DD208230A1

DD208230A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CHRONOPOTENTIOMETRIC MEASUREMENTS

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.The invention relates to the field of electrochemistry. The aim of the invention is to make Schaltvorgaenge chronopotentiometrischen measurements easier, more accurate and faster. The invent. the object is to develop a circuit arrangement for chronopotentiometriche measurements without the use of an additional potentiostatic control loop, with which the currentless state d. elektrochem. Measuring cell before beginning d. Electrolysis with less effort than previously achieved. According to the invention this is in a Schaltungsanordg. for chronopotentiometric measurements with an electrochemical measuring cell, which is assigned to a Stronquelle, and a switch, which is followed by a Verstaerker, achieved by d. noninverting input d. Amplifier is connected to the counter electrode of the measuring cell and the inverting input of the amplifier via the switch with the Verstaerkerausgang and that the power source via a diode, which is connected between the inverting input and the counter electrode, with d. Counter electrode is connected. The invention is applicable in electrochemical analyzers.

Description

Schaltungsanordnung für chronopotentiometrisehe MessungenCircuit arrangement for chronopotentiometrisehe measurements

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung ist in elektrochemischen Analysengeräten anwendbar, die die Durchführung chronopotentiometriacher Messungen gestatten.The invention is applicable in electrochemical analyzers which allow the performance of chronopotentiometriacher measurements.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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,The Chronopotentioraetry is a measurement method that allows to obtain knowledge about the kinetics of electrode processes »It is important that before the experiment, d" h "before the start of electrolysis no current flows through the measuring cell, because this falsifies the actual measurement Furthermore, it is necessary for fast reactions to reach the galvanostatic state in as short a time as possible. Simple circuit arrangements for chronopotentiometry are known in which the electrochemical measuring cell is connected in series with a switch, a series resistor and a voltage source. Since the resistance of the electrochemical cell changes during the experiment, a voltage source with a sufficiently high voltage and a high series resistance must be selected. If an electronic switch is used in this arrangement in order to achieve the galvanostatic state quickly, this switch must have a high dielectric strength. The requirements,

235085 0235085 0

eine Spannungsquelle mit hoher Ausgangsspannung und einen elektronischen Schalter hoher Spannungsfestigkeit zu verwenden, lassen sich nur schwierig realisieren.Using a voltage source with high output voltage and a high-voltage electronic switch are difficult to realize.

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»Furthermore, Schaltungsanordtlühgen are known in which the electrochemical measuring cell connected in series iil with an electronically controlled current source. At the beginning of the chronopotentiometric measurement, the output current of the current source must be regulated to zero. "This promotion is difficult to realize due to the limited control accuracy of the current source. Furthermore, it is difficult in this circuit arrangement, the power source in a sufficiently short time to regulate the required value of the electrolysis current »

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.Circuit arrangements are known / 1, 2, 3 /> realize the de-energized state before the experiment by the fact that an additional potentiostatic control circuit is arranged, with the aid of which the electrodes of the electrochemical cell are regulated before the experiment to such a potential, in which no electrolysis takes place. In order to determine the required potential, exact knowledge of the composition of the solution to be investigated is needed. If this knowledge is not available, then in the arrangements with a potentiostatic control circuit, the self-potential can be determined by a preceding measurement and this potential can be supplied as setpoint to the potentiostatic control circuit. The disadvantage is that an additional measurement for the determination of the intrinsic potential of the measuring cell must be carried out, and that even then a low electrolysis current can not be excluded with certainty before beginning the chronopotentiometric measurement as a result of control deviations of the potentiostatic control loop.

235085 0 ³ 235085 0 ³

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, Sehaltvorgänge bei chronopotentiometrischen Messungen einfacher, genauer und schneller zu ermöglichen»The aim of the invention is to make visual operations in chronopotentiometric measurements easier, more accurate and faster »

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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«The invention has for its object to develop a circuit arrangement for chronopotentiometrisehe measurements without the use of an additional potentiostatic control loop, with which the electroless state of the electrochemical cell before the electrolysis is achieved with less effort than before. According to the invention in a circuit arrangement for chronopotentiometric measurements is associated with an electrochemical MeIJZeIIe ₉ of a current source, and a switch, which is an amplifier downstream, achieved in that the non-inverting input of the amplifier to the counter electrode of the measuring cell and the inverting input of the amplifier is connected via the switch to the amplifier output and the current source is connected to the counterelectrode via a diode which is connected between the inverting input and the counterelectrode «

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«This makes it possible to use the circuit arrangement without additional switching both for cathodic and for anodic experiments or for experiments with current reversal. For example, a field-effect transistor can be used. The power source should be an electronically regulated power source «

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 SpannungsdifferenzIn the closed state of the switch before beginning the chronopo tentiometric measurement, the amplifier operates with respect to the potential of the counter electrode as voltage follower «The resulting voltage difference at the diode

1 3. JAh1 3.Yes

235085 0235085 0

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.due to the deviation of the voltage follower is too low to cause a disturbing electrolysis current through the measuring cell »When opening the switch, the puncture of the amplifier is canceled as a voltage follower and the galvanostatic control loop is effective in relation to the measuring cell.

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«Compared to known technical solutions, the circuit arrangement has the advantage that components with low dielectric strength can be used and rapid switching to the galvanostatic state is possible. An additional potentiostatic control circuit is not required.

Ausführungsbeispielembodiment

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.The invention will be explained in an embodiment with reference to a drawing. In the drawing, an electrochemical measuring cell Z is shown having a measuring electrode M and a counter electrode G. "To the counter electrode G, the non-inverting input E + of an amplifier V and a diode D are connected to the amplifier V is a switch in the form of a field effect transistor S downstream "The output of the switch is connected to the second terminal of the diode D, to the inverting input E- of the amplifier V and to the output of an electronically controlled current source Q.

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-Before starting the measurement, the field effect transistor S serving as a switch is conductive. This causes the amplifier V to operate as a voltage follower with respect to the potential of the counter electrode G applied to the noninverting input E +. The potential difference at the diode D becomes zero, so that the counter electrode is not loaded. The one for the experiment

1313

2 35 0 85 02 35 0 85 0

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.Required regulated current I "of the current source Q flows into the amplifier output A. The beginning of the chronopotentiometric measurement, the field effect transistor S is blocked and the current I" flows through the measuring cell.

Literaturliterature

/1/ Bruckenstein, S, Miller, B./ 1 / Bruckenstein, S, Miller, B.

Circuit for Transient - Free Current - Potential Control Conversion,Circuit for Transient - Free Current - Potential Control Conversion,

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

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

Λ η , r.. Λ η , r ..

Claims

2350 85 0 *

invention claim

Circuit arrangement for chronopotentiometric measurements with an electrochemical measuring cell, which is assigned a current source, and a switch to which an amplifier is arranged, characterized in that the noninverting input (E +) of the amplifier (V) with the counter electrode (G) of the measuring cell and the inverting input (E-) of the amplifier (V) via the switch to the amplifier output (A) is connected and that the current source (Q) via a diode (D) connected between the inverting input (E) and counter electrode (G) is connected to the counter electrode (G) «

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the diode (D) another diode is connected in antiparallel «

3 "circuit arrangement according to item 1 and 2, characterized in that a field effect transistor (S) is arranged as a switch«

4 "circuit arrangement according to item 1 to 3, characterized in that as the current source (Q) an electronically regulated current source is arranged. ;;

For this 1 page drawings