Mutli Autolab M204

Układ trójelektrodowy to najczęściej stosowana konfiguracja w elektrochemii. W takim układzie wykorzystuje się trzy elektrody: elektrodę pracującą (WE, working electrode), elektrodę odniesienia (RE, reference electrode) oraz elektrodę pomocniczą, zwaną też przeciw-elektrodą (CE, counter/auxiliary electrode).

Podczas pomiaru elektrochemicznego prąd przepływa pomiędzy elektrodą pracującą (WE) a przeciw-elektrodą (CE). Różnica potencjałów jest kontrolowana pomiędzy WE a CE, natomiast precyzyjny pomiar potencjału odbywa się pomiędzy elektrodą pracującą (WE+S) a elektrodą odniesienia (RE).

W układzie trójelektrodowym zacisk pomiarowy S (sense) jest połączony z elektrodą pracującą (WE), dzięki czemu potencjał WE względem RE może być dokładnie mierzony i/lub kontrolowany.

Układ czteroelektrodowy stosuje się w aplikacjach, w których konieczny jest precyzyjny pomiar różnicy potencjałów (mierzonej pomiędzy elektrodą odniesienia RE, a elektrodą pomiarową S), powstającej wskutek przepływu prądu przez ściśle zdefiniowaną granicę faz — pomiędzy elektrodą pracującą (WE) a przeciw-elektrodą (CE).

Tego typu konfiguracja nie jest powszechnie stosowana w klasycznej elektrochemii. Najczęściej wykorzystuje się ją do badań transportu jonów przez membrany lub układy dwyfazowe niemieszających się cieczy.

Układ ten umożliwia wyznaczenie oporu międzyfazowego lub przewodnictwa membrany, dzięki rozdzieleniu toru prądowego (WE–CE) od toru pomiaru potencjału (RE–S), co minimalizuje wpływ spadków omowych na wynik pomiaru.

Elektroda odniesienia (RE, reference electrode) to elektroda o stabilnym i dobrze zdefiniowanym potencjale, względem której mierzy się potencjał elektrody pracującej (WE).

Jej główną funkcją jest pełnienie roli wiarygodnego i powtarzalnego punktu odniesienia potencjału w układzie elektrochemicznym, co umożliwia dokładny pomiar potencjału elektrody pracującej.

W niniejszym opracowaniu zestawiono najczęściej stosowane elektrody odniesienia wraz z zakresem ich zastosowań.

Elektroda pomocnicza (CE, counter/auxiliary electrode) ma zadanie „zbierać” prąd w układzie elektrochemicznym. Aby zapewnić stabilność potencjału elektrody odniesienia (RE), nie powinien przez nią przepływać prąd. Dzięki bardzo wysokiej impedancji wejściowej elektrometru, prąd w układzie przepływa wyłącznie pomiędzy elektrodą pracującą (WE) a elektrodą pomocniczą (CE).

Istotne jest, aby elektroda pomocnicza była wykonana z materiału elektrochemicznie inertnego, tak aby nie generowała produktów ubocznych mogących zakłócić badany układ.

Dodatkowo powierzchnia elektrody pomocniczej powinna być większa niż powierzchnia elektrody pracującej, co pozwala ograniczyć jej polaryzację i zapewnić prawidłowy przebieg pomiaru.

Najniższy zakres prądowy w urządzeniu oznacza ustawienie zoptymalizowane pod kątem pomiarów bardzo małych prądów (wysokiej czułości), natomiast rzeczywisty najniższy mierzalny prąd może być o kilka rzędów wielkości niższy — i jest ograniczony przez takie czynniki jak szumy, właściwości układu elektrochemicznego, warunki pomiarowe, okablowanie itp.

Rozdzielczość prądowa wynika z kolei z liczby bitów przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) oraz wybranego zakresu prądowego. Określa ona najmniejszą zmianę prądu, jaką instrument jest w stanie rozróżnić, ale nie oznacza najmniejszego prądu, jaki można wiarygodnie wykryć.

Dla uzyskania najlepszej jakości pomiaru należy dobierać możliwie najniższy zakres prądowy, który nie powoduje przesterowania sygnału — maksymalizuje to rozdzielczość. Trzeba jednak pamiętać, że rzeczywisty próg detekcji w praktyce najczęściej wyznaczają szumy i ograniczenia całego układu pomiarowego, a nie tylko nominalny zakres czy rozdzielczość aparatury.

