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Chemistry

क्लोराइड आयनों के गतिशील विद्युत मापन

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

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 आकृति 1 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।

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Protocol

1. चिप निर्माण

नोट: चिप एक एजी / AgCl काम कर इलेक्ट्रोड (हम), एक एजी / AgCl छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड (छद्म आरई) और एक गिलास चिप पर एक प्लैटिनम काउंटर इलेक्ट्रोड के होते हैं। चांदी धातु एक गिलास चिप पर जमा किया जाता है, मानक cleanroom 16 प्रक्रियाओं का उपयोग। यह तो 30 सेकंड के लिए 0.1 एम 3 FeCl समाधान में chloridized है सतह पर एक AgCl परत के रूप में। एजी / AgCl हम (क्षेत्र = ९.८१२ मिमी 2) केंद्र में स्थित है, एजी / AgCl छद्म-RE से घिरा हुआ चित्र 1 में दिखाया गया है।

  1. कांच पर चांदी धातु जमा एक तलीय चांदी इलेक्ट्रोड के रूप में। एक cleanroom में कदम-दर-कदम चिप निर्माण के रूप में दिया जाता है:
    1. लिथोग्राफी
      1. वेफर सफाई के लिए, सान्द्र में पहली ग्लास मे विसर्जित कर दिया। HNO 3 स्नान सतह को साफ करने के लिए 1 एम KOH में किसी भी कार्बनिक प्रदूषण को हटाने और फिर करने के लिए।
      2. एक सकारात्मक तस्वीर लागू करें (200 एनएम मोटी) का विरोधवेफर स्पिन कोटिंग से और 15 मिनट के लिए 95 डिग्री सेल्सियस पर विरोध prebake।
      3. एक गिलास मुखौटा के माध्यम से 5 सेकंड के लिए पराबैंगनी प्रकाश के वेफर बेनकाब।
      4. डेवलपर समाधान में photoresist का विकास करना। इस शीशे जहां इलेक्ट्रोड जमा किया जाएगा और शेष क्षेत्र विरोध unexposed द्वारा कवर किया जाएगा के क्षेत्र का खुलासा होगा।
    2. ग्लास नक़्क़ाशी
      1. KOH स्नान में विकसित ग्लास मे विसर्जित कर दिया कांच के उजागर क्षेत्र खोदना।
    3. धातु बयान (Sputtering)
      1. उजागर गिलास क्षेत्र पर जमा चांदी धातु।
        1. पहले जमा एक 20 एनएम टाइटेनियम (तिवारी) परत (sputtering द्वारा) ग्लास के लिए एक आसंजन परत के रूप में।
        2. फिर चांदी और तिवारी के बीच एक बाधा के रूप में प्रसार 70 एनएम पैलेडियम (पीडी) परत (sputtering द्वारा) जमा।
        3. अंत में चांदी धातु के 500 एनएम जमा। इस जमा धातु की मोटाई है। काम कर इलेक्ट्रोड के क्षेत्र 4 मिमी 2 है।
        4. आर हटायेएक एसीटोन स्नान में लिफ्ट बंद प्रक्रिया द्वारा विरोध emaining।
      2. एकल चिप आकार में वेफर पासा। चिप अब एक चिप पर एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के लिए फार्म chloridized होने के लिए तैयार है।
  2. , एक घर में डिजाइन किया गया Polytetrafluoroethylene चिप चिप की जगह के रूप में धारक चित्र 1 में दिखाया गया है। धारक धक्का-पिन (या वसंत लोड पिन) के माध्यम से बिजली के कनेक्शन के लिए आसान प्रदान करता है और एक विद्युत सेल में शामिल है।
  3. चांदी इलेक्ट्रोड Chloridize चिप पर एक एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के रूप में। उस के लिए, 0.1 एम डालना FeCl 3 से 30 सेकंड के लिए सेल में समाधान। या इलेक्ट्रोड के चांदी के रंग भूरा होने तक अंधेरा हो जाता है। जबकि छोटे विसर्जन के समय एजी / AgCl का कोई बयान करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं लंबे समय तक विसर्जन महत्वपूर्ण नहीं है।
  4. विआयनीकृत पानी शेष FeCl 3 व्याप्ति चिप को साफ करने के साथ चिप कुल्ला अब chronopotentiometric माप के लिए इस्तेमाल किया जा करने के लिए तैयार है।

