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Chemistry

Dinâmica eletroquímico Medição de íons cloreto

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

Um sensor de iões cloreto com base na medição do tempo de transição de um eléctrodo de Ag / AgCl é apresentada. O objectivo é evitar os desvios inerentes durante a monitorização em contínuo a longo prazo dos iões de cloreto no electrólito. medição cronopotenciometria, que é uma abordagem dinâmica de medição, de um eléctrodo de Ag / AgCl é utilizado para esta finalidade. Aqui, uma taxa de variação do potencial de um eléctrodo de Ag / AgCl é medida durante um estímulo (pulso galvanostático). A vantagem desta abordagem é demonstrada por evitar o eléctrodo de referência líquida de junção e, em vez de usar qualquer fio de metal como um eléctrodo de pseudo-referência, portanto, permitindo a detecção de Cl concentração de iões para a longo prazo (anos) e em aplicações in situ, tal como medição dentro de estruturas de concreto.

Os iões cloreto em estruturas de betão é uma das principais causas de degradação 1,2. Ele inicia corrosão localizada no reforço de aço and resultados na falha final da estrutura 3. Portanto, medir iões Cl no concreto é inevitável para prever o ciclo de vida de serviço e manutenção de um 4,5 estrutura. Princípios de Detecção diferentes foram relatados para a medição de iões de cloreto no concreto, como eletroquímica 6,7, 8,9 e óptica eletromagnética 10,11. No entanto, métodos ópticos e eletromagnéticos têm configurações volumosos, são difíceis de integrar como um sistema stand-alone e têm problemas com seletividade 12. Na técnica electroquímica, medição potenciométrica de um eléctrodo de Ag / AgCl é o estado da arte 6,7,13 abordagem. Apesar dos resultados promissores, esta abordagem é limitada a medição em escala de laboratório uma vez que os desvios no potencial de referência e de difusão de resultados potenciais de queda em dados falhos 14,15. Uma abordagem tempo de transição com base na medição electroquímica dinâmico (DEM) pode aliviar o problema devido ao potencialderiva 16.

No DEM, a resposta do sistema a um estímulo aplicado é medido 17-19. O exemplo de um tal sistema é cronopotenciometria. Aqui, um impulso de corrente aplicada é utilizada como um estímulo esgotar iões perto da superfície do eléctrodo e o potencial de resposta correspondente é medida. Uma corrente anódica a um eléctrodo de Ag / AgCl inicia uma reacção faradaica (Ag + Cl figura 1 AgCl + E), resultando em uma depleção de íons Cl perto da superfície do eletrodo. O potencial alteração é uma função da corrente aplicada e a concentração dos iões (selectivos) do electrólito 12,20. No momento em que estes íons esgotar completamente perto do eletrodo de superfície a taxa de mudança de potenciais aumenta rapidamente, dando um ponto de inflexão 21. O ponto de inflexão sobre a curva de resposta em tempo potencial (chronopotentiogram) mostra o tempo de transição e pode ser determinada a partir damáximo da primeira derivação do potencial de resposta 22. O tempo de transição é uma característica da concentração iónica. Esta abordagem tem sido usada para determinar a concentração diferentes iões 17 e o pH de electrólitos 23,24. No caso de um eléctrodo de Ag / AgCl como um eléctrodo de trabalho (em que a corrente é aplicada) os iões esgotam será iões cloreto 17. Portanto medir o seu tempo de transição irá determinar a sua concentração.

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Protocol

1. fabricação de chips

Nota: O chip é constituído por um eléctrodo de Ag / AgCl de trabalho (WE), um eléctrodo de pseudo-referência de Ag / AgCl (RE-pseudo) e um contra-eléctrodo de platina sobre um chip de vidro. O metal de prata é depositado sobre um chip de vidro, utilizando os processos de 16 sala limpa padrão. Em seguida, é chloridized em M FeCl3 solução de 0,1 durante 30 segundos para formar uma camada de AgCl sobre a superfície. O Ag / AgCl WE (área = 9,812 milímetros 2) está localizada no centro, rodeado pela pseudo-RE Ag / AgCl, como mostrado na Figura 1.

