Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Dynamisk elektrokemisk mätning av kloridjoner

Published: February 5, 2016 doi: 10.3791/53312
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1BIOS-Lab on a chip group, MESA+ Institute of Nanotechnology, MIRA Biomedical Technology and Technical Medicine, University of Twente

Introduction

En kloridjon sensor baserad på övergångstiden mätning av en Ag / AgCl-elektrod presenteras. Syftet är att undvika de inneboende drivor under den långsiktiga kontinuerlig övervakning av kloridjoner i elektrolyten. Chronopotentiometric mätning, som är en dynamisk mätning tillvägagångssätt, av en Ag / AgCl-elektrod används för detta ändamål. Här en ändringshastighet av potentialen hos en Ag / AgCl-elektrod mäts under en stimulus (galvanostatisk puls). Fördelen med detta tillvägagångssätt framgår av undkommer vätska-korsning referenselektrod och istället använda någon metalltråd som en pseudoreferenselektrod, därför tillåter detektion av Cl-joner koncentrationen för långsiktiga (år) och i applikationer situ, såsom mätning inuti betongkonstruktioner.

Kloridjoner i betongkonstruktioner är en av de främsta orsakerna till 1,2 nedbrytning. Det initierar punktfrätning i armeringen stålet ennd resultat i den slutliga misslyckande strukturen 3. Därför mäter Cl-joner i betong är oundvikligt att förutsäga livslängden och underhållscykel av en struktur 4,5. Olika sensorprinciper har rapporterats för kloridjoner mätning i betong såsom elektro 6,7, optisk 8,9 och elektromagnetiska 10,11. Men optiska och elektromagnetiska metoder har skrymmande uppställningar, är svåra att integrera som ett fristående system och har problem med selektivitet 12. I elektrokemisk teknik, är potentiometrisk mätning av en Ag / AgCl elektroden toppmoderna strategi 6,7,13. Trots lovande resultat, är denna metod begränsad till laboratorieskala mätning eftersom drivorna i referensspänning och diffusion spänningsfall resulterar i felaktiga uppgifter 14,15. En övergångstiden strategi som bygger på den dynamiska elektrokemiska mätningen (DEM) kunde lindra problem på grund av potentiellaglida 16.

I DEM, är ett systems svar på en applicerad stimulus mäts 17-19. Exemplet med ett sådant system är kronopotentiometri. Här en pålagd strömpuls används som en stimulus nedbrytande joner nära elektrodytan och den motsvarande potentiella respons mäts. En anodströmmen på en Ag / AgCl-elektrod initierar en faradisk reaktion (Ag + Cl Figur 1 AgCl + e) ​​vilket resulterar i en utarmning av Cl-joner nära elektrodytan. Den potentiella förändringen är en funktion av den pålagda strömmen och koncentrationen av de (selektiva) joner i elektrolyten 12,20. Det ögonblick dessa joner bryter helt nära elektrodytan ändringshastigheten av potentiella stiger snabbt, vilket ger en inflexionspunkt 21. Inflektionspunkten på svarskurvan potentialtiden (chronopotentiogram) visar tids övergång och kan bestämmas frånmaximum av den första derivatan av den potentiella svaret 22. Övergångstiden är ett kännetecken för jonkoncentrationen. Denna metod har använts för att bestämma olika joner koncentration 17 och pH av elektrolyter 23,24. I händelse av en Ag / AgCl-elektrod som en arbetselektrod (till vilken ström matas) den tilländalöpande jonerna kommer att vara kloridjoner 17. Därför mäta dess övergångstiden kommer att bestämma dess koncentration.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Chip Fabrication

Notera: Chipet består av en Ag / AgCl arbetselektrod (WE), en Ag / AgCl pseudoreferenselektrod (pseudo-RE) och en platina motelektrod på ett glaschip. Silvret metallen avsattes på ett glaschip med användning av standard renrum processer 16. Det är sedan chloridized i 0,1 M FeCl3-lösning under 30 sekunder för att bilda ett AgCl skikt över ytan. Ag / AgCl WE (area = 9,812 mm 2) är beläget i centrum, omgivet av Ag / AgCl pseudo-RE som visas i figur 1.