2. इलेक्ट्रोलाइट तैयारी

नोट: इलेक्ट्रोलाइट्स 0.5 एम 3 KNO में पोटेशियम क्लोराइड के विभिन्न एकाग्रता के साथ तैयार थे।

  1. 50 मिमी KCl इलेक्ट्रोलाइट शेयर समाधान (समाधान के 50 मिलीलीटर में KCl की .186 छ) के 50 मिलीलीटर की तैयारी।
  2. एक ही समाधान में एक 0.5 एम 3 KNO बैकग्राउंड इलेक्ट्रोलाइट के लिए फार्म KNO 3 की 2.52 ग्राम जोड़ें।
  3. शून्य करने के लिए शुरू क्लोराइड की एकाग्रता रखने और 3 0.5 दूसरे शब्दों में एम KNO विआयनीकृत पानी की एक 50 मिलीलीटर में KNO 3 की 2.52 ग्राम जोड़ें।
  4. 50 मिमी KCl क्लोराइड आयन एकाग्रता (1 मिमी से 6 मिमी) इलेक्ट्रोलाइट की, के रूप में निम्नलिखित कदम में दिखाया गया है बढ़ाने के लिए, व्यवस्थित जोड़ें।
    1. 1 मिमी [सीएल] पाने के लिए 0.5 एम KNO 3 में से एक 4.9 मिलीलीटर में 50 मिमी KCl के 100 μl जोड़ें।
    2. 2 मिमी [सीएल] पाने के लिए कदम 2.4.1 के समाधान में 50 मिमी KCl समाधान के 104 μl जोड़ें।
    3. रों में 50 मिमी KCl समाधान के १०८.४१ μl जोड़ेकदम 2.4.2 के olution 3 मिमी [सीएल] पाने के लिए।
    4. 4 मिमी [सीएल] पाने के लिए कदम 2.4.3 के समाधान में 50 मिमी KCl समाधान के ११३.१९ μl जोड़ें।
    5. पाने के लिए 5 मिमी [सीएल] कदम 2.4.4 के समाधान में 50 मिमी KCl समाधान के 118.2 μl जोड़ें।
    6. 6 मिमी [सीएल] पाने के लिए कदम 2.4.5 के समाधान में 50 मिमी KCl समाधान के 123.3 μl जोड़ें।

3. प्रायोगिक सेटअप

नोट: माप एक potentiostat (जीवविज्ञान विज्ञान उपकरणों, फ्रांस) का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया।

  1. चिप धारक में चिप की जगह और potentiostat की इसी टर्मिनल से कनेक्ट।
  2. एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के लिए potentiostat का काम कर इलेक्ट्रोड टर्मिनल कनेक्ट करें।
  3. एक और एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के लिए potentiostat के संदर्भ इलेक्ट्रोड टर्मिनल कनेक्ट करें।
  4. प्लैटिनम इलेक्ट्रोड के लिए potentiostat के काउंटर इलेक्ट्रोड टर्मिनल कनेक्ट करें।
  5. कंप्यूटर अनुप्रयोग की जगहएक फैराडे पिंजरे में lete प्रयोग सेटअप परिवेश शोर से बचने के लिए।

4. साधन परिचालन सेटिंग

नोट: विद्युत सेल का संचालन मानकों potentiostat का यूजर इंटरफेस के माध्यम से नियंत्रित कर रहे हैं। एक आवेदन वर्तमान नाड़ी के दौरान एजी / AgCl हम संभावित प्रतिक्रिया क्लोराइड आयन के विभिन्न सांद्रता के लिए मापा जाता है।

