क्लोराइड आयनों के गतिशील विद्युत मापन
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
एक क्लोराइड आयन एक एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के संक्रमण का समय माप के आधार पर सेंसर प्रस्तुत किया है। उद्देश्य इलेक्ट्रोलाइट में क्लोराइड आयनों की लंबे समय तक निरंतर निगरानी के दौरान निहित drifts से बचना है। Chronopotentiometric माप, एक एजी / AgCl इलेक्ट्रोड की है जो एक गतिशील माप दृष्टिकोण है, इस उद्देश्य के लिए प्रयोग किया जाता है। यहाँ एक एजी / AgCl इलेक्ट्रोड की क्षमता के परिवर्तन की दर एक प्रोत्साहन (galvanostatic नाड़ी) के दौरान मापा जाता है। इस दृष्टिकोण का लाभ तरल जंक्शन संदर्भ इलेक्ट्रोड eluding और बदले में एक छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में किसी भी धातु के तार का उपयोग, इसलिए लंबी अवधि (वर्ष) के लिए सीएल आयनों एकाग्रता का पता लगाने की अनुमति देकर और इस तरह के रूप में सीटू के आवेदन, प्रदर्शन किया है कंक्रीट संरचनाओं के अंदर माप।
कंक्रीट संरचनाओं में क्लोराइड आयनों गिरावट 1,2 के प्रमुख कारणों में से एक है। यह सुदृढीकरण स्टील में एक जंग खड़ा शुरू कीसंरचना 3 के अंतिम विफलता में एन डी का परिणाम है। इसलिए, ठोस में सीएल आयनों को मापने के लिए एक संरचना 4,5 की सेवा के जीवन और रखरखाव चक्र भविष्यवाणी करने के लिए अनिवार्य है। विभिन्न संवेदन सिद्धांतों ऐसे विद्युत 6,7, 8,9 ऑप्टिकल और विद्युत चुम्बकीय 10,11 के रूप में ठोस क्लोराइड आयन माप के लिए सूचित किया गया है। हालांकि, ऑप्टिकल और विद्युत तरीकों भारी setups है, एक खड़े अकेले प्रणाली के रूप में एकीकृत और चयनात्मकता 12 के साथ मुद्दों के लिए मुश्किल हो जाता है। विद्युत तकनीक में, एक एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के potentiometric माप कला दृष्टिकोण 6,7,13 की स्थिति है। आशाजनक परिणाम के बावजूद, इस दृष्टिकोण से दोषपूर्ण डेटा 14,15 में संदर्भ क्षमता और प्रसार संभावित ड्रॉप परिणामों में drifts के बाद से प्रयोगशाला पैमाने पर माप तक सीमित है। एक संक्रमण का समय गतिशील विद्युत माप (डीईएम) पर आधारित दृष्टिकोण के कारण संभावित समस्या को कम कर सकता है16 बहाव।
डीईएम में, एक आवेदन प्रोत्साहन के लिए एक प्रणाली की प्रतिक्रिया 17-19 मापा जाता है। एक ऐसी प्रणाली का उदाहरण chronopotentiometry है। यहाँ एक आवेदन वर्तमान नाड़ी एक प्रोत्साहन इलेक्ट्रोड सतह के पास आयनों घट के रूप में प्रयोग किया जाता है और इसी संभावित प्रतिक्रिया मापा जाता है। एक एजी / AgCl इलेक्ट्रोड पर एक anodic वर्तमान एक faradaic प्रतिक्रिया शुरू की (एजी + सीएल 
AgCl + E) इलेक्ट्रोड सतह के पास सीएल आयनों की कमी हो जाती है। संभावित परिवर्तन वर्तमान लागू की एक समारोह में 12,20 और इलेक्ट्रोलाइट (चयनात्मक) आयनों की एकाग्रता है। पल इन आयनों इलेक्ट्रोड के पास पूरी तरह से ख़ाली संभावित उगता के परिवर्तन की दर तेजी से सतह, एक मोड़ बिंदु 21 दे रही है। संभावित समय प्रतिक्रिया वक्र (chronopotentiogram) पर मोड़ बिंदु संक्रमण का समय पता चलता है और से निर्धारित किया जा सकतासंभावित प्रतिक्रिया 22 के पहले व्युत्पन्न की अधिकतम। संक्रमण का समय आयन एकाग्रता की एक विशेषता है। यह दृष्टिकोण अलग आयनों एकाग्रता 17 और इलेक्ट्रोलाइट्स 23,24 का पीएच निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया गया है। एक काम कर इलेक्ट्रोड के रूप में एक एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के मामले में (जो वर्तमान के लिए लागू किया जाता है) से घट आयनों क्लोराइड आयनों 17 हो जाएगी। इसलिए इसके संक्रमण समय अपनी एकाग्रता का निर्धारण करेगा मापने।
Protocol
Representative Results
Discussion
संक्रमण का समय मोड़ना का क्षण है; यह संदर्भ संभावित यानी, संदर्भ इलेक्ट्रोड का सैद्धांतिक रूप से स्वतंत्र है। इसलिए किसी भी धातु के तार संक्रमण का समय मापन के लिए एक छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप मे…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
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 |
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