  1. Deponera silvermetall på glas för att bilda en plan silverelektrod. Steg-för-steg-chip tillverkning i renrum ges på följande sätt:
    1. Litografi
      1. För rån rengöring, sänk glasskivan först i konc. HNO3 bad för avlägsnande av vilken som helst organisk kontaminering och därefter in i en M KOH för att rengöra ytan.
      2. Tillämpa en positiv fotoresist (200 nm tjockt) påskiva genom rotationsbeläggning och Prebake resisten vid 95 ° C under 15 min.
      3. Utsätta skivan för UV-ljus under 5 sekunder genom en glasmask.
      4. Utveckla fotoresisten i framkallningslösningen. Detta kommer att utsätta området för glas där elektroder kommer att deponeras och det återstående området kommer att täckas av den oexponerade resisten.
    2. glas etsning
      1. Doppa den utvecklade glasplattan i KOH badet för att etsa det exponerade området av glaset.
    3. Metal Deposition (Sputtring)
      1. Insättning silvermetall på den exponerade glasytan.
        1. Första insättning en 20 nm titan (Ti) skikt (genom förstoftning) såsom ett vidhäftningsskikt för glas.
        2. Därefter deponera 70 nm palladium (Pd) skikt (genom förstoftning) som en diffusionsbarriär mellan silver och Ti.
        3. Slutligen sätter 500 nm av silvermetall. Detta är tjockleken hos den avsatta metallen. Det område av arbetselektroden är 4 mm 2.
        4. Ta bort remaining motstå med lift-off process i ett acetonbad.
      2. Tärna rånet i enda chip storlek. Chipet är nu färdig att chloridized att bilda en on-chip Ag / AgCl-elektrod.
  2. Placera chip i en egenutvecklade Polytetrafluoreten chipshållaren, som visas i figur 1. Hållaren ger enkel elektriska anslutningar via tryck stift (eller fjäderbelastade stift) och innehåller en elektrokemisk cell.
  3. Chloridize silverelektroden för att bilda en Ag / AgCl-elektrod på chipet. För det, häll 0,1 M FeCl3-lösning i cellen för 30 sek. eller tills silverfärgad av elektroden blir mörkt grå. Längre nedsänkning är inte kritisk, medan kortare nedsänkningstid kan leda till någon avsättning av Ag / AgCl.
  4. Skölj chip med avjoniserat vatten för att rengöra den återstående FeCl3 .Det chip är nu redo att användas för chronopotentiometric mätning.

2. Elektrolyt Framställning

Obs: De elektrolyter framställdes med olika koncentrationer av kaliumklorid i 0,5 M KNO3.

  1. Förbered 50 ml 50 mM KCl elektrolyt stamlösning (0,186 g KCl i 50 ml lösning).
  2. I samma lösning till 2,52 g KNO 3 för att bilda en 0,5 M KNO3 bakgrund elektrolyt.
  3. Bibehålla start koncentrationen av klorid till noll och KNO3 till 0,5M med andra ord lägga 2,52 g KNO 3 i en 50 ml avjoniserat vatten.
  4. Lägg 50 mM KCl för att öka kloridjonkoncentration (från 1 mM till 6 mM) av elektrolyten, systematiskt, såsom visas i de följande stegen.
    1. Tillsätt 100 pl av 50 mM KCl in i en 4,9 ml av 0,5 M KNO 3 för att få en mM [Cl].
    2. Lägg 104 ul av 50 mM KCl-lösning in i lösningen från steg 2.4.1 för att få 2 mM [Cl].
    3. Lägg 108.41 pl av 50 mM KCl-lösning i solution i steg 2.4.2 att få 3 mM [cl].
    4. Lägga 113.19 pl av 50 mM KCl-lösning in i lösningen från steg 2.4.3 för att få 4 mM [Cl].
    5. Lägga 118.2 pl av 50 mM KCl-lösning in i lösningen från steg 2.4.4 för att få 5 mM [Cl].
    6. Lägga 123,3 pl av 50 mM KCl-lösning in i lösningen från steg 2.4.5 för att få 6 mM [Cl].

