Dinâmica eletroquímico Medição de íons cloreto

Summary

Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.

Abstract

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver chloride electrode is used extensively for potentiometric measurement of chloride ions concentration in electrolyte. In this measurement, long-term and continuous monitoring is limited due to the inherent drift and the requirement of a stable reference electrode. We utilized the chronopotentiometric approach to minimize drift and avoid the use of a conventional reference electrode. A galvanostatic pulse is applied to an Ag/AgCl electrode which initiates a faradic reaction depleting the Clˉ ions near the electrode surface. The transition time, which is the time to completely deplete the ions near the electrode surface, is a function of the ion concentration, given by the Nernst equation. The square root of the transition time is in linear relation to the chloride ion concentration. Drift of the response over two weeks is negligible (59 µM/day) when measuring 1 mM [Clˉ]using a current pulse of 10 Am^-2. This is a dynamic measurement where the moment of transition time determines the response and thus is independent of the absolute potential. Any metal wire can be used as a pseudo-reference electrode, making this approach feasible for long-term measurement inside concrete structures.

Introduction

Um sensor de iões cloreto com base na medição do tempo de transição de um eléctrodo de Ag / AgCl é apresentada. O objectivo é evitar os desvios inerentes durante a monitorização em contínuo a longo prazo dos iões de cloreto no electrólito. medição cronopotenciometria, que é uma abordagem dinâmica de medição, de um eléctrodo de Ag / AgCl é utilizado para esta finalidade. Aqui, uma taxa de variação do potencial de um eléctrodo de Ag / AgCl é medida durante um estímulo (pulso galvanostático). A vantagem desta abordagem é demonstrada por evitar o eléctrodo de referência líquida de junção e, em vez de usar qualquer fio de metal como um eléctrodo de pseudo-referência, portanto, permitindo a detecção de Cl concentração de iões para a longo prazo (anos) e em aplicações in situ, tal como medição dentro de estruturas de concreto.

Os iões cloreto em estruturas de betão é uma das principais causas de degradação ^1,2. Ele inicia corrosão localizada no reforço de aço and resultados na falha final da estrutura ^3. Portanto, medir iões Cl no concreto é inevitável para prever o ciclo de vida de serviço e manutenção de um ^4,5 estrutura. Princípios de Detecção diferentes foram relatados para a medição de iões de cloreto no concreto, como eletroquímica ^{6,7, 8,9 e} óptica eletromagnética ^10,11. No entanto, métodos ópticos e eletromagnéticos têm configurações volumosos, são difíceis de integrar como um sistema stand-alone e têm problemas com seletividade ^12. Na técnica electroquímica, medição potenciométrica de um eléctrodo de Ag / AgCl é o estado da arte ^6,7,13 abordagem. Apesar dos resultados promissores, esta abordagem é limitada a medição em escala de laboratório uma vez que os desvios no potencial de referência e de difusão de resultados potenciais de queda em dados falhos ^14,15. Uma abordagem tempo de transição com base na medição electroquímica dinâmico (DEM) pode aliviar o problema devido ao potencialderiva ^16.

No DEM, a resposta do sistema a um estímulo aplicado é medido ^17-19. O exemplo de um tal sistema é cronopotenciometria. Aqui, um impulso de corrente aplicada é utilizada como um estímulo esgotar iões perto da superfície do eléctrodo e o potencial de resposta correspondente é medida. Uma corrente anódica a um eléctrodo de Ag / AgCl inicia uma reacção faradaica (Ag + Cl AgCl + E), resultando em uma depleção de íons Cl perto da superfície do eletrodo. O potencial alteração é uma função da corrente aplicada e a concentração dos iões (selectivos) do electrólito ^12,20. No momento em que estes íons esgotar completamente perto do eletrodo de superfície a taxa de mudança de potenciais aumenta rapidamente, dando um ponto de inflexão ^21. O ponto de inflexão sobre a curva de resposta em tempo potencial (chronopotentiogram) mostra o tempo de transição e pode ser determinada a partir damáximo da primeira derivação do potencial de resposta ^22. O tempo de transição é uma característica da concentração iónica. Esta abordagem tem sido usada para determinar a concentração diferentes iões ¹⁷ e o pH de electrólitos ^23,24. No caso de um eléctrodo de Ag / AgCl como um eléctrodo de trabalho (em que a corrente é aplicada) os iões esgotam será iões cloreto ^17. Portanto medir o seu tempo de transição irá determinar a sua concentração.

Protocol

1. fabricação de chips Nota: O chip é constituído por um eléctrodo de Ag / AgCl de trabalho (WE), um eléctrodo de pseudo-referência de Ag / AgCl (RE-pseudo) e um contra-eléctrodo de platina sobre um chip de vidro. O metal de prata é depositado sobre um chip de vidro, utilizando os processos de 16 sala limpa padrão. Em seguida, é chloridized em M FeCl3 solução de 0,1 durante 30 segundos para formar uma camada de AgCl sobre a superfície. O Ag / AgCl WE (área …

Representative Results

O eléctrodo de Ag / AgCl é fabricado num chip de vidro (Figura 1) usando um processo padrão de salas limpas. A configuração de medição cronopotenciometria (Figura 2) foi usada e a resposta foi medida usando um potenciostato. Para observar o efeito da concentração de iões Cl no tempo de transição, soluções contendo 4, 5 e 6 mM de Cl íons em uma KNO 0,5 M 3 fundo são medidos (Figura 3). A curva de calibração da…

Discussion

O tempo de transição é o momento de inflexão; é teoricamente independente da isto é, potencial de referência, o eléctrodo de referência. Por conseguinte, qualquer fio metálico pode ser utilizado como um eléctrodo de pseudo-referência para medições de tempo de transição. Em contraste com a medição potenciométrica existente de iões cloreto no betão este método permite que a longo prazo e calibração da medição livre. Além disso, a sensibilidade e a gama de detecção de concentr…

Materials

Platinum wire (≥99.99% trace metals)	Sigma Aldrich, the Netherlands	EP1330-1EA
Potassium chloride (BioXtra, ≥99.0%)	Sigma Aldrich, the Netherlands	P9333-500G
Potassium hydroxide (90% pure reagent grade)	Sigma Aldrich, the Netherlands	484016-1KG
Ferric chloride	Sigma Aldrich, the Netherlands	451649-1G
potassium nitrate (> 99% reagent grade)	Sigma Aldrich, the Netherlands	P6083-500G
Ag/AgCl liquid junction reference electrode	BASi, USA	model MF-2079
VSP potentiostat	Biologic Science Instruments, France	VSP 300
Steel wire	Microlab TU Delft
Silver wire	Sigma Aldrich, the Netherlands