  1. Depositar o metal de prata no vidro para formar um eléctrodo de prata planar. O chip de fabrico passo-a-passo para uma sala limpa é dada como se segue:
    1. Litografia
      1. Para a limpeza wafer, mergulhe a pastilha de vidro pela primeira vez em conc. HNO 3 banho para remover qualquer contaminação orgânica e, em seguida, em 1 M de KOH para limpar a superfície.
      2. Aplicar uma foto positiva resistir (200 nm de espessura) aobolacha por revestimento rotativo e o pré-cozimento resistir a 95 ° C durante 15 min.
      3. Expor a bolacha à luz UV durante 5 segundos através de uma máscara de vidro.
      4. Desenvolver o fotorresiste em solução desenvolvedor. Isto irá expor a área de eléctrodos de vidro onde será depositado e a área restante será coberto pela resistir não exposta.
    2. glass Etching
      1. Imergir a bolacha de vidro desenvolvido no banho de KOH para gravar a área exposta do vidro.
    3. Metal Deposition (Sputtering)
      1. metal prateado depósito na área de vidro exposta.
        1. Em primeiro lugar de depósito de uma camada de 20 nm de titânio (Ti) (por pulverização), como uma camada de adesão de vidro.
        2. Em seguida, deposita camada de 70 nm de paládio (Pd) (por pulverização), como uma barreira de difusão entre a prata e Ti.
        3. Finalmente depositar 500 nm de metal prateado. Esta é a espessura do metal depositado. A área do eléctrodo de trabalho é de 4 mm2.
        4. Remover o remaining resistir pelo processo de lift-off em um banho de acetona.
      2. Dado o hóstia no tamanho único chip. O chip está agora pronto para ser chloridized para formar um eléctrodo de Ag / AgCl no chip.
  2. Colocar o chip num suporte de chip de politetrafluoroetileno concebido em casa, como mostrado na Figura 1. O suporte proporciona ligações eléctricas fácil através de os pinos (ou pinos carregados por mola) e contém uma célula electroquímica.
  3. Chloridize o eléctrodo de prata para formar um eléctrodo de Ag / AgCl sobre o chip. Para isso, derrame H FeCl solução 0,1 3 na célula durante 30 seg. ou até que a cor de prata do eletrodo torna-se cinzento escuro. imersão já não é crítico enquanto que mais curto tempo de imersão pode conduzir a não deposição de Ag / AgCl.
  4. Enxaguar o chip com água desionizada para limpar o restante chip de FeCl 3 .O está agora pronto para ser utilizado para a medição cronopotenciometria.

2. Preparação de eletrólitos

Nota: Os electrólitos foram preparadas com diferentes concentrações de cloreto de potássio em 0,5 M de KNO 3.

  1. Preparar 50 ml de 50 mM de KCl solução de electrólito (0,186 g de KCl em 50 ml de solução).
  2. Na mesma solução adicionar 2,52 g de KNO 3 para formar um KNO 3 0,5 M fundo electrólito.
  3. Manter a concentração inicial de cloreto de zero e KNO 3-0,5 M. Em outras palavras adicionar 2,52 g de KNO 3 em 50 ml de água desionizada.
  4. Adicionar 50 mM de KCl para aumentar a concentração de ião cloreto (de 1 mm a 6 mm) de electrólito, sistematicamente, como mostrado nos passos seguintes.
    1. Adicionar 100 ul de cloreto de potássio 50 mM em 4,9 ml de uma 0,5 M KNO 3 para obter 1 mM [Cl].
    2. Adicionar 104 ul da solução de 50 mM de KCl para a solução do passo 2.4.1 para obter 2 mM [Cl].
    3. Adicionar 108.41 ul de uma solução a 50 mM de KCl para a solução da etapa 2.4.2 para obter 3 mM [CL].
    4. Adicionar 113.19 ul de uma solução a 50 mM de KCl para a solução do passo 2.4.3 para obter 4 mM [Cl].
    5. Adicionar 118,2 mL de uma solução a 50 mM de KCl para a solução do passo 2.4.4 para obter 5 mM [Cl].
    6. Adicionar 123,3 mL de uma solução a 50 mM de KCl para a solução do passo 2.4.5 para obter 6 mM [Cl].