3. Experimentell Setup

Notera: Mätningarna utfördes med användning av en potentiostat (Biologic Science Instruments, Frankrike).

  1. Placera chip i chipshållaren och anslut motsvarande terminal potentiostat.
  2. Anslut arbetselektroden terminal av potentiostat till Ag / AgCl-elektrod.
  3. Ansluta referenselektroden terminalen av potentiostaten till en annan Ag / AgCl-elektrod.
  4. Ansluta motelektroden terminal av potentiostat till platinaelektroden.
  5. Placera complete experimentet i en Faradays bur för att undvika omgivande ljud.

4. Instrument Operativa inställningar

Anmärkning: De driftsparametrar för den elektrokemiska cellen styrs via användargränssnittet för potentiostaten. Den potentiella svaret av Ag / AgCl WE under en pålagd strömpuls mäts för olika koncentrationer av kloridjon.

  1. I potentiostat program, öppna tekniken kronopotentiometri och ställa in driftparametrar.
    1. Ange följande parameter i enlighet med kraven:
      1. Strömmen (I s)
      2. Tiden för pålagd ström (t r)
    2. Starta denna teknik genom att klicka på play-knappen i potentiostat programmet.
      Obs: potentiostat Programmet visar den potentiella svaret som en funktion av tiden under den pålagda strömpulsen.