  1. potentiostat कार्यक्रम में, तकनीक chronopotentiometry खोलने के लिए और संचालन मानकों की स्थापना की।
    1. आवश्यकताओं के अनुसार निम्न पैरामीटर सेट:
      1. वर्तमान (मैं ओं)
      2. वर्तमान में लागू किया (टी एस) के समय
    2. potentiostat कार्यक्रम में खेलने के बटन पर क्लिक करके इस तकनीक को शुरू करें।
      नोट: potentiostat कार्यक्रम लागू किया वर्तमान नाड़ी के तहत समय के एक समारोह के रूप में संभावित प्रतिक्रिया को प्रदर्शित करता है।

5. माप और डाटा विश्लेषण करनेरों

  1. संक्रमण का समय बनाम इलेक्ट्रोलाइट में सीएल आयन एकाग्रता की जांच की अवस्था ड्रा।
    1. KCl इलेक्ट्रोलाइट में सीएल एकाग्रता बदलें, व्यवस्थित।
      1. विद्युत सेल में 0.5 एम 3 KNO बैकग्राउंड इलेक्ट्रोलाइट के साथ 1 मिमी KCl के 5 मिलीलीटर के साथ माप की शुरुआत करें।
      2. Potentiostat का उपयोग करके chronopotentiometric प्रयोग शुरू करें और 10 मा / सेमी -2 10 सेकंड के लिए के एक वर्तमान लागू करते हैं और डेटा की दुकान।
      3. व्यवस्थित 1 मिमी वेतन वृद्धि के साथ 6 मिमी के लिए एकाग्रता बदलने के लिए और माप दोहराएँ।
    2. a.mpt फ़ाइल के रूप में मापा डेटा की दुकान और डाटा प्रोसेसिंग प्रोग्राम में डेटा फ़ाइल का विश्लेषण।
      1. एक घर में विकसित डाटा प्रोसेसिंग प्रोग्राम का उपयोग संभावित प्रतिक्रिया के पहले व्युत्पन्न की गणना और पहले व्युत्पन्न के शिखर की गणना करने के डेटा का विश्लेषण। पहले व्युत्पन्न के शिखर संक्रमण का समय है।
        नोट: पूरा कॉडडाटा प्रोसेसिंग प्रोग्राम के आईएनजी के अब्बास एट अल।, 2014 में पूरक जानकारी में दी गई है।
    3. माप 1 घंटा प्रत्येक के अंतराल के साथ तीन बार दोहराएँ।
    4. डाटा प्रोसेसिंग कार्यक्रम में सभी डेटा फ़ाइलों को खोलने और प्रत्येक माप के लिए संक्रमण समय की गणना। संक्रमण का समय गणना का विस्तार कदम नीचे दी गई है:
      1. बनाम chronopotentiometric माप का डेटा फ़ाइलों से प्राप्त समय संभावित अंतर प्लॉट।
      2. संभावित प्रतिक्रिया के पहले व्युत्पन्न की गणना।
      3. पहले व्युत्पन्न का अधिकतम और इसके बारे में समय से संकेत मिलता। पहले व्युत्पन्न की अधिकतम समय के संक्रमण का समय है।
    5. अंशांकन वक्र के लिए, सीएल आयनों की एकाग्रता के लिए सम्मान के साथ संक्रमण समय का वर्गमूल साजिश है।
    6. मापा डेटा के साथ रेत समीकरण 25 के आधार पर सैद्धांतिक वक्र साजिश है। पीठ की गणना प्रसार कोएफ़्रीकडेटा साजिश से ient।
      1. संक्रमण का समय और बीच मापा डेटा साजिश में [सीएल] लाइन पर किसी भी बिंदु लेते हैं और संक्रमण समय के मूल्य और [सीएल] रिकॉर्ड है। रेत समीकरण के रूप में दिया जाता है:
        τ = (एफसी * / 2J (1 टी सीएल -)) 2 Dπ
        परिवहन नंबर है और डी प्रसार गुणांक है - यहाँ, सी * थोक सीएल आयन एकाग्रता है, एफ फैराडे निरंतर, जम्मू वर्तमान घनत्व, टी सीएल है। उपेक्षा टी सीएल - क्योंकि यह उच्च पृष्ठभूमि इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता के लिए शून्य दृष्टिकोण।
      2. प्रसार गुणांक में रेत समीकरण में ही शेष चर; संक्रमण का समय, क्लोराइड आयन एकाग्रता और रेत समीकरण प्रसार गुणांक का मान प्राप्त करने में मौजूदा लागू की मान रखा।
  2. बहाव मापन
    1. में KCl की 1 मिमी के 5 मिलीलीटर डालोविद्युत सेल।
    2. Potentiostat में, सेट एप्लाइड वर्तमान 10:00 -2 और समय 10 सेकंड होना।
    3. तीन माप माप के बीच 3 घंटा के अंतराल के साथ प्रत्येक दिन के साथ 2 सप्ताह के लिए संभावित प्रतिक्रिया को मापने।
    4. इलेक्ट्रोलाइट, यानी, 1 मिमी KCl, माप प्रदर्शन से पहले हर दिन ताज़ा करें।
    5. माप की दो सप्ताह से अधिक प्लॉट संक्रमण का समय है। प्रति दिन संक्रमण समय में परिवर्तन संक्रमण का समय प्रतिक्रिया का बहाव है।
  3. संक्रमण का समय माप पर छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड का प्रभाव
    नोट: विभिन्न छद्म संदर्भों में इस तरह के एक एजी / AgCl तार, एक प्लैटिनम तार और एक इस्पात तार के रूप में संक्रमण समय को मापने के लिए परीक्षण कर रहे हैं।
    1. विद्युत सेल में इलेक्ट्रोलाइट KCl 4 मिमी डालो।
    2. एक छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में एजी / AgCl का उपयोग करें और यह potentiostat के संदर्भ इलेक्ट्रोड टर्मिनल से कनेक्ट। anodic वर्तमान नाड़ी सीएल & # के कारण713; आयनों एजी / AgCl काम कर इलेक्ट्रोड के पास समाप्त हो रहे हैं।
    3. 10 सेकंड के लिए 15 AM -2 के एक वर्तमान घनत्व को लागू करने से chronopotentiometric माप प्रदर्शन करना।
    4. एक छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में प्लैटिनम के साथ माप दोहराएँ और डेटा रिकॉर्ड है।
    5. एक छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में इस्पात पट्टी के साथ माप दोहराएँ और डेटा रिकॉर्ड है।
    6. प्लॉट विभिन्न छद्म संदर्भ में इस्तेमाल किया इलेक्ट्रोड के लिए मापा संक्रमण का समय है।
    7. KCl 5 मिमी के साथ माप का पूरा सेट दोहराएँ और विभिन्न छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड का उपयोग संक्रमण का समय साजिश है।