3. Configuração Experimental

Nota: As medições foram realizadas usando um potenciostato (Biologic Ciência Instruments, França).

  1. Coloque o chip no suporte de chip e ligar o terminal correspondente do potenciostato.
  2. Ligar o terminal de eléctrodo de trabalho do potenciostato para o eléctrodo de Ag / AgCl.
  3. Ligar o terminal de eléctrodo de referência do potenciostato para outro eléctrodo de Ag / AgCl.
  4. Ligar o terminal de eléctrodo contador do potenciostato para o eléctrodo de platina.
  5. Coloque o compconfiguração da experiência lete em uma gaiola de Faraday para evitar o ruído ambiente.

4. Configurações operacionais Instrumento

Nota: Os parâmetros de funcionamento da célula electroquímica é controlado através da interface do utilizador do potenciostato. A resposta do potencial de Ag / AgCl NÓS durante um impulso de corrente aplicada é medido para diferentes concentrações de ião cloreto.

  1. No programa potenciostato, abra o cronopotenciometria técnica e definir os parâmetros operacionais.
    1. Defina o seguinte parâmetro de acordo com os requisitos:
      1. Corrente (I s)
      2. Tempo de corrente aplicada (s t)
    2. Comece esta técnica, clicando no botão play no programa potenciostato.
      Nota: O programa potenciostato mostra a resposta potencial como uma função do tempo, sob o impulso de corrente aplicada.