5. Mätningar och data analysis

  1. Rita kalibreringskurvan av övergångstiden vs. cl jonkoncentration i elektrolyten.
    1. Ändra cL koncentrationen i KCl elektrolyt, systematiskt.
      1. Starta mätningen med 5 ml 1 mM KCl med 0,5 M KNO3 bakgrund elektrolyt i den elektrokemiska cellen.
      2. Starta chronopotentiometric experimentet med hjälp av potentiostat och applicera en ström på 10 mA / cm -2 för 10 sek och lagra data.
      3. Systematiskt ändra koncentrationen till 6 mM med 1 mM steg och upprepa mätningarna.
    2. Lagra mätdata som a.mpt fil och analysera datafilen i databearbetningsprogram.
      1. Analysera data med användning av en in-house program utvecklat databehandling för att beräkna den första derivatan av den potentiella svaret och beräkna toppen av den första derivatan. Toppen av den första derivatan är övergångstiden.
        Obs: Den fullständiga torskIng av databehandling program ges i kompletterande information av Abbas et al., 2014.
    3. Upprepa mätningen tre gånger med intervall om en timme vardera.
    4. Öppna alla datafiler i databehandlingsprogram och beräkna övergångstiden för varje mätning. Detalj steg i övergångstiden beräkningen nedan:
      1. Rita potentialskillnaden mot tiden erhållits från datafilerna i chronopotentiometric mätning.
      2. Beräkna den första derivatan av den potentiella svaret.
      3. Indikerar maximum av den första derivatan och tiden för den. Tiden för den högsta av första derivatan är övergångstiden.
    5. I kalibreringskurvan, plotta kvadratroten av tiden övergången med avseende på koncentrationen av Cl-joner.
    6. Längs mätdata rita den teoretiska kurvan baserad på Sand ekvation 25. Beräkna tillbaka spridningen Coefficient från data tomten.
      1. I mätdata tomten mellan övergångstiden och [Cl] vidta någon punkt på linjen och registrera värdet av övergångstiden och [Cl]. Sand ekvation ges som:
        τ = (FC * / 2j (1-t Cl -)) 2 Dπ
        Här, är C * bulk CL jonkoncentration, F är Faradays konstant, j är strömtätheten, t Cl - är transportnummer och D är diffusionskoefficienten. Försumma t Cl - eftersom det närmar sig noll för högre bakgrunds elektrolytkoncentration.
      2. Den enda återstående variabeln i sanden ekvationen i diffusionskoefficienten; sätta värdet av övergångstiden, kloridjonen koncentrationen och den applicerade strömmen i Sand ekvationen blir värdet på diffusionskoefficienten.
  2. avdrift Mätning
    1. Häll 5 ml av 1 mM av kaliumklorid ielektrokemisk cell.
    2. I potentiostat, ställer den pålagda strömmen att vara 10:00 -2 och tid att vara 10 sek.
    3. Mäta potentialen svar i 2 veckor med tre mätning varje dag med ett intervall av 3 h mellan mätningarna.
    4. Uppdatera elektrolyten, det vill säga 1 mM KCI, varje dag innan du utför mätningarna.
    5. Rita övergångstiden under två veckor av mätningar. Förändringen i övergångstiden per dag är avdriften hos övergångs svarstiden.
  3. Effekt av pseudoreferenselektrod på mätningarna övergångstids
    Notera: Olika pseudo referenser såsom en Ag / AgCl-tråd, en platinatråd och en trådstål testas för att mäta tiden övergången.
    1. Häll 4 mM KCl elektrolyt i elektrokemisk cell.
    2. Använd Ag / AgCl som en pseudo-referenselektrod och anslut den till referenselektroden terminal potentiostat. På grund av anodisk strömpuls Cl & #713; joner utarmas nära Ag / AgCl arbetselektrod.
    3. Utför chronopotentiometric mätning genom applicering av en strömtäthet av 15 Am -2 för 10 sek.
    4. Upprepa mätningarna med platina som en pseudoreferenselektrod och registrera data.
    5. Upprepa mätningarna med stålstång som en pseudoreferenselektrod och registrera data.
    6. Rita den uppmätta övergångstiden för olika pseudo-referenselektroder används.
    7. Upprepa den fullständiga uppsättningen av mätning med 5 mM KCl och plotta övergångstiden med användning av olika pseudoreferenselektroder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ag / AgCl-elektrod är tillverkad på ett glaschip (figur 1) med användning av en standardrenrumsprocess. Den chronopotentiometric mätning setup (Figur 2) användes och svar mättes med en potentiostat. För att observera effekten av CL-jonkoncentration på övergångstiden är lösningar innehållande 4, 5 och 6 mM Cl joner i en 0,5 M KNO3 bakgrund mätas (figur 3). Kalibreringskurvan för kvadratroten av tiden övergången kontra Cl-jonkoncentration plottas tillsammans med teoretiska kurvan (Figur 4). Övergångstid svaret mättes i två veckor för att utvärdera tendensen i mätningen (Figur 5). Övergångstiden mäts i 4 och 5 mM Cl-jonkoncentration för olika pseudo-referenselektrod för att observera effekten av referenssystemet på övergångstiden (figur 6). Desortiment av strömtätheten över intervallet 1-6 mM [Cl] utvärderas från Sand ekvation (tabell 1).

Övergångstiden mättes i olika koncentrationer av Cl-joner, nämligen 4, 5 och 6 mM, såsom visas i figur 3. Motsvarande potentiella svaret är synlig tillsammans med dess första derivata. Topparna av de första derivat ger de övergångstider. Tidsögonblicket för toppen skiftar till högre värden med ökningen av [Cl]. Detta förväntas eftersom fler Cl joner närvarande i bulk elektrolyten innebär att det kommer att ta längre tid att helt tömma CL joner nära WE ytan. De uppmätta övergångstider för nämnda koncentrationer är 2,69, 4,28 och 5,92 sekunder, respektive.