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Representative Results

एजी / AgCl इलेक्ट्रोड एक गिलास चिप (Figure1) एक मानक प्रक्रिया का उपयोग कर cleanroom पर निर्मित है। Chronopotentiometric माप सेटअप (चित्रा 2) का इस्तेमाल किया गया था और प्रतिक्रिया एक potentiostat का उपयोग कर मापा गया था। संक्रमण का समय पर सीएल आयन एकाग्रता के प्रभाव का निरीक्षण करने के लिए, 4, 5 और 6 सीएल एम.एम. एक 0.5 एम 3 KNO पृष्ठभूमि में आयनों युक्त समाधान (चित्रा 3) मापा जाता है। संक्रमण का समय सीएल आयन एकाग्रता बनाम का वर्गमूल के अंशांकन वक्र सैद्धांतिक वक्र (चित्रा 4) के साथ साजिश रची है। संक्रमण का समय प्रतिक्रिया दो सप्ताह के लिए मापा गया था माप (चित्रा 5) में बहाव का मूल्यांकन करने के लिए। संक्रमण का समय अलग-अलग छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड संक्रमण समय पर संदर्भ प्रणाली के प्रभाव का निरीक्षण करने के लिए (चित्रा 6) के लिए 4 और 5 मिमी सीएल आयन एकाग्रता में मापा जाता है।1-6 मिमी [सीएल] रेत समीकरण (1 टेबल) से मूल्यांकन किया जाता है सीमा से अधिक वर्तमान घनत्व की सीमा होती है।