5. Medições e Dados Analysis

  1. Desenhe a curva de calibração do tempo de transição vs. concentração de iões de Cl no eletrólito.
    1. Alterar a concentração de Cl no eletrólito KCl, sistematicamente.
      1. Inicie a medição com 5 mL de KCl 1 mM com KNO 3 0,5 M fundo electrólito na célula electroquímica.
      2. Iniciar a experiência cronopotenciometria usando o potenciostato e aplicar uma corrente de 10 mA / cm2 durante 10 seg e armazenar os dados.
      3. Sistematicamente alterar a concentração a 6 mm, com incrementos de 1 mm e repetir as medições.
    2. Armazenar os dados medidos como a.mpt arquivo e analisar o arquivo de dados no programa de processamento de dados.
      1. Analisar os dados utilizando um programa de processamento de dados desenvolvido internamente para calcular o primeiro derivativo da resposta de potencial e calcular o pico da primeira derivada. O pico da primeira derivada é o momento de transição.
        Nota: O bacalhau completaing do programa de processamento de dados é dada na informação suplementar de Abbas et al., 2014.
    3. Repetir a medição três vezes com intervalos de 1 hora cada.
    4. Abrir todos os ficheiros de dados no programa de processamento de dados e calcular o tempo de transição para cada medição. etapas detalhe de cálculo do tempo de transição é dada abaixo:
      1. Traça-se a diferença de potencial em função do tempo obtida a partir dos arquivos de dados de medição cronopotenciometria.
      2. Calcula-se a primeira derivada da resposta de potencial.
      3. Indicar o máximo da primeira derivada e a hora do evento. O tempo do máximo da derivada de primeira é o tempo de transição.
    5. Para a curva de calibração, traçar a raiz quadrada do tempo de transição em relação à concentração de iões Cl.
    6. Junto os dados medidos traçar a curva teórica com base na equação de areia 25. Calcule volta o coeffic difusãotário da trama de dados.
      1. Na trama de dados medidos entre o tempo de transição e do [CL] tomar qualquer ponto na linha e registrar o valor de tempo de transição e do [CL]. A equação da areia é dada como:
        τ = (FC * / 2J (1-t Cl -)) 2 Dπ
        Aqui, C * é a concentração de grandes quantidades de iões Cl, F é a constante de Faraday, j é a densidade de corrente, t Cl - é o número de transportes e D é o coeficiente de difusão. Negligenciar o t Cl -, uma vez que se aproxima de zero para uma maior concentração de eletrólitos fundo.
      2. A variável único remanescente na equação de areia no coeficiente de difusão; colocar o valor de tempo de transição, a concentração de iões de cloreto e a corrente aplicada na equação Areia obter o valor do coeficiente de difusão.
  2. Medição de deriva
    1. Pour 5 mL de 1 mM de cloreto de potássio nacélula electroquímica.
    2. No potenciostato, defina a aplicada atual para ser 10:00 -2 e tempo para ser 10 seg.
    3. Medir a resposta potencial para 2 semanas com três medição de cada dia com um intervalo de 3 horas entre as medições.
    4. Recarregar o electrólito, isto é, KCl 1 mM, todos os dias antes da realização das medições.
    5. Traçar o tempo de transição ao longo de duas semanas de medições. A mudança no tempo de transição, por dia é o desvio da resposta de tempo de transição.
  3. Efeito do eléctrodo de pseudo-referência sobre as medições do tempo de transição
    Nota: Várias referências pseudo tal como um fio de Ag / AgCl, um fio de platina e um fio de aço são testadas para medir o tempo de transição.
    1. Pour 4 mM de KCl electrólito na célula electroquímica.
    2. Use Ag / AgCl como um eléctrodo de pseudo-referência e conecte-o ao terminal do eletrodo de referência do potenciostato. Devido ao impulso de corrente anódica a Cl & #713; iões estão esgotados perto do eléctrodo de trabalho de Ag / AgCl.
    3. Realizar a medição cronopotenciometria, aplicando uma densidade de corrente de 15 Am -2 durante 10 seg.
    4. Repita as medições com platina como eletrodo de pseudo-referência e registrar os dados.
    5. Repita as medições com barra de aço como um eléctrodo de pseudo-referência e registrar os dados.
    6. Traçar o tempo de transição medida para vários eletrodos pseudo-referência utilizados.
    7. Repita o conjunto completo de medição com 5 mM de KCl e traçar o tempo de transição usando vários eletrodos pseudo-referência.

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Representative Results

O eléctrodo de Ag / AgCl é fabricado num chip de vidro (Figura 1) usando um processo padrão de salas limpas. A configuração de medição cronopotenciometria (Figura 2) foi usada e a resposta foi medida usando um potenciostato. Para observar o efeito da concentração de iões Cl no tempo de transição, soluções contendo 4, 5 e 6 mM de Cl íons em uma KNO 0,5 M 3 fundo são medidos (Figura 3). A curva de calibração da raiz quadrada do tempo de transição em relação à concentração de iões Cl é representada graficamente ao longo com a curva teórica (Figura 4). Tempo de resposta de transição foi medido durante duas semanas para avaliar o desvio na medição (Figura 5). Tempo de transição é medido em 4 e 5 mM de concentração de iões Cl para o eléctrodo de pseudo-referência diferente para observar o efeito do sistema de referência no tempo de transição (Figura 6). ogama de densidade de corrente ao longo da gama de 1-6 mM [Cl] é avaliada a partir da equação de areia (Tabela 1).

O tempo de transição foi medido em várias concentrações de iões Cl, ou seja, 4, 5 e 6 mm, conforme mostrado na Figura 3. A resposta potencial correspondente é visível juntamente com a sua primeira derivada. Os picos das primeiras derivadas dão os tempos de transição. O instante de tempo do pico está a deslocar para valores mais elevados com o aumento da [Cl]. Isto é esperado como mais íons Cl presentes no eletrólito em massa significa que vai demorar mais tempo para esgotar completamente os íons Cl perto da superfície da WE. Os tempos de transição medidos para as concentrações mencionadas são 2,69, 4,28 e 5,92 segundos, respectivamente.