Tidsmätningar övergångs kalibrerades mot den kända koncentrationen av kloridjoner. Mätdata ochdess linjär anpassning presenteras i fig 4. Kvadratroten av övergångstiden är i linjär korrelation till [Cl], som förutspåtts av sanden ekvation. Den skenbara diffusionskoefficienten av Cl-joner från uppmätta data visar sig vara 2,280 x 10 -9 m 2 sek -1, vilket är i god överensstämmelse med det teoretiska värdet, D = 2 x 10 -9 m 2 sek -1. Avvikelsen kan bero på osäkerheten i det aktuella densitetsvärdet tillskrivas förändrade ytan under strömpulsen. Dessutom avvikelsen är relativt större för högre koncentrationer, t ex, 7 mM. Detta tillskrivs den relativt stora tjockleken hos koncentrationsprofilen, vilket gör det mer känsligt för konvektion.

Den dynamiska karaktären av övergångstiden ger en drift fri mätning. För att analysera drift, övergångstiden för en mM Clmättes över två veckor, som visas i Figur 5. Det finns en nedåtgående trend i övergångstiden, 0,23 ms / dag (motsvarar 0,8 iM / dag), i linjär anpassning av data. Icke desto mindre är denna förändring små och kunde hänföras till handhavandefel, ändra Cl-jonkoncentration på grund av avdunstning, förändringen i skenbar strömtäthet och temperaturvariation över mätperioden. Det är därför svårt att ge ett konkret slutsats om avdriften hos sensorn; antingen det inte finns någon inneboende avdrift eller avdriften är relativt liten.

En annan aspekt av den dynamiska karaktären av övergångstiden mätning sin självständighet på ett referenssystem. Olika pseudo-referenser (en Ag / AgCl tråd, en platinatråd och en ståltråd) inrättades för att mäta övergångstiden för en Ag / AgCl-elektrod i 4 och 5 mM [cl]. Mätningarna visas i figur 6. För diverse pseudo REFERE NCE svaret inte förändras väsentligt, varierar övergångstiden inom 80 ms (± 75 | iM vid 4 och 5 mM Cl joner). Därför referenssystemet har ingen systematisk effekt; någon metalltråd kan ett användas som en pseudoreferenselektrod för mätning övergångstid.

Figur 1
Figur 1. Chloride sensorchipet tillsammans med den elektrokemiska cellen. (A) CL jonsensorn chip med Ag / AgCl-elektroder på ett glassubstrat och elektriska anslutningsdynor. Dimensionen av glaset chip är 15 x 20 mm 2, medan den exponerade arean i den elektrokemiska cellen är 78 mm 2. (B) Den fullständiga elektrokemiska cellen (chipshållaren) med den monterade chip. Mitten cirkulärt område visar det område av chipset exponerad för elektrolyten 16. 3312 / 53312fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att ladda ner filen.

figur 2
Figur 2. Schematisk av övergångstidsaspekt. (A) Schematisk bild av Cl jon detekterings strategi. Under en pålagd strömpuls på WE med avseende på en CE (ingår ej i denna figur), kloridjoner bryter på Ag / AgCl WE, vilket resulterar i den illustrerade Cl jon koncentrationsprofil. (B) Schematisk bild av den AV- och dΔV / dt svar. Den heldragna linjen (-) och den streckade linjen (-) representerar AV- och dΔV / dt, respektive. τ är den tid övergång och t är varaktigheten av den pålagda strömpulsen. Här, är t / τ förhållandet av den pålagda aktuella tiden och den tid övergång när t / τ = ​​1, CL joner vid ytan av arbetselektroden utarmar helt 16. https://www.jove.com/files/ftp_upload/53312/53312fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att ladda ner filen.