संक्रमण का समय, सीएल आयनों, अर्थात् 4, 5 और 6 मिमी के विभिन्न सांद्रता में मापा गया था के रूप में 3 चित्र में दिखाया गया है। इसी संभावित प्रतिक्रिया अपनी पहली व्युत्पन्न के साथ-साथ दिखाई दे रहा है। पहले डेरिवेटिव की चोटियों संक्रमण बार दे। चोटी के समय तत्काल [सीएल] में वृद्धि के साथ उच्च मूल्यों के लिए जा रहा है। यह और अधिक सीएल आयनों थोक इलेक्ट्रोलाइट में उपहार के रूप में की उम्मीद है इसका मतलब यह अब लेने के लिए पूरी तरह से हम सतह के पास सीएल आयनों व्यय करना होगा। उल्लेख सांद्रता के लिए मापा संक्रमण बार 2.69, 4.28 और 5.92 सेकंड, क्रमशः रहे हैं।

संक्रमण का समय माप क्लोराइड आयनों के नाम से जाना जाता एकाग्रता के खिलाफ calibrated किया गया। मापा डेटा औरअपनी रेखीय फिट चित्रा 4 में प्रस्तुत किया है। के रूप में रेत समीकरण ने भविष्यवाणी संक्रमण समय के वर्गमूल के लिए [सीएल] रैखिक संबंध में है। मापा डेटा से सीएल आयनों की स्पष्ट प्रसार गुणांक २.२८० x 10 -9 एम 2 सेकंड -1, जो सैद्धांतिक मूल्य के साथ अच्छे समझौते में है, डी = 2 एक्स 10 -9 एम 2 सेकंड -1 हो पाया है। विचलन वर्तमान नाड़ी के दौरान बदलते सतह क्षेत्र के लिए जिम्मेदार ठहराया वर्तमान घनत्व मूल्य में अनिश्चितता की वजह से हो सकता है। इसके अलावा विचलन उच्च सांद्रता, जैसे, 7 मिमी के लिए अपेक्षाकृत बड़ा है। यह एकाग्रता प्रोफाइल, जो इसे और अधिक संवहन के प्रति संवेदनशील बनाता है की अपेक्षाकृत बड़ी मोटाई के लिए जिम्मेदार ठहराया है।

संक्रमण समय की गतिशील प्रकृति एक बहाव मुक्त माप सुनिश्चित करता है। बहाव, 1 मिमी सीएल के लिए संक्रमण का समय विश्लेषण करने के लिएदो सप्ताह से अधिक मापा गया था के रूप में चित्रा 5 में दिखाया गया है। डेटा के रेखीय फिट में संक्रमण समय में एक कम प्रवृत्ति, 0.23 मिसे / दिन (0.8 माइक्रोन / दिन से मेल खाती है) नहीं है। बहरहाल, इस परिवर्तन छोटा है और वाष्पीकरण के कारण सीएल आयन एकाग्रता, स्पष्ट वर्तमान घनत्व और माप की अवधि में तापमान परिवर्तन में परिवर्तन से निपटने के बदलते त्रुटियों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। यह सेंसर के बहाव के बारे में एक ठोस निष्कर्ष देने के लिए इसलिए मुश्किल है; या तो कोई निहित बहाव है या बहाव अपेक्षाकृत छोटा है।