Potencjał obwodu otwartego (OCP, open-circuit potential) to potencjał elektrody pracującej (WE) względem elektrody odniesienia (RE) w warunkach braku przepływu prądu przez układ (czyli przy otwartym obwodzie). Potencjał obwodu otwartego (OCP) ma duże znaczenie w badaniach elektrochemicznych, ponieważ stanowi punkt odniesienia — potencjał spoczynkowy układu, mierzony bez jego zaburzania poprzez przyłożenie prądu lub potencjału.

OCP odpowiada potencjałowi równowagowemu na granicy faz elektroda–elektrolit, w którym szybkości reakcji utleniania i redukcji na powierzchni elektrody są sobie równe. W efekcie nie występuje przepływ prądu netto, mimo że procesy elektrochemiczne nadal zachodzą w obu kierunkach. Jest to dobry wskaźnik stanu równowagi w ogniwie elektrochemicznym. OCP stanowi kluczowy parametr przy: ocenie stabilności termodynamicznej materiałów, analizie ich zachowania korozyjnego, monitorowaniu zmian zachodzących na powierzchni elektrody.

Dodatkowo służy jako punkt odniesienia dla innych technik elektrochemicznych, takich jak spektroskopia impedancyjna (EIS) czy pomiary korozyjne.

Czas narastania (Rise time) potencjostatu definiuje się jako przedział czasu potrzebny, aby sygnał wyjściowy wzrósł od 10% do 90% swojej końcowej amplitudy. Parametr ten ma istotne znaczenie przede wszystkim w eksperymentach obejmujących bardzo szybkie zjawiska elektrochemiczne.

Wiarygodny pomiar tak szybkich procesów jest możliwy tylko wtedy, gdy stała czasowa układu elektrochemicznego jest krótsza niż analizowane przedziały czasowe.

Dla wszystkich potencjostatów Metrohm Autolab standardowa długość przewodów pomiarowych wynosi 1,5 m. Specyfikacje urządzeń są testowane i gwarantowane wyłącznie przy użyciu kabli o tej długości.

Możliwe jest jednak zamówienie i stosowanie dłuższych przewodów.  W tym celu skontaktuj się z nami.

Napięcie mkasymalne (compliance voltage): odnosi się do maksymalnego napięcia, jakie wewnętrzne układy potencjostatu mogą dostarczyć do elektrody pomocniczej (CE), aby uzyskać i utrzymać zadane napięcie na elektrodzie pracującej (WE) względem elektrody odniesienia (RE). Można je traktować jako limit możliwości urządzenia. Jeśli rezystancja układu elektrochemicznego lub wymagania eksperymentu powodują zapotrzebowanie na wyższe napięcie niż limit potencjostatu, urządzenie zgłasza „przeciążenie” (overload), co oznacza brak możliwości utrzymania zadanego potencjału. Wyższa wartość tego parametru daje większą elastyczność, dlatego zaawansowane modele — takie jak VIONIC (±50 V) — lepiej nadają się do układów o wysokiej rezystancji lub bardziej wymagających systemów elektrochemicznych.

Napięcie przyłożone (applied voltage / potential): jest to napięcie ustawione przez użytkownika, które potencjostat ma utrzymywać lub skanować na elektrodzie pracującej (WE) względem elektrody odniesienia (RE). Jest to więc zadany warunek eksperymentalny, który wymusza przebieg reakcji elektrochemicznej lub umożliwia jej pomiar.

Kluczowa różnica między potencjostatem a galwanostatem polega na tym, co jest kontrolowane podczas pomiaru:

• Potencjostat kontroluje napięcie i mierzy prąd.
• Galwanostat kontroluje prąd i mierzy napięcie.

Oba urządzenia są powszechnie stosowane w eksperymentach elektrochemicznych, a wybór trybu zależy od tego, czy wymagane jest utrzymanie stałego potencjału (potencjostat), czy stałego prądu (galwanostat). Wszystkie instrumenty Metrohm Autolab oferują oba tryby pracy, co zapewnia elastyczność w różnych zastosowaniach elektrochemicznych.

