DD208230A1

DD208230A1 - Schaltungsanordnung fuer chronopotentiometrische messungen

Info

Publication number: DD208230A1
Application number: DD23508581A
Authority: DD
Inventors: Alfred Quade; Klaus Bartels; Wolf Shalweit; Guenter Salie
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1981-11-24
Filing date: 1981-11-24
Publication date: 1984-03-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrochemie. Ziel der Erfindung ist es, Schaltvorgaenge bei chronopotentiometrischen Messungen einfacher, genauer und schneller zu ermoeglichen. Der Erfindg. liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung fuer chronopotentiometriche Messungen ohne Verwendung eines zusaetzlichen potentiostastischen Regelkreises zu entwickeln, mit der der stromlose Zustand d. elektrochem. Messzelle vor Beginn d. Elektrolyse mit geringerem Aufwand als bisher erreicht wird. Erfindungsgemaess wird das bei einer Schaltungsanordg. fuer chronopotentiometrische Messungen mit einer elektrochemischen Messzelle, der eine Stronquelle zugeordnet ist, sowie einem Schalter, dem ein Verstaerker nachgeordnet ist, dadurch erreicht, dass d. nichtinvertierende Eingang d. Verstaerkers mit der Gegenelektrode der Messzelle und der invertierende Eingang des Verstaerkers ueber den Schalter mit dem Verstaerkerausgang verbunden ist und dass die Stromquelle ueber eine Diode, die zwischen invertierendem Eingang und der Gegenelektrode geschaltet ist, mit d. Gegenelektrode verbunden ist. Die Erfindung ist in elektrochemischen Analysegeraeten anwendbar.

Description

Schaltungsanordnung für chronopotentiometrisehe Messungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist in elektrochemischen Analysengeräten anwendbar, die die Durchführung chronopotentiometriacher Messungen gestatten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Chronopotentioraetrie ist ein Meßverfahren, das es gestattet, Kenntnisse über die Kinetik von Elektrodenprozessen zu erhalten» Dabei ist es wichtig, daß vor dem Experiment, d« h« vor Beginn der Elektrolyse kein Strom durch die Meßzelle fließt, weil dadurch die eigentliche Messung verfälscht werden könnte» Weiterhin ist es für schnell ablaufende Reaktionen erforderlich, den galvanostatischen Zustand in möglichst kurzer Zeit zu erreichen. Es sind einfache Schaltungsanordnungen für die Chronopotentiometrie bekannt, bei denen die elektrochemische Meßzelle in Reihe geschaltet ist mit einem Schalter, einem Vorwiderstand und einer Spannungsquelle. Da sich der Widerstand der elektrochemischen Meßzelle während des Experimentes ändert, müssen eine Spannungsquelle mit hinreichend hoher Spannung und ein hoher Vorwiderstand gewählt werden. Verwendet man in dieser Anordnung einen elektronischen Schalter, um den galvanostatischen Zustand schnell zu erreichen, so muß dieser Schalter eine hohe Spannungsfestigkeit besitzen. Die Forderungen,

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eine Spannungsquelle mit hoher Ausgangsspannung und einen elektronischen Schalter hoher Spannungsfestigkeit zu verwenden, lassen sich nur schwierig realisieren.

Weiterhin sind Schaltungsanordtlühgen bekannt, bei denen die elektrochemische Meßzelle in Reihe geschaltet iil mit einer elektronisch geregelten Stromquelle. Tor beginn der chronopotentiometrischen Messung muß der Ausgangsstrom der Stromquelle auf Null geregelt werden« DieseFörderung läßt sich,infolge der begrenzten Regelgenauigkeit der Stromquelle nur schwer realisieren. Weiterhin ist es bei dieser Schaltungsanordnung schwierig, die Stromquelle in hinreichend kurzer Zeit auf den erforderlichen Wert des Elektrolysestromes zu regeln»

Es sind Schaltungsanordnungen bekannt /1, 2, 3/> die den stromlosen Zustand vor Beginn des Experimentes dadurch realisieren, daß ein zusätzlicher potentiostatischer Regelkreis angeordnet ist, mit dessen Hilfe die Elektroden der elektrochemischen Meßzelle vor Beginn des Experimentes auf ein solches Potential geregelt werden, bei dem keine Elektrolyse stattfindet. Um das erforderliche Potential zu bestimmen, werden genaue Kenntnisse über die Zusammensetzung der zu untersuchenden Lösung benötigt. Liegen diese Kenntnisse nicht vor, so kann bei den Anordnungen mit potentiostatischem Regelkreis das Eigenpotential durch eine vorausgehende Messung bestimmt werden und dieses Potential als Sollwert dem potentiostatischen Regelkreis zugeführt werden. Nachteilig ist, daß eine zusätzliche Messung für die Bestimmung des Eigenpotentials der Meßzelle ausgeführt werden muß, und daß selbst dann ein geringer Elektrolysestrom vor Beginn der chronöpotentiometrischen Messung infolge von Regelabweichungen des potentiostatischen Regelkreises nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Sehaltvorgänge bei chronopotentiometrischen Messungen einfacher, genauer und schneller zu ermöglichen»