संक्रमण का समय माप की गतिशील प्रकृति का एक अन्य पहलू एक संदर्भ प्रणाली पर अपनी स्वतंत्रता है। विभिन्न छद्म संदर्भ (एक एजी / AgCl तार, एक प्लैटिनम तार और एक इस्पात तार) 4 और 5 मिमी [सीएल] में एक एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के संक्रमण समय को मापने के लिए स्थापित किए गए थे। माप 6 चित्र में दिखाए जाते हैं। विभिन्न छद्म refere के लिए NCES प्रतिक्रिया काफी परिवर्तन नहीं होता है, संक्रमण का समय 80 मिसे (4 ± पर 75 माइक्रोन के और 5 मिमी सीएल आयनों) के भीतर भिन्न होता है। इसलिए संदर्भ प्रणाली कोई व्यवस्थित प्रभाव पड़ता है; किसी भी धातु के तार एक संक्रमण का समय मापन के लिए एक छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

आकृति 1
विद्युत सेल के साथ चित्रा 1. क्लोराइड सेंसर चिप। (ए) एक गिलास सब्सट्रेट और बिजली के कनेक्शन पैड पर एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के साथ सीएल आयन सेंसर चिप। कांच चिप के आयाम 15 x 20 मिमी 2 है जबकि विद्युत सेल में उजागर क्षेत्र 78 मिमी 2 है। (बी) पूर्ण विद्युत सेल (चिप धारक) चिप के साथ मुहिम शुरू की। बीच परिपत्र क्षेत्र इलेक्ट्रोलाइट 16 से अवगत कराया चिप के क्षेत्र से पता चलता है। 3312 / 53312fig1large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. संक्रमण का समय दृष्टिकोण के योजनाबद्ध। (ए) सीएल आयन का पता लगाने के दृष्टिकोण के योजनाबद्ध। एक आवेदन वर्तमान एक सीई (इस आंकड़े में शामिल नहीं) के संबंध में हम कम से नाड़ी के दौरान, क्लोराइड आयनों, एजी / AgCl हम कम से ख़ाली सचित्र सीएल आयन एकाग्रता प्रोफाइल में जिसके परिणामस्वरूप। (बी) ΔV और dΔV / डीटी प्रतिक्रिया के योजनाबद्ध। ठोस लाइन (-) और धराशायी लाइन (-) क्रमश ΔV और dΔV / डीटी प्रतिनिधित्व करते हैं। τ संक्रमण का समय है और टी लागू किया वर्तमान नाड़ी की अवधि है। इधर, टी / τ लागू किया वर्तमान समय के अनुपात और संक्रमण का समय जब टी / τ = ​​1, काम कर इलेक्ट्रोड की सतह पर सीएल आयनों पूरी तरह से क्षीण 16 है। https://www.jove.com/files/ftp_upload/53312/53312fig2large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. संक्रमण समय माप। Chronopotentiograms (ठोस लाइन) और 4, 5 और 6 मिमी सीएल आयनों के समाधान में एक और एजी / AgCl छद्म-RE इलेक्ट्रोड के संबंध में एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के अपने पहले डेरिवेटिव (धराशायी लाइन)। बैकग्राउंड इलेक्ट्रोलाइट 0.5 एम 3 KNO है, लागू वर्तमान नाड़ी 10:00 -2 है और परिवेश के तापमान 20.9 डिग्री सेल्सियस है। संभावित प्रतिक्रियाओं की अधिकतम ढलानों बिंदीदार रेखा 16 के संकेत हैं। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

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चित्रा 4. अंशांकन वक्र।, संक्रमण का समय सीएल आयन एकाग्रता बनाम का वर्गमूल दिखा एक 0.5 एम 3 KNO बैकग्राउंड इलेक्ट्रोलाइट में एक अंशांकन वक्र। परिपत्र अंक (ओ) मापा डेटा कर रहे हैं और ठोस लाइन (-) रेखीय फिट है। धराशायी लाइन (-) रेत समीकरण, EQ से सैद्धांतिक वक्र है। (2)। वर्तमान में लागू किया पल्स 10:00 -2 है और परिवेश के तापमान 20.8 डिग्री सेल्सियस है। डी और दा सैद्धांतिक और स्पष्ट (मापा) प्रसार गुणांक में क्रमश: 16 कर रहे हैं। कृपया यहाँ क्लिक करें इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए।

