage, comme dans le montage à 2 électrodes. La contre-électrode transporte toujours le courant, mais le potentiel est contrôlé entre l'électrode de travail et l'électrode de référence (voir figure 3).
Cela présente l'avantage que la chute de potentiel à travers l'interface des contre-électrodes n'est pas incluse dans le potentiel appliqué. Un autre avantage est que l'électrode de référence ne transporte pas de courant et conserve donc un potentiel stable pendant la mesure. Cela signifie que le potentiel de l'électrode de travail est plus précis.
Configuration à 4 électrodes
Dans le montage à 4 électrodes, l'électrode de travail est divisée en deux électrodes : l'électrode de travail et l'électrode de détection. Le potentiel est appliqué entre l'électrode de détection et l'électrode de référence. Le courant circule entre l'électrode de travail et la contre-électrode.
De cette manière, les chutes de potentiel à travers les interfaces de l'électrode de travail ou de l'électrode de comptage, et donc les réactions correspondantes, ne contribuent pas à cette mesure. Seuls les processus à travers la solution et les obstacles, par exemple une membrane, entre l'électrode sensorielle et l'électrode de référence y contribuent.
Cette configuration n'est généralement utilisée que pour étudier les électrolytes à l'état solide, les membranes ou les interfaces liquide-liquide.
La sonde de détection de l'EmStat3+ et de l'EmStat4 HR
Le fil détecteur d'un EmStat3+
Le(Multi)EmStat3+ a été le premier appareil développé par PalmSens qui comprenait un câble de détection. Le câble de détection n'est actif que si la plage de 100 mA de l'EmStat3+ est activée dans PSTrace. Dans le cas contraire, le câble de détection reste inactif et n'a pas besoin d'être connecté à quoi que ce soit.
Le câble détecteur est une fiche empilable de couleur rouge vif (anciens câbles) ou jaune. Vous pouvez facilement connecter la fiche de l'électrode de travail à l'arrière du câble de détection. L'électrode de travail et le câble détecteur combinés sont ensuite placés comme une fiche d'électrode de travail ordinaire.
Si le fil détecteur n'est pas connecté, alors que le 100 mA a été sélectionné, le contrôle de potentiel ne fonctionnera pas, car il dépend du potentiel mesuré par le fil détecteur.
Si le fil détecteur n'est pas connecté, alors que le 100 mA n'a pas été sélectionné, la mesure fonctionnera toujours, mais il pourrait y avoir du bruit supplémentaire. Cela est dû à la présence d'une fiche et de connexions supplémentaires dans votre système, qui sont autant d'antennes pour le bruit.
Comme le fil détecteur n'est utilisé que lorsque le 100 mA est actif, l'EmStat3+ n'est pas recommandé pour les mesures à 4 électrodes.
La tête pensante d'un EmStat4 HR
L'EmStat4 HR est le successeur de l'EmStat3+ et est capable de mesurer ou d'appliquer des courants jusqu'à 200 mA. Il est donc équipé d'un câble détecteur. Ceci s'applique à tous les produits basés sur l'EmStat4 HR, par exemple l'EmStat4S HR et l'EmStat4M HR.
Le fil détecteur est toujours actif et doit être connecté à votre électrode de travail, sauf si vous effectuez une mesure à 4 électrodes.
Si le fil détecteur n'est pas connecté, le contrôle de potentiel ne fonctionnera pas, car il dépend du potentiel mesuré par le fil détecteur.
Le câble de détection se termine par une fiche jaune empilable, ce qui vous permet de connecter facilement la fiche du câble de l'électrode de travail. L'électrode de travail et le câble de détection combinés sont ensuite placés comme une fiche d'électrode de travail ordinaire. L'EmStat4 HR convient aux mesures à 4 électrodes.
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