Figur 3
Figur 3. Övergångstidsmätningar. De chronopotentiograms (heldragen linje) och deras förstaderivatorna (streckad linje) av Ag / AgCl-elektrod med avseende på en annan Ag / AgCl pseudo-RE elektrod i lösningar av 4, 5 och 6 mM Cl joner. Bakgrunden elektrolyten är 0,5 M KNO3, är den pålagda strömpulsen 10:00 -2 och omgivningstemperaturen är 20,9 ° C. De högsta sluttningarna av potentiella svar indikeras av de streckade linjerna 16. Klicka här för att ladda ner filen.

/53312fig4.jpg "/>
Figur 4. Kalibreringskurva. En kalibreringskurva som visar kvadratroten av tiden övergången kontra cL jonkoncentrationen, i en 0,5 M KNO3 bakgrund elektrolyt. De cirkulära punkterna (o) är uppmätta data och den heldragna linjen (-) är linjär anpassning. Den streckade linjen (-) är den teoretiska kurvan från Sand ekvationen eq. (2). Den pålagda strömpulsen är 10:00 -2 och den omgivande temperaturen är 20,8 ° C. D och Da är de teoretiska och skenbara (mätt) diffusionskoefficienter respektive 16. Klicka här för att ladda ner filen.

figur 5
Figur 5. Drift analys. Efterföljande mätningar av övergångstiden under två veckor. Varje mätning utfördes emycket häromdagen, med 3 mätningar som görs varje dag och tre timmar mellan varje samma dag mätning. Elektrolyten innehåller 1 mM av Cl-joner i en 0,5 M KNO3 bakgrund och den pålagda strömpulsen är 10:00 -2. Datapunkter och linjär anpassning betecknas med (+) och en streckad linje, respektive 16. Klicka här för att ladda ner filen.

figur 6
Figur 6. Effekt av olika pseudo-referenselektroder. Uppmätt övergångstider med pseudo-RE består av en Ag / AgCl flytande korsningen RE, Ag / AgCl tråd, platinatråd och ståltråd. Den pålagda strömpulsen är 15 Am -2 och omgivningstemperaturen är 21,2 ° C. Här, + och o märken visar mätdata för fyra och 5 mM av Cl-joner i en 0,5 M KNO3bakgrund, respektive 16. Klicka här för att ladda ner filen.

[CL] intervallet
(mM) 		Strömtäthet, j
(Am -2) 		(j / C *) min
(A ∙ m ∙ mol-1) 		(j / C *) max
(A ∙ m ∙ mol-1) 		τ min
(s) 		τ max
(s)
1 till 6 10 1,66 10 0,146 5,26

Tabell 1. Den valda strömtäthet för en Clˉ jonkoncentration intervallet 1 till 6 mM, utvärderas från ekvation. (3). Motsvarande värden för förhållandet j / C och övergångstiden ges också 16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Övergångstiden är tidpunkten för böjnings; det är teoretiskt oberoende av referenspotentialen dvs referenselektroden. Därför varje metalltråd kan användas som en pseudoreferenselektrod för mätning övergångstids. I motsats till den befintliga potentiometrisk mätning av kloridjoner i betong denna metod möjliggör en långsiktig och kalibrering fri mätning. Vidare kan avstämmas känsligheten och detekteringen koncentrationsområdet genom att justera den pålagda strömpulsen. För högre Cl-koncentrationer, som är fallet i betong, bör högre strömpuls appliceras för att hålla övergångstiden inom 6 sek.

Även om dynamisk mätning med hjälp av övergångstiden för en Ag / AgCl-elektrod verkar ett attraktivt alternativ för referens och kalibrering fri detektion av Cl-joner. Störningen från andra anjoner, såsom hydroxider och halogenider, kan begränsa det genomförbarhet especially när koncentrationen av störande joner är högre än CL joner. Till exempel en blandad (bredda) toppen av övergångstiden observeras om [OH] är 10 gånger högre än [Cl] i elektrolyten. I det här fallet inte kan skiljas övergångstiden toppar för OH och Cl-joner. Detektionsområdet av [Cl] beror på koncentrationen av interfererande joner såsom OH-joner 7. Vi har testat ner till 1 ^ M KCl i frånvaro av interfererande joner. Dessutom i närvaro av jodid (I) och bromid (Br) joner sensorn kommer preferentiellt detektera övergångstid för I och Br-joner i stället för klorid. Typiskt i betong interferens från I och Br-joner är irrelevant på grund av avsaknad av eller försumbar mängd. Dessutom kan störningar från hydroxid och halogenider joner kompenseras genom att täcka Ag / AgCl-elektrod med klorid jonselektiva polymermembran (jonoforer) 26.