चित्रा 5
चित्रा 5. बहाव विश्लेषण। दो सप्ताह से अधिक समय संक्रमण के बाद माप। प्रत्येक माप ई बाहर किया गया थाबहुत दूसरे दिन, के साथ 3 माप हर दिन और हर एक ही दिन की माप के बीच 3 घंटा प्रदर्शन किया। इलेक्ट्रोलाइट 1 सीएल एम.एम. एक 0.5 एम 3 KNO पृष्ठभूमि में आयनों और लागू वर्तमान नाड़ी 10:00 -2 होता है। डेटा अंक और रेखीय फिट (+) और एक धराशायी लाइन में क्रमश: 16 से चिह्नित हैं। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6 अलग छद्म संदर्भ इलेक्ट्रोड का प्रभाव। मापा संक्रमण बार छद्म-रिस एक एजी / AgCl तरल जंक्शन आरई, एजी / AgCl तार, प्लैटिनम तार और स्टील के तार से बना इस्तेमाल करते हैं। वर्तमान में लागू किया पल्स 15 AM -2 है और परिवेश के तापमान 21.2 डिग्री सेल्सियस है। इधर, + और ​​ओ के निशान एक 0.5 एम KNO 3 में 4 के लिए मापा डेटा और 5 सीएल एम.एम. आयनों दिखानेपृष्ठभूमि, क्रमश: 16। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

[सीएल] रेंज
(मिमी) 		वर्तमान घनत्व, जम्मू
(Am -2) 		(जम्मू / सी *) मिन
(ए एम ∙ ∙ मोल -1) 		(जम्मू / सी *) Max
(ए एम ∙ ∙ मोल -1) 		τ मिनट
(ओं) 		τ अधिकतम
(ओं)
1-6 10 1.66 10 0.146 5.26

तालिका 1. एक सीएल के लिए चुना वर्तमान घनत्व1 6 मिमी के ˉ आयन एकाग्रता रेंज, EQ से मूल्यांकन किया है। (3)। अनुपात जम्मू / सी और संक्रमण समय की समान मूल्यों को भी 16 दिया जाता है।

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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 में इस्तेमाल किया जा सकता है। कंक्रीट में क्लोराइड आयनों की मौजूदा potentiometric माप के विपरीत इस पद्धति का एक दीर्घकालिक और अंशांकन मुक्त माप सक्षम बनाता है। इसके अलावा संवेदनशीलता और एकाग्रता का पता लगाने रेंज लागू किया वर्तमान नाड़ी का समायोजन करके देखते जा सकता है। उच्च सांद्रता सीएल, जो कंक्रीट में मामले हैं के लिए, उच्च वर्तमान नाड़ी 6 सेकंड के भीतर संक्रमण का समय रखने के लिए लागू किया जाना चाहिए।

एक एजी / AgCl इलेक्ट्रोड के संक्रमण समय का उपयोग कर गतिशील माप संदर्भ और सीएल आयनों की जांच के लिए स्वतंत्र पता लगाने के लिए एक आकर्षक विकल्प लगता है, हालांकि। ऐसे हाइड्रोक्साइड और halides के रूप में अन्य anions, से हस्तक्षेप, यह सीमित कर सकते हैं व्यवहार्यता especially जब आयनों हस्तक्षेप की एकाग्रता सीएल आयनों की तुलना में अधिक है। उदाहरण के लिए यदि [ओह] 10 गुना अधिक से अधिक [सीएल] इलेक्ट्रोलाइट में है एक मिश्रित (व्यापक बनाने) संक्रमण समय के शिखर मनाया जाता है। इस मामले में ओह, और सीएल आयनों के लिए संक्रमण का समय चोटियों भेदभाव नहीं किया जा सकता। [सीएल] का पता लगाने रेंज ऐसे ओह आयनों 7 के रूप में हस्तक्षेप आयनों की एकाग्रता पर निर्भर करता है। हम आयनों हस्तक्षेप के अभाव में 1 माइक्रोन KCl करने के लिए नीचे का परीक्षण किया है। इसके अलावा, आयोडाइड की उपस्थिति (i) और ब्रोमाइड (बीआर) में आयनों सेंसर preferentially क्लोराइड मैं और बीआर आयनों के बजाय के लिए संक्रमण समय का पता लगाने जाएगा। आम तौर पर मैं और बीआर आयनों से ठोस हस्तक्षेप में उनकी अनुपस्थिति या नगण्य मात्रा के कारण अप्रासंगिक है। इसके अलावा, हाइड्रोक्साइड और halides आयनों से हस्तक्षेप क्लोराइड आयन चयनात्मक बहुलक झिल्ली (ionophores) 26 के साथ एजी / AgCl इलेक्ट्रोड को कवर द्वारा मुआवजा दिया जा सकता है।

