はじめに

4本または5本のリード

PalmSens のほとんどの機器は、2 mm バナナコネクタの 4 つのプラグで終わるケーブルを持っています。これらのプラグにはラベルと色が表示されています。

• 赤いプラグは作業電極リードです。
• 青いプラグは基準電極リードです。
• 黒いプラグは対極リードです。
• 緑のプラグはアースリードです。
• 黄色のプラグはBiPot（2021年まではセンスリード）。
• 白いプラグはセンスリードです。

PalmSens3、PalmSens4、および MultiPalmSens4 は、バイポテンショスタットとして使用できます。バイポテンショスタットには 2 つの動作電極があります。ケーブルの 5 番目のリードは黄色のプラグで、これが 2 番目の動作電極のリードです。

EmStat3+ と EmStat4 HR には、5 番目のリードもあります。これも黄色または白色のプラグで、古いケーブルの場合は真っ赤なプラグになります。これらのプラグはスタック可能で、ワーキングセンスとしても知られるセンスリードに使用されます。

大電流でのオーミック電位降下

オームの法則はよく知られており（式1）、通常は "抵抗器に流れる電流を増やすには、それに比例して電位を上げる必要がある"と読み取ります。これは正しいが、別の結果もある：「オーミック抵抗器に電流が流れると、電位差が生じる。

多くの電気化学者は、電位降下を認識しています。ほとんどの実験やセルでは、この電位差は無視できるものですが、セル内に補償されていない大きな抵抗がある場合、電位差が大きくなることがあります。しかし、これについてはIRドロップ補償について説明する際に、より詳しく説明する必要があります。

オーミック電位降下と同じ原理が、ポテンショスタットのケーブル間でも観察できます。ケーブルはオーミック抵抗器であり、セル電流はケーブルを通ってオーミック電位降下につながります。典型的な PalmSens センサーケーブルの抵抗は 0.2 オームです。1 µA の電流を測定する場合、オーミック電位差は 0.2 µV です。これは無視できます。100mAの電流では20mVのオーミック降下が生じます。その結果、あなたの電極の電圧は、あなたの予想より20 mV低くなります。実験によっては、これはかなりの電位差になるかもしれません。

電流フリーセンスリードによる補正

ケーブル間のオーミックドロップはセンスリードで補正できます。センスリードは基準電極リードと同様の機能を持ちます。電位差を測定し、電流は流れないことになっています。理想的には電流は流れませんが、実際には電位を測定するために非常に小さな電流が必要です。

センスリードは作用電極に接続されています。電流を流さずに作用電極の電位を測定します。電流が流れない状態のため、センスリードにIRドロップは発生せず、作用電極の印加電位が測定されます。ポテンショスタットはこの情報を使って、作用電極リード内部のIRドロップを補正することができます。

つまり、作用電極の電流に作用電極リードの抵抗値を掛けた値が大きな電位降下に達した場合、オーミック降下を補正するためにセンスリードが必要になります。

PalmSens が設計したほとんどのポテンショスタットにセンスリードがないのもこのためです。ほとんどのポテンショスタットは、30 mA、20 mA、または 3 mA までの電流をサポートしています。これらの電流は、動作電極リードの内部で6 - 0.6 mVのオーミック降下につながりますが、これはほとんどのセットアップでは重要ではありません。

EmStat3+ および EmStat4 HR は、最大 100 mA および 200 mA の電流に対応しており、その結果、電位が大幅に低下します。

2、3、4電極測定

PalmSens の測定器のほとんどは、2 または 3 電極セットアップしか提供していません。EmStat4 HR は、4 電極セットアップにも適しています。このセクションでは、4 電極測定の目的を理解するために、各セットアップ (2、3、および 4 電極) について説明します。

2電極セットアップ

2電極セットアップを行うには、対極と参照電極を組み合わせるだけです。当社のケーブルの対極は積み重ね可能なので、便利に組み合わせることができます。作業電極（およびセンス）リードを一方の電極に接続し、対極と参照電極を組み合わせたリードをもう一方の電極に接続します。

2電極セットアップでの測定中、電位は2つの電極間に印加され、電流は同じ2つの電極間を流れます（図2参照）。つまり、印加される電位には、作用電極の界面を横切る電位差、溶液を横切る電位差、対極の界面を横切る電位差が含まれます。対極での変化は、結果に影響します。対極が、低電流や短時間の測定のために、測定中に安定していると予想される場合は、このセットアップを3電極セットアップとほぼ同等に使うことができます。そうでなければ、このセットアップは、燃料電池やバッテリーなど、完全なセル電位が興味深いパラメーターであるアプリケーションにのみ使用されます。

3電極セットアップ

3電極セットアップは、電気化学測定中の最も一般的なセットアップです。作用電極（およびセンス）は、2電極セットアップと同様に、このセットアップでも電流と電位を流します。対極はまだ電流を流しますが、電位は作用電極と参照電極の間で制御されます（図3参照）。

これは、対極の界面を横切る電位差が印加電位に含まれないという利点があります。もう一つの利点は、参照電極が電流を流さないため、測定中も安定した電位を保つことです。これは、作用電極の電位がより正確であることを意味します。

4電極セットアップ

4電極セットアップでは、作用電極は2つの電極に分割されます：作用電極とセンスです。電位はセンスリードと参照電極の間に印加されます。電流は作用電極と対極の間に流れます。

この方法では、対極または作用電極の界面を横切る電位降下と、それに対応する反応はこの測定に寄与しません。センス電極と参照電極の間の溶液や障害物（例えば膜）を横切るプロセスのみが寄与します。

このセットアップは通常、固体電解質、膜、または液-液界面の研究にのみ使用されます。

EmStat3+ および EmStat4 HR のセンスリード

EmStat3+のセンスリード

(マルチ)EmStat3+は、PalmSens が開発したセンスリードを含む最初のデバイスです。センスリードは、EmStat3+ の 100 mA レンジが PSTrace でアクティブになっている場合にのみアクティブになります。そうでなければ、センスリードは非アクティブのままであり、何かに接続する必要はありません。

センスリードはスタッキング可能なプラグイン式で、明るい赤色（旧型ケーブル）または黄色です。作業電極プラグをセンスリードの背面に接続すると便利です。作業電極とセンスリードの組み合わせは、通常の作業電極プラグと同じように配置されます。

100mAが選択された状態でセンスリードが接続されていない場合、電位制御はセンスリードによって測定された電位に依存するため動作しません。

100mAが選択されていない状態でセンスリードが接続されていない場合、測定はまだ機能しますが、追加のノイズが発生する可能性があります。これはシステムの余分なプラグと接続がノイズのアンテナになっている結果です。

センスリードは 100 mA がアクティブなときにのみ使用されるため、EmStat3+ は 4 電極測定には推奨されません。

EmStat4 HR のセンスリード

EmStat4 HR は EmStat3+ の後継で、最大 200 mA までの電流を測定または印加できます。それに伴い、センスリードが装備されています。これは、例えば EmStat4S HRや EmStat4M HR など、EmStat4 HR をベースとするすべての製品に適用されます。

センスリードは常にアクティブで、4電極測定を行う場合を除き、作業電極に接続する必要があります。

センスリードが接続されていない場合、電位制御はセンスリードによって測定された電位に依存するため、機能しません。

センスリードの末端は黄色のスタッカブルプラグになっており、作業電極リードのプラグに接続することができます。作業電極とセンスリードの組み合わせは、通常の作業電極プラグと同じように配置されます。EmStat4 HR は、4電極測定に適しています。