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.
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.
ويرد استشعار أيون كلوريد تقوم على قياس الفترة الانتقالية من القطب حج / أجكل. والهدف من ذلك هو تجنب الانجرافات المتأصلة خلال المراقبة المستمرة على المدى الطويل من أيونات الكلوريد في بالكهرباء. ويستخدم قياس Chronopotentiometric، وهو نهج القياس الحيوي، من القطب حج / أجكل لهذا الغرض. هنا يتم قياس معدل التغير في إمكانية قيام القطب حج / أجكل خلال التحفيز (نبض galvanostatic). وتتجلى ميزة هذا النهج الذي التملص القطب إشارة السائل تقاطع وبدلا من استخدام أي سلك معدني باعتبارها القطب الزائفة إشارة، وبالتالي السماح للكشف عن CL تركيز أيونات لفترة طويلة الأجل (سنة) وفي تطبيقات الموقع، مثل قياس داخل الهياكل الخرسانية.
أيونات الكلوريد في المنشآت الخرسانية هي واحدة من الأسباب الرئيسية لتدهور 1،2. أنه يبدأ تآكل تأليب في حديد التسليح لالنتائج ND في الفشل النهائي للهيكل 3. لذلك، وقياس أيونات الكلوريد في الخرسانة أمر لا مفر منه للتنبؤ دورة حياة الخدمة والصيانة من 4،5 هيكل. تم الإبلاغ عن مبادئ الاستشعار المختلفة لقياس أيون الكلوريد في الخرسانة مثل الكهروكيميائية 6،7، 8،9 البصرية والكهرومغناطيسية 10،11. ومع ذلك، وسائل بصرية والكهرومغناطيسية ديك الاجهزة الضخمة، من الصعب دمج كنظام مستقل ولديك مشاكل مع الانتقائية 12. في تقنية الكهروكيميائية، وقياس الجهدية من القطب حج / أجكل هو حالة 6،7،13 نهج الفن. وعلى الرغم من نتائج واعدة، وهذا النهج يقتصر على قياس مختبر النطاق منذ الانجرافات في إمكانية المرجعية ونشر النتائج انخفاض المحتملة في البيانات الخاطئة 14،15. نهج الفترة الانتقالية تقوم على قياس الكهروكيميائية الحيوي (ماركا) يمكن أن تخفف من مشكلة نظرا لاحتمالاتالانجراف 16.
في ماركا، يتم قياس استجابة النظام لحافز تطبيق 17-19. على سبيل المثال من هذا النظام هو chronopotentiometry. هنا يتم استخدام نبض الحالية المطبقة كحافز المستنفدة أيونات بالقرب من سطح القطب ويتم قياس الاستجابة المحتملة المقابلة. تيار انوديك في القطب حج / أجكل يبدأ رد فعل faradaic (حج + CL أجكل + E) مما أدى إلى استنزاف أيونات الكلور بالقرب من سطح القطب. التغيير المحتمل هو وظيفة من التيار التطبيقية وتركيز أيونات (الانتقائية) في 12،20 بالكهرباء. لحظة هذه الأيونات تستنزف تماما بالقرب من القطب سطح معدل التغير من الارتفاعات المحتملة بسرعة، وهو ما يعطي نقطة انعطاف 21. نقطة انعطاف على منحنى استجابة لمرة والمحتملين (chronopotentiogram) ويظهر في الوقت التي تمر بمرحلة انتقالية ويمكن تحديدها منالحد الأقصى للمشتقات الأولى من الاستجابة المحتملة 22. الفترة الانتقالية هو سمة من تركيز أيون. وقد استخدم هذا الأسلوب لتحديد أيونات مختلفة تركيز 17 ودرجة الحموضة من الشوارد 23،24. في حالة وجود القطب حج / أجكل باعتباره القطب العمل (التي الحالي يتم تطبيق) وأيونات أوزون يكون أيونات الكلوريد (17). وبالتالي قياس الوقت انتقالها ستحدد تركيزه.
الساعة الانتقالية لحظة انعطاف. أنها مستقلة من الناحية النظرية من أي المحتملين إشارة، فإن القطب المرجع. لذا فإن أي سلك معدني يمكن استخدام القطب شبه مرجعية لقياس الفترة الانتقالية. وعلى النقيض من قياس الجهدية القائمة أيونات الكلوريد في الخرسانة يتيح هذا الأ?…
The authors have nothing to disclose.
This work is a part of the STW project “Integral solution for sustainable construction (IS2C, Fleur van Rossem for her support during the chip fabrication, Justyna Wiedemair for the chip design and Allison Bidulock for her support during the manuscript preparation.
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 |