Den pålagda strömpulsen är en kritisk parameter i denna bestämning av övergångstiden, och bör väljas med omsorg. Högre strömpuls kan snabbt försämra AgCl ytan med bildning av silveroxid. Medan lägre strömpulsresulterar i en längre övergångstid, följaktligen inducerande fel i omvandling tid på grund av oönskad konvektion. Strömpulsen bör justeras på ett sådant sätt att övergångstiden är inom 6 sekunder. Detta kan utvärderas genom att sätta övergångstidsvärde och koncentrationsgränser i sanden ekvation 16. Ytan nedbrytning på grund av högre strömpulser kan avhjälpas genom att applicera en backström (katod avgift, jag c xt c) efter varje mätning (anodisk avgift, jag xt a). Katodströmmen kommer att ta bort överskottet av AgCl avsattes under den anodiska strömpuls. De katod current bör vara lägre i amplitud och längre i tiden, t, c, så att laddningen av anodiska och katodiska ström bör vara lika, dvs jag en t a = I ^ t c. Vidare bör en grov området för [Cl] jonkoncentrationen bestämmas i förväg och den strömpuls anbringas på ett sådant sätt att den tid övergången bör nå inom 5-10 sek. Vidare bör potentiostat programmet justeras så att den anodiska ström avbryts så snart övergångstiden har nåtts. Detta kommer att undvika bildandet av sedan.