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für chronopotentiometrisehe Messungen ohne Verwendung eines zusätzlichen potentiostatischen Regelkreises zu entwickeln, mit der der stromlose Zustand der elektrochemischen Meßzelle vor Beginn der Elektrolyse mit geringerem Aufwand als bisher erreicht wird« Erfindungsgemäß wird das bei einer Schaltungsanordnung für chronopotentiometrische Messungen mit einer elektrochemischen MeIJZeIIe₉ der eine Stromquelle zugeordnet ist, sowie einem Schalter, dem ein Verstärker nachgeordnet ist, dadurch erreicht, daß der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers mit der Gegenelektrode der Meßzelle und der invertierende Eingang des Verstärkers über den Schalter mit dem Verstärkerausgang verbunden ist und daß die Stromquelle über eine Diode, die zwischen invertierendem Eingang und Gegenelektrode geschaltet ist, mit der Gegenelektrode verbunden ist«

Der Diode kann eine weitere Diode antiparallel geschaltet sein* Dadurch ist es möglich, die Schaltungsanordnung ohne zusätzliche Umschaltungen sowohl für katodische als auch für anodische Experimente bzw. für Experimente mit Stromumkehr einzusetzen« AIb Schalter kann zum Beispiel ein Feldeffekttransistor verwendet werden. Als Stromquelle sollte eine elektronisch geregelte Stromquelle angeordnet sein«

Im geschlossenen Zustand des Schalters vor Beginn der chronopo tentiometrischen Messung arbeitet der Verstärker bezüglich des Potentials der Gegenelektrode als Spannungsfolger« Die an der Diode entstehende Spannungsdifferenz

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infolge der Regelabweichung des Spannungsfolgers ist zu gering, um einen störenden Elektrolysestrom durch die Meßzelle entstehen zu lassen» Beim Öffnen des Schalters wird die Punktion des Verstärkers als Spannungsfolger aufgehoben und der galvanostatische Regelkreis wird in "bezug auf die Meßzelle wirksam.

Die Schaltungsanordnung hat gegenüber bekannten technischen Lösungen den Vorteil, daß Bauelemente mit geringer Spannungsfestigkeit eingesetzt v/erden können und eine schnelle Umschaltung in den galvanostatischen Zustand möglich ist· Ein zusätzlicher potentiostatischer Regelkreis ist nicht erforderlich«

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung erläutert werden. In der Zeichnung ist eine elektrochemische Meßzelle Z dargestellt, die eine Meßelektrode M und eine Gegenelektrode G besitzt« An die Gegenelektrode G sind der nichtinvertierende Eingang E+ eines Verstärkers V und eine Diode D angeschlossen« Dem Verstärker V ist ein Schalter in Form eines Feldeffekttransistors S nachgeschaltet« Der Ausgang des Schalters ist mit dem zweiten Anschluß der Diode D , mit dem invertierenden Eingang E- des Verstärkers V und dem Ausgang einer elektronisch geregelten Stromquelle Q verbunden.

Vor Beginn der Messung ist der als Schalter dienende Feldeffekttransistor S leitend. Dadurch wird bewirkt, daß der Verstärker V bezüglich des am nichtinvertierenden Eingang E+ anliegenden Potentials der Gegenelektrode G als Spannungsfolger arbeitet. Die Potentialdifferenz an der Diode D wird zu Null, so daß die Gegenelektrode nicht belastet wird. Der für das Experiment er-

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forderliche geregelte Strom I„ der Stromquelle Q fließt in den Verstärkerausgang A. Mt Beginn der chronopotentiometrischen Messung wird der Feldeffekttransistor S gesperrt und der Strom I„ fließt durch die Meßzelle.

Literatur

/1/ Bruckenstein, S, Miller, B.

Circuit for Transient - Free Current - Potential Control Conversion,

J. Elektrochem. Soc. 117 (1970) 8, 1040-1044

/2/ WP G 01 H / 218 179 /3/ Patentschrift 148 387

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Claims

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Erfindungsanspruch

· Schaltungsanordnung für chronopotentiometrische Messungen mit einer elektrochemischen Meßzelle, der eine Stromquelle zugeordnet ist, sowie einem Schalter, dem ein Verstärker nachgeordnet ist, gekennzeichnet dadurchs daß der nichtinvertierende Eingang (E+) des Verstärkers (V) mit der Gegenelektrode (G) der Meßzelle und der invertierende Eingang (E-) des Verstärkers (V) über den Schalter mit dem Verstärkerausgang (A) verbunden ist und daß die Stromquelle (Q) über eine Diode (D), die zwischen invertierendem Eingang (E-) und Gegenelektrode (G) geschaltet ist, mit der Gegenelektrode (G) verbunden ist«
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Diode (D) eine weitere Diode antiparallel geschaltet ist«
3« Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Schalter ein Feldeffekttransistor (S) angeordnet ist«
4« Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis ;3, gekennzeichnet dadurch, daß als Stromquelle (Q) eine elektronisch geregelte Stromquelle angeordnet ist. ;;

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