Compliance-Spannung

Die Compliance-Spannung ist die maximale Spannung, die zwischen Arbeits- und Gegenelektrode angelegt werden kann. Eine andere Bezeichnung wäre das maximale Zellpotential. Lesen Sie weiter

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Was ist die Nachgiebigkeitsspannung?

Zweck eines Potentiostaten

Der Zweck eines Potentiostaten besteht darin, eine bekannte Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode und einem bekannten Referenzpunkt, der Bezugselektrode, anzulegen. Um das Potential der Referenzelektrode stabil zu halten, sollte kein Strom durch die Referenzelektrode fließen.

Eine dritte Elektrode, die Gegenelektrode, nimmt die Stromlast auf. Das bedeutet, dass zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode ein definiertes Potential angelegt wird, der Strom jedoch zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode gemessen wird.

Zellpotential für den Stromfluss

Damit ein Strom fließen kann, muss zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode eine Spannung angelegt werden. Dies ist das Zellpotential. Es wird so eingestellt, dass die Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode dem eingestellten Potential entspricht. Oder anders ausgedrückt: Das Potential der Gegenelektrode wird so eingestellt, dass zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode ein ausreichender Strom fließt.

Die fließenden Ströme können durch die Aufladung der elektrochemischen Doppelschicht (kapazitiver Ladestrom) oder durch eine elektrochemische Reaktion (Faraday-Strom) verursacht werden. Der Strom an der Gegenelektrode und der Arbeitselektrode muss gleich groß sein, jedoch entgegengesetzte Polaritäten aufweisen; wenn beispielsweise an der Arbeitselektrode -1 mA fließt, müssen an der Gegenelektrode +1 mA fließen.

Wenn an der Arbeitselektrode geringe Ströme fließen und eine große Gegenelektrode verwendet wird, kann der kapazitive Ladestrom als Strom der Gegenelektrode ausreichen. In den meisten Fällen findet an der Gegenelektrode eine elektrochemische Reaktion statt.

Oxidation und Reduktion

Eine Oxidation an der Arbeitselektrode erfordert eine Reduktion an der Gegenelektrode und umgekehrt. Die an der Gegen- und Arbeitselektrode ablaufenden Oxidations- und Reduktionsreaktionen bestimmen das für die Zelle erforderliche Mindestpotential. Die Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode muss groß genug sein, um beide Reaktionen anzutreiben.

Häufig wird bei der Versuchsplanung die Reaktion an der Gegenelektrode nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund ist die häufigste Reaktion an der Gegenelektrode die Spaltung des Lösungsmittels, beispielsweise Wasser, d. h. die Oxidation von Wasser zu Protonen und Sauerstoff oder die Reduktion von Wasser zu Wasserstoff und Hydroxid.

Beispielsweise erfolgt die Oxidation von Eisen an der Arbeitselektrode bei +200 mV gegenüber RE. Die Wasserspaltung ist die einzige mögliche Reduktion an der Gegenelektrode. Die Reduktion von Wasser erfolgt bei -1,2 V gegenüber RE. Das bedeutet, dass das Zellpotential, also die Differenz zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode, mindestens -1,4 V beträgt.

Maximales Zellpotenzial erreicht

Je höher der Strom an der Arbeitselektrode ist, desto höher ist der erforderliche Strom an der Gegenelektrode. Um den Strom zu erhöhen, erhöht der Potentiostat die Potentialdifferenz zwischen Arbeits- und Gegenelektrode. Ab einem bestimmten Punkt ist das maximale Zellpotential erreicht und kann nicht weiter erhöht werden.

Das bedeutet, dass das Potential der Arbeitselektrode möglicherweise nicht mehr korrekt ist, da der korrekte Strom nicht mehr durch die Gegenelektrode fließen kann. Der Potentiostat hat seine Compliance-Spannung erreicht. Das Potential der Arbeitselektrode bleibt auf dem letzten Wert stehen, den es erreichen konnte.

Bei DPV oder SWV bedeutet dies, dass das Differential 0 ist und die Kurve daher einen plötzlichen Stromabfall zeigt und bei 0 bleibt. In einem zyklischen Voltammogramm ist das Erreichen der Konstantspannung deutlich sichtbar. Das konstante Potential führt zu einem Strom, der der Cottrell-Gleichung folgt:

Die Darstellung des Stroms in Abhängigkeit von der Zeit zeigt deutlich, dass der Strom eine zeitliche Abhängigkeit aufweist, wie sie durch die Cottrell-Gleichung beschrieben wird, anstatt der erwarteten Potentialabhängigkeit.

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Compliance-Spannung pro Gerät

Die Nachgiebigkeitsspannung ist je nach Gerät unterschiedlich. In dieser Übersicht können Sie die Geräte vergleichen.

Beachten Sie, dass das EmStat-Pico-Modul dieselbe Compliance-Spannung aufweist wie die Potentiostaten der Sensit-Serie.