Obraz (2540)

220

Podstawowym kryterium, jakie muszą spełniać elementy elektroniczne zastosowane do konstrukcji wzmacniacza, jest - oprócz odpowiednio dużej rezystangi wejściowej wtórnika napięciowego - wysoka stabilność temperaturowa i długoczasowa.

16.3. Potencjostat

Zadaniem potencjostatu jest utrzymywanie określonej wartości potencjału elektrody badanej £„ względem elektrody odniesienia E_n/ poprzez generowanie natężenia prądu lub wytwarzanie odpowiedniego pola elektrycznego przez elektrodę pomocniczą E_c. Najprostszy układ potencjostatu, wykorzystujący pojedynczy wzmacniacz operacyjny, przedstawiony jest na rys. 16.6.

Rys. 16.6. Zasada działania potencjostatu

Elektrochemiczny układ pomiarowy przedstawiony jest na schemacie w postaci dwóch impedancji szeregowo włączonych między wyjście wzmacniacza operacyjnego (za rezystorem R_f) a masą układu. Impedancje Ź₂ i Ż_x reprezentują własności odpowiednio przestrzeni: elektroda pomocnicza E_c - elektroda odniesienia E_nf i elektroda odniesienia E„_f - elektroda badana £„. Z podstawowych własności wzmacniacza operacyjnego wynika, że wartość potencjału wejścia odwracającego wzmacniacza, jak i elektrody £,*/, równa będzie napięciu U^, doprowadzonemu ze źródła napięcia polaryzującego. Tym samym potencjał elektrody badanej względem elektrody odniesienia wynosić będzie -U^. Stosując np. źródło napięcia liniowo

zmieniającego się w czasie, uzyskamy również liniowo zmieniający się potencjał elektrody badanej względem odniesienia z przeciwnym znakiem w stosunku do napięcia U^. Natężenie płynącego prądu mierzone jest przy użyciu rezystora R_f i obliczane z prawa Ohma:

(16.3)

U.

mmm

edzie CF = I

M

i nazywane jest zakresem pomiarowym natężenia prądu.

Utrzymywanie określonego potencjału elektrody badanej realizowane jest w szerokim zakresie zmian impedancji Ż_i i Ż₂, a w szczególności Ź_u na której przebiega interesujący nas proces elektrochemiczny. Zmiany impedancji Ź₂ przy dobrze skonstruowanym układzie pomiarowym są z reguły do pominięcia, zmiany impedancji Zj odzwierciedlają własności granicy faz elektroda badana-roztwór elektrolitu w trakcie procesu elektrochemicznego i głównie te zmiany podlegają procesom pomiarowym.

Układ pomiarowy skonstruowany powinien być tak, aby pole elektryczne wokół elektrody badanej E_w było symetryczne. Tym samym najkorzystniejszym kształtem elektrody pomocniczej E_e jest walec (elektroda Winklera) w przypadku cylindrycznej elektrody badanej, płaszczyzny równoległej do płaskiej elektrody badanej, sfery w przypadku kulistej elektrody badanej. Elektroda odniesienia w najmniejszym stopniu nie powinna zakłócać symetrii pola elektrycznego. Z tego powodu często stosuje się elektrodę odniesienia w dodatkowym naczyńku, z którego wyprowadza się cienką rurkę zakończoną kapilarą, nazywaną kapilarą Ługina, której koniec umieszcza się jak najbliżej powierzchni elektrody badanej. Powierzchnia elektrody pomocniczej E_c, celem spełnienia wyżej zapisanego warunku dotyczącego impedancji Z₂, powinna być co najmniej 100 razy większa od powierzchni elektrody badanej £_w. Przykładowe rozwiązanie układu pomiarowego dla cylindrycznej elektrody badanej przedstawione jest na rys. 16.7.

Bardziej skomplikowany schemat potencjostatu, lecz za to zbliżony do rzeczywistego, przedstawiony jest na rys. 16.8. Jest to jedno z często stosowanych rozwiązań, pozwalające na kontrolę rzeczywistego potencjału elektrody badanej względem elektrody odniesienia, wygodny pomiar natężenia prądu płynącego przez elektrodę badaną, umożliwiający całkowite odłączanie elektrod naczyńka pomiarowego wtedy, gdy np. wykonywany jest montaż układu pomiarowego. Rozwiązanie, to łatwo jest zaadaptować do systemów ze wspomaganiem mikrokomputerowym, gdzie sterowanie wszystkimi czynnościami związanymi z pomiarem, jak też akwizycja i obróbka wyników, zachodzi automatycznie lub półautomatycznie.