Tryb potencjostatyczny jest zazwyczaj stosowany, gdy:

• impedancja układu jest wysoka,
• wymagane jest skanowanie potencjału w określonym zakresie (np. w woltamperometrii cyklicznej),
• celem jest badanie mechanizmów reakcji, potencjałów redoks lub kinetyki elektrochemicznej,
• analizuje się odpowiedź prądową na kontrolowany potencjał (np. w badaniach dyfuzyjnych lub analizie Tafelowskiej).

Tryb galwanostatyczny jest zazwyczaj stosowany, gdy:

• impedancja układu jest niska (np. badania akumulatorów i ogniw),
• wymagane jest utrzymanie stałego prądu, np. w elektrolicie lub podczas osadzania elektrochemicznego.

Potencjostat VIONIC obsłuży dowolną termoparę typu K.

W potencjostatach Autolab AUT302N, AUT204 oraz w systemach wielokanałowych M101/M204 wymagany jest moduł PX1000 aby obsłużyć czujniki typu Metrohm Pt1000.

W celu uzyskania dodatkowych informacji skontaktuj się z nami.

W stanie Cell-Off układ elektrochemiczny jest wyłączony w tym sensie, że nie płynie prąd pomiędzy elektrodą pomocniczą (CE) a elektrodą pracującą (WE), natomiast potencjał nadal jest mierzony pomiędzy elektrodą odniesienia (RE) a zaciskiem pomiarowym (S).

W przypadku Cell-Isolated nie ma żadnego połączenia elektrycznego pomiędzy układem elektrochemicznym a elektroniką potencjostatu VIONIC. Stan ten może wystąpić w wyniku zadziałania zabezpieczenia układu lub przejścia urządzenia w stan błędu. W tym stanie żadne wartości prądu ani potencjału nie są przekazywane do potencjostatu.

Szczegółowe informacje znajdują się w instrukcjach użytkownika INTELLO i VIONIC.

Gdy jakakolwiek część układu elektrochemicznego (w tym naczynie pomiarowe lub elektrolit) jest połączona z masą (uziemieniem), pomiary elektrochemiczne mogą być wykonywane wyłącznie przy użyciu potencjostatu/galwanostatu z pływającą (floating) elektroniką.

W przeciwnym przypadku zaleca się stosowanie trybu niepływającego (non-floating) w celu uzyskania optymalnej wydajności pomiarowej.

VIONIC jest wyposażony w możliwość wyboru trybu pracy floating w 3 wariantach uziemienia.

Rotatory Metrohm Autolab używane w eksperymentach RDE, RRDE i RCE są sterowane zarówno z poziomu oprogramowania INTELLO, jak i NOVA oraz są w pełni zintegrowane z tymi systemami. Mają też możliwość sterowania ręcznego, na pojedynczą prędkość.

Analiza danych hydrodynamicznych jest dostępna w NOVA i może być wykorzystywana zarówno dla pomiarów wykonywanych w INTELLO, jak i w NOVA.

Wszystkie instrumenty Metrohm Autolab objęte są 3-letnią gwarancją.

Instrumenty oraz oprogramowanie będą wspierane przez co najmniej 10 lat od momentu zakończenia produkcji danego modelu.

Potencjostat/galwanostat to precyzyjne urządzenie służące do kontroli i pomiaru parametrów elektrycznych — potencjału i prądu — w układzie elektrochemicznym. Jest to podstawowe narzędzie do prowadzenia eksperymentów elektrochemicznych, takich jak woltamperometria cykliczna, chronoamperometria czy chronopotencjometria, zapewniające precyzyjną kontrolę przyłożonego potencjału lub prądu.

Analizator impedancji elektrochemicznej jest dodatkowym wyspecjalizowanym modułem, często zintegrowanym z potencjostatem/galwanostatem. Umożliwia on wymuszanie sygnałów AC w szerokim zakresie częstotliwości i pomiar impedancji układu elektrochemicznego. Technika ta, znana jako elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna (EIS), dostarcza szczegółowych informacji zależnych od częstotliwości dotyczących procesów elektrochemicznych.