वर्तमान में लागू किया नाड़ी एक महत्वपूर्ण पैरामीटर इस संक्रमण के समय का निर्धारण करने के लिए और ध्यान से चयनित किया जाना चाहिए है। उच्च वर्तमान नाड़ी तेजी से चांदी ऑक्साइड के गठन के साथ AgCl सतह नीचा कर सकते हैं। एक लंबे समय तक संक्रमण समय में कम मौजूदा पल्स परिणाम जबकि, फलस्वरूप अवांछित संवहन के कारण संक्रमण समय में त्रुटियों उत्प्रेरण। वर्तमान नाड़ी इस तरह है कि संक्रमण का समय 6 सेकंड के भीतर है में समायोजित किया जाना चाहिए। इस रेत समीकरण 16 में संक्रमण का समय मूल्य और एकाग्रता की सीमा डाल द्वारा मूल्यांकन किया जा सकता है। उच्च वर्तमान दालों के कारण सतह का क्षरण प्रत्येक माप के बाद एक रिवर्स वर्तमान (कैथोडिक प्रभारी, मैं सी एक्सटी ग) को लागू करने से remedied किया जा सकता है (anodic प्रभारी, मैं एक एक्सटी क)। कैथोडिक वर्तमान अतिरिक्त AgCl anodic वर्तमान नाड़ी के दौरान जमा निकाल देंगे। कैथोडिक कुरेनटी समय, टी सी में आयाम में कम और लंबे समय तक होना चाहिए, ऐसा है कि anodic और कैथोडिक वर्तमान के प्रभारी बराबर होना चाहिए, यानी, मैं एक टी = मैं एक सी टी सी। इसके अलावा, [सीएल] आयन एकाग्रता के किसी न किसी सीमा के अग्रिम में निर्धारित किया जाना चाहिए और वर्तमान नाड़ी इस तरह है कि संक्रमण का समय 5 से 10 सेकंड के भीतर तक पहुंच जाना चाहिए में लागू किया जाता है। इसके अलावा, potentiostat कार्यक्रम ऐसे समायोजित किया जाना चाहिए कि anodic वर्तमान बंद हो जाता है एक बार संक्रमण समय तक पहुँच जाता है। यह पहले के गठन से बचना होगा।

इस विधि को दीर्घकालिक और विश्वसनीय माप देने के ठोस में सीएल आयनों की लंबी अवधि के माप के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। यह पीने के पानी, पूल और जैविक नमूने तैराकी में सीएल आयनों की निगरानी के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इसके अलावा, यह आयोडाइड और bromi जैसे अन्य halide आयनों की निगरानी के लिए बढ़ाया जा सकता हैपीने के पानी में डी।

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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

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References

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रसायन विज्ञान अंक 108 गतिशील माप क्लोराइड आयनों Chronopotentiometry संक्रमण समय रेत समीकरण रजत चांदी क्लोराइड इलेक्ट्रोड
क्लोराइड आयनों के गतिशील विद्युत मापन
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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).

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