Dinámica electroquímico Medición de cloruro de iones

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

Se presenta un sensor de iones de cloruro basado en la medición del tiempo de transición de un electrodo Ag / AgCl. El objetivo es evitar las derivas inherentes durante el seguimiento a largo plazo continuo de los iones cloruro en el electrolito. medición Chronopotentiometric, que es un método de medición dinámica, de un electrodo de Ag / AgCl se utiliza para este propósito. Aquí una tasa de cambio de potencial de un electrodo de Ag / AgCl se mide durante un estímulo (pulso galvanostático). La ventaja de este enfoque se demuestra por eludir el electrodo de referencia de unión líquida y en lugar de usar cualquier alambre de metal como un electrodo de pseudo-referencia, por lo tanto permitiendo la detección de Cl concentración iones de largo plazo (años) y en aplicaciones in situ, tales como medición en el interior de estructuras de hormigón.

Los iones cloruro en las estructuras de hormigón es una de las principales causas de la degradación de ^1,2. Inicia la corrosión por picadura en el refuerzo de acero de unaResultados de ND en el fracaso final de la estructura ^3. Por lo tanto, la medición de iones de Cl en concreto es inevitable para predecir el ciclo de vida de servicio y mantenimiento de un ^4,5 estructura. Diferentes principios de detección han sido reportados para la medición de iones cloruro en el hormigón como electroquímica ^{6,7, 8,9} y óptica electromagnética ^10,11. Sin embargo, los métodos ópticos y electromagnéticos tienen configuraciones voluminosos, son difíciles de integrar como un sistema autónomo y tienen problemas con la selectividad ^12. En técnica electroquímica, la medición potenciométrica de un electrodo Ag / AgCl es el estado de la ^6,7,13 enfoque de la técnica. A pesar de los resultados prometedores, este enfoque se limita a la medición a escala de laboratorio desde las derivas en el potencial de referencia y los resultados de caída de potencial de difusión en datos defectuosos ^14,15. Un enfoque tiempo de transición basado en la medición electroquímica dinámico (DEM) podría aliviar el problema debido al potencial¹⁶ la deriva.

En el DEM, la respuesta de un sistema a un estímulo aplicado se mide ^17-19. El ejemplo de tal sistema es cronopotenciometría. Aquí un impulso de corriente aplicada se utiliza como un estímulo ozono iones cerca de la superficie del electrodo y se mide la respuesta de potencial correspondiente. Una corriente anódica en un electrodo de Ag / AgCl inicia una reacción farádica (Ag + Cl AgCl + e) ​​lo que resulta en un agotamiento de los iones Cl cerca de la superficie del electrodo. El cambio de potencial es una función de la corriente aplicada y la concentración de los iones (selectivos) en el ^12,20 electrolito. En el momento en que estos iones se agotan por completo cerca de la superficie del electrodo de la tasa de cambio de los potenciales aumentos rápidamente, dando un punto de inflexión ^21. El punto de inflexión en la curva de respuesta en tiempo potencial (chronopotentiogram) muestra el tiempo de transición y puede determinarse a partir delmáximo de la primera derivada de la respuesta de potencial ^22. El tiempo de transición es una característica de la concentración de iones. Este enfoque ha sido utilizado para determinar diferentes iones concentración ¹⁷ y el pH de electrolitos ^23,24. En el caso de un electrodo de Ag / AgCl como un electrodo de trabajo (a la que se aplica corriente) los iones agotan serán iones cloruro ^17. Por lo tanto, la medición de su tiempo de transición va a determinar su concentración.

Protocol

1. fabricación de chips Nota: El chip consta de un electrodo Ag / AgCl de trabajo (WE), un electrodo de pseudo-referencia Ag / AgCl (pseudo-RE) y un contraelectrodo de platino en un chip de vidrio. El metal de plata se deposita en un chip de vidrio, utilizando procesos estándar de sala blanca 16. Se clorurada entonces en solución M FeCl 3 0,1 durante 30 s para formar una capa de AgCl sobre la superficie. El Ag / AgCl WE (área = 9,812 mm 2) está situado en …

Representative Results

El electrodo de Ag / AgCl se fabrica en un chip de vidrio (Figura 1) utilizando un proceso de sala limpia estándar. Se utilizó la configuración de la medición chronopotentiometric (Figura 2) y la respuesta se midió usando un potenciostato. Para observar el efecto de la concentración de iones de Cl en el tiempo de transición, las soluciones que contienen 4, 5 y 6 mM de Cl iones en un 0,5 M de KNO3 fondo se miden (Figura 3).</stro…

Discussion

El tiempo de transición es el momento de inflexión; teóricamente es independiente del potencial de referencia, es decir, el electrodo de referencia. Por tanto, cualquier alambre de metal se puede utilizar como un electrodo de pseudo-referencia para mediciones de tiempo de transición. En contraste con la medición potenciométrica existente de iones cloruro en el hormigón este método permite a un largo plazo y la calibración de medición libre. Además, la sensibilidad y el rango de detección de la conce…

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