Dane EIS pozwalają na opis układów elektrochemicznych, dostarczając informacji o procesach zachodzących na granicy faz elektroda–elektrolit, takich jak transfer ładunku, dyfuzja, ładowanie warstwy podwójnej, adsorpcja oraz inne zjawiska równoległe lub następujące po sobie.

Aby pomiar elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) był poprawny i możliwy do interpretacji w ramach teorii impedancyjnej, muszą być spełnione następujące warunki podstawowe:

Liniowość: układ elektrochemiczny musi odpowiadać liniowo na przyłożony sygnał AC. Oznacza to, że podwojenie amplitudy sygnału wejściowego powinno skutkować proporcjonalnym (dwukrotnym) wzrostem odpowiedzi, bez powstawania harmonicznych — w odpowiedzi powinna występować wyłącznie składowa o częstotliwości podstawowej.

Niezmienność w czasie: układ musi pozostawać w stanie ustalonym przez cały czas trwania pomiaru. Jego podstawowe właściwości (np. stan powierzchni, profile stężeń, grubość warstw, temperatura) nie powinny ulegać zmianie.

Przyczynowość: odpowiedź układu musi być bezpośrednio wywołana przez przyłożone wymuszenie AC, bez wpływu zewnętrznych zakłóceń zaburzających zależność wejście–wyjście.

Skończoność: rzeczywista i urojona część impedancji muszą przyjmować skończone wartości w całym rozpatrywanym zakresie częstotliwości. Oznacza to, że przy bardzo wysokich i bardzo niskich częstotliwościach impedancja dąży do wartości granicznych lub przewidywalnego zachowania.

Tak. Pomiary EIS powyżej 1 MHz wymagają zastosowania specjalnego sprzętu (VIONIC lub modułu ECI10M) oraz specjalnie zaprojektowanych przewodów pomiarowych.

Pomiary EIS w zakresie powyżej 1 MHz mogą być wykonywane w trybie potencjostatycznym.

Tak, VIONIC może być podłączony zarówno do sieci jak i bezpośrednio do komputera. Liczba podłączonych urządzeń VIONIC zależy od pojemności i parametrów wydajnościowych danej sieci. Każdy potencjostat VIONIC ma fabrycznie zaprogramowany adres IP, który można jednak zmienić dostosowując go do wymagań sieci.

Pomiary mogą być prowadzone jednocześnie na wielu instrumentach VIONIC przy użyciu jednego komputera z uruchomionym oprogramowaniem INTELLO.

 Ilość tak podłączonych instrumentów zależy od wydajności sieci i komputera.

Zaleca się kontakt z działem IT w celu przygotowania odpowiednich ustawień sieciowych do podłączenia VIONIC do sieci.

Pamięć wbudowana VIONIC może zapisać do 10 milionów punktów danych, w zależności od typu wykonywanego pomiaru.

W przypadku odłączenia komputera od VIONIC podczas trwania eksperymentu, oprogramowanie INTELLO informuje użytkownika, jak długo pomiar może być kontynuowany bez połączenia z komputerem.

INTELLO to nowe oprogramowanie do sterowania i akwizycji danych, przeznaczone dla potencjostatów VIONIC. NOVA to oprogramowanie sterujące i akwizycji danych stosowane w systemach AUT302N, AUT204, AUT101, Autolab IMP oraz w wielokanałowych potencjostatach M101/M204.

Oba pakiety oprogramowania nie są ze sobą kompatybilne, jednak dane zmierzone w INTELLO mogą być w razie potrzeby bezpośrednio eksportowane do NOVA.

Tak. INTELLO zawiera kompletną bibliotekę domyślnych procedur obejmujących wszystkie techniki elektrochemiczne. Procedury te są gotowe do użycia, a jednocześnie mogą być edytowane dając możliwość zachowania zmodyfikowanych procedur.

INTELLO umożliwia zarówno pracę rutynową, jak i eksploracyjną: można korzystać z podstawowych parametrów, zmieniając tylko wybrane wartości, jak również edytować sekwencje pomiarowe z użyciem zaawansowanych poleceń, takich jak pętle powtórzeń, automatyczny eksport danych i inne funkcje.

Edycja procedur pozwala na zapis i kopiowanie ich fragmentów, jednak nie jest możliwe przenoszenie ich między programami INTELLO i NOVA.