Denna metod kan användas för långtidsmätning av Cl-joner i betong ger långsiktiga och tillförlitliga mätningar. Den kan användas för att övervaka Cl joner i i dricksvatten, simbassänger och biologiska prover. Vidare kan den förlängas för att övervaka andra halidjoner som jodid och bromide i dricksvattnet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Page, C., Treadaway, K. Aspects of the electrochemistry of steel in concrete. Nature. 297, 109-115 (1982).
  2. Koleva, D. A., Hu, J., van Breugel, K., Boshkov, N., de Wit, H. Conventional and pulse cathodic protection of reinforced concrete: electrochemical approach and microstructural investigations. ECS Transactions. 1, 287-298 (2006).
  3. Montemor, M., Simoes, A., Ferreira, M. Chloride-induced corrosion on reinforcing steel: from the fundamentals to the monitoring techniques. Cement and Concrete Composites. 25, 491-502 (2003).
  4. Wegen, G., Polder, R. B., Breugel, K. V. Guideline for service life design of structural concrete: A performance based approach with regard to chloride induced corrosion. Heron. 57 (3), (2012).
  5. Yoon, I., Koenders, E. Theoretical time evolution of critical chloride content in concrete. Structural Durability & Health Monitoring. 5, 275-294 (2010).
  6. Du, R. G., Hu, R. G., Huang, R. S., Lin, C. J. In situ measurement of Cl-concentrations and pH at the reinforcing steel/concrete interface by combination sensors. Analytical Chemistry. 78, 3179-3185 (2006).
  7. Angst, U., Elsener, B., Larsen, C. K., Vennesland, Ø Potentiometric determination of the chloride ion activity in cement based materials. Journal of Applied Electrochemistry. 40, 561-573 (2010).
  8. Laferrière, F., Inaudi, D., Kronenberg, P., Smith, I. F. A new system for early chloride detection in concrete. Smart Materials and Structures. 17, 045017 (2008).
  9. Tang, J. L., Wang, J. N. Measurement of chloride-ion concentration with long-period grating technology. Smart Materials and Structures. 16, 665 (2007).
  10. Kohri, M., Ueda, T., Mizuguchi, H. Application of a near-infrared spectroscopic technique to estimate the chloride ion content in mortar deteriorated by chloride attack and carbonation. Journal of Advanced Concrete Technology. 8, 15-25 (2010).
  11. Tripathi, S. R., Inoue, H., Hasegawa, T., Kawase, K. Non-destructive Inspection of Chloride Ion in Concrete Structures Using Attenuated Total Reflection of Millimeter Waves. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 34, 181-186 (2013).
  12. Abbas, Y., Olthuis, W., van den Berg, A. A chronopotentiometric approach for measuring chloride ion concentration. Sensors and Actuators B: Chemical. 188, 433-439 (2013).
  13. Climent-Llorca, M. A., Viqueira-Pérez, E., Lòpez-Atalaya, M. M. Embeddable Ag/AgCl sensors for in-situ monitoring chloride contents in concrete. Cement and Concrete Research. 26, 1157-1161 (1996).
  14. Myrdal, R. The electrochemistry and characteristics of embeddable reference electrodes for concrete. , Woodhead Publishing. (2014).
  15. Angst, U., Vennesland, Ø, Myrdal, R. Diffusion potentials as source of error in electrochemical measurements in concrete. Materials and Structures. 42, 365-375 (2009).
  16. Abbas, Y., de Graaf, D. B., Olthuis, W., van den Berg, A. No more conventional reference electrode: Transition time for determining chloride ion concentration. Analytica Chimica Acta. 821, 81-88 (2014).
  17. Meyer, R. E., Posey, F. A., Lantz, P. M. Chronopotentiometry of the Ag− AgCl system and analysis for the chloride ion. Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. 19, 99-109 (1968).
  18. Olthuis, W., Langereis, G., Bergveld, P. The metrits of differential measuring in time and space. Biocybernetics and Biomedical Engineering. 21, 5-26 (2001).
  19. Bakker, E., Bhakthavatsalam, V., Gemene, K. L. Beyond potentiometry: robust electrochemical ion sensor concepts in view of remote chemical sensing. Talanta. 75, 629-635 (2008).
  20. Olthuis, W., Bomer, J., Bergveld, P., Bos, M., Van der Linden, W. Iridium oxide as actuator material for the ISFET-based sensor-actuator system. Sensors and Actuators B: Chemical. 5, 47-52 (1991).
  21. Bergveld, P., Eijkel, J., Olthuis, W. Detection of protein concentrations with chronopotentiometry. Biosensors and Bioelectronics. 12, 905-916 (1997).
  22. Iwamoto, R. Derivative chronopotentiometry. Analytical Chemistry. 31, 1062-1065 (1959).
  23. Olthuis, W., Bergveld, P. Simplified design of the coulometric sensor-actuator system by the application of a time-dependent actuator current. Sensors and Actuators B: Chemical. 7, 479-483 (1992).
  24. Olthuis, W., Bergveld, P. Integrated coulometric sensor-actuator devices. Microchimica Acta. 121, 191-223 (1995).
  25. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical methods: fundamentals and applications. , 2nd, Wiley and Sons. Hoboken. (2001).
  26. Bakker, E., Bühlmann, P., Pretsch, E. Polymer Membrane Ion-Selective Electrodes-What are the Limits? Electroanalysis. 11, 915-933 (1999).

Tags

Kemi dynamisk mätning kloridjoner kronopotentiometri övergångstid Sand ekvation silver silverkloridelektrod
Dynamisk elektrokemisk mätning av kloridjoner
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Abbas, Y., de Graaf, D. B., Olthuis, … More

Abbas, Y., de Graaf, D. B., Olthuis, W., van den Berg, A. Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions. J. Vis. Exp. (108), e53312, doi:10.3791/53312 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter