Dynamic électrochimique Mesure des ions chlorure

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

Un capteur d'ions chlorure par rapport à la mesure du temps de transition d'une électrode Ag / AgCl est présentée. Le but est d'éviter les dérives inhérentes au cours de la surveillance continue à long terme des ions chlorure dans l'électrolyte. Chronopotentiometric mesure, qui est une méthode de mesure dynamique, d'une électrode Ag / AgCl est utilisé à cet effet. Ici, un taux de variation du potentiel d'une électrode Ag / AgCl est mesurée pendant une impulsion (impulsion galvanostatique). L'avantage de cette approche est démontrée en éludant l'électrode de référence liquide jonction et à la place utiliser un fil métallique comme électrode pseudo-référence, permettant ainsi la détection de CL concentration des ions de long terme (années) et dans des applications in situ, comme mesure à l'intérieur de structures en béton.

Les ions chlorure dans les structures en béton est l'une des principales causes de la dégradation de ^1,2. Il initie la corrosion par piqûres dans le renforcement en acier d'unrésultats ème à l'échec final de la structure ^3. Par conséquent, la mesure des ions Cl dans le béton est inévitable de prévoir le cycle de vie du service et la maintenance d'une structure ^4,5. Des principes de détection différents ont été rapportés pour la mesure des ions chlorures dans le béton comme électrochimique ^{6,7, 8,9} optique et électromagnétique ^10,11. Cependant, les méthodes optiques et électromagnétiques ont des configurations volumineuses, sont difficiles à intégrer en tant que système autonome et avoir des problèmes avec la sélectivité ^12. Dans la technique électrochimique, la mesure potentiométrique d'une électrode Ag / AgCl est l'état de la ^6,7,13 d'approche de l'art. Malgré des résultats prometteurs, cette approche est limitée à la mesure l'échelle du laboratoire depuis les dérives de potentiel de référence et de diffusion des résultats de baisse potentielle des données erronées ^14,15. Une approche de temps de transition basée sur la mesure électrochimique dynamique (DEM) pourrait atténuer le problème en raison du potentieldériver ^16.

Dans le DEM, la réponse d'un système à un stimulus appliqué est mesurée ^17-19. L'exemple d'un tel système est la chronopotentiométrie. Ici, une impulsion de courant appliquée est utilisée comme stimulus d'appauvrissement d'ions à proximité de la surface de l'électrode et la réponse mesurée est le potentiel correspondant. Un courant anodique à une électrode Ag / AgCl initie une réaction faradique (Ag + cl AgCl + e) ​​qui entraîne une diminution des ions Cl près de la surface de l'électrode. La variation de potentiel est fonction du courant appliqué et de la concentration des ions sélectifs ^(12,20) dans l'électrolyte. Le moment où ces ions épuiser complètement proximité de l'électrode de surface le taux de variation de la hausse potentiels rapidement, donnant un point ²¹ d'inflexion. Le point sur la courbe de réponse en temps potentiel (chronopotentiogramme) inflexion indique le temps de transition et peut être déterminée à partir de lamaximale de la première dérivée de la réponse potentielle ^22. Le temps de transition est une caractéristique de la concentration en ions. Cette approche a été utilisée pour déterminer la concentration des ions différents ¹⁷ et le pH des électrolytes ^23,24. Dans le cas d'une électrode Ag / AgCl en tant qu'électrode de travail (dans laquelle le courant est appliqué) appauvrissant les ions seront ions chlorure ^17. mesure donc sa date de transition permettra de déterminer sa concentration.

Protocol

1. Fabrication Chip Remarque: La puce est constituée d'une électrode Ag / AgCl de travail (WE), une électrode de pseudo-référence Ag / AgCl (pseudo-RE) et une contre-électrode en platine sur une puce en verre. Le métal argent est déposé sur une lame de verre, en utilisant salle blanche norme traite 16. Il est ensuite chloruré dans 0,1 M de solution de FeCl3 pendant 30 secondes pour former une couche sur la surface AgCl. Ag / AgCl WE (aire = 9,812 mm 2)<…

Representative Results

L'électrode Ag / AgCl est fabriqué sur une puce en verre (figure 1) en utilisant un processus de salle blanche standard. La configuration de mesure chronopotentiometric (figure 2) a été utilisé et la réponse a été mesurée en utilisant un potentiostat. Pour observer l'effet de la concentration en ions Cl sur la période de transition, des solutions contenant 4, 5 et 6 mM de Cl ions à 0,5 M KNO3 fond sont mesurées (Fig…

Discussion

Le temps de transition est le moment de flexion; il est théoriquement indépendant du ie potentiel de référence, l'électrode de référence. Par conséquent, tout fil métallique peut être utilisé comme une électrode de pseudo-référence pour les mesures de temps de transition. Contrairement à la mesure potentiométrique existant d'ions chlorures dans le béton ce procédé permet une longue durée et sans étalonnage mesure. En outre, la sensibilité et la plage de détection de concentration …

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