As medições de tempo de transição foram calibrados contra a concentração conhecida de iões de cloreto. Os dados medidos esua forma linear é apresentado na Figura 4. A raiz quadrada do tempo de transição está em correlação linear para a [Cl], como previsto pela equação de areia. O coeficiente de difusão aparente de iões Cl a partir dos dados de medição é encontrado para ser 2.280 x 10 -9 m 2 seg -1, o que está em boa concordância com o valor teórico, D = 2 x 10 -9 m 2 seg -1. O desvio pode ser devido à incerteza no valor de densidade de corrente atribuído à área de superfície variável ao longo do impulso de corrente. Além disso, o desvio é relativamente maior para concentrações mais elevadas, por exemplo, de 7 mm. Isto é atribuído à relativamente grande espessura do perfil de concentração, o que faz com que seja mais sensível à convecção.

A natureza dinâmica do tempo de transição garante uma medição livre deriva. Para analisar a deriva, o tempo de transição para Cl 1 mMfoi medido ao longo de duas semanas, como se mostra na Figura 5. Há uma tendência decrescente com o tempo de transição, 0,23 ms / dia (corresponde a 0,8 uM / dia), no ajuste linear dos dados. No entanto, esta mudança é pequena e pode ser atribuída a erros de manipulação, a alteração de concentração de iões Cl devido à evaporação, a mudança em densidade de corrente aparente e variação da temperatura durante o período de medição. Por isso, é difícil dar uma conclusão concreta sobre o desvio do sensor; ou não há desvio inerente ou a deriva é relativamente pequeno.

Outro aspecto da natureza dinâmica da medição do tempo de transição é a sua independência em um sistema de referência. Várias referências pseudo (um fio de Ag / AgCl, um fio de platina e um fio de aço) foram criados para medir o tempo de transição de um eléctrodo Ag / AgCl, em 4 e 5 mM [CL]. As medições são apresentados na Figura 6. Por várias pseudo-REFERÊ ENC a resposta não muda significativamente, o tempo de transição varia dentro de 80 ms (± 75 um de 4 e 5 iões Cl mM). Portanto, o sistema de referência não tem qualquer efeito sistemático; qualquer fio de metal pode ser um usado como um eletrodo de pseudo-referência para medições de tempo de transição.

figura 1
Figura 1. Cloreto de chip do sensor, juntamente com a célula electroquímica. (A) O chip do sensor de iões Cl com eléctrodos de Ag / AgCl sobre um substrato de vidro e as almofadas de ligação eléctrica. A dimensão do chip de vidro é de 15 x 20 mm 2, ao passo que a área exposta na célula electroquímica é de 78 mm2. (B) A célula (detentor chip) completa electroquímico com o chip montado. O meio área circular mostra a área do chip expostos ao electrólito 16. 3312 / 53312fig1large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para baixar esse arquivo.

Figura 2
Figura 2. Representação esquemática da abordagem tempo de transição. (A) Representação esquemática da abordagem de detecção de íons Cl. Durante um impulso de corrente aplicado ao WE com respeito a um EC (não incluído nesta figura), os iões cloreto esgotar a Ag / AgCl WE, resultando na concentração do ião Cl perfil ilustrado. (B) Esquema de o AV e a resposta / dt dΔV. A linha sólida (-) e uma linha tracejada (-) representam dt AV e dΔV /, respectivamente. τ é o tempo de transição e t é a duração do impulso de corrente aplicada. Aqui, T / τ é a razão entre o tempo corrente aplicada e o tempo de transição quando t / τ = ​​1, os iões Cl na superfície do eléctrodo de trabalho 16 completamente esgota. https://www.jove.com/files/ftp_upload/53312/53312fig2large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para baixar esse arquivo.

Figura 3
Figura 3. Transição medições de tempo. Os chronopotentiograms (linha sólida) e suas primeiras derivadas (linha tracejada) do eléctrodo Ag / AgCl com respeito ao outro eletrodo pseudo-RE Ag / AgCl em soluções de 4, 5 e 6 íons Cl mm. O eletrólito de fundo é de 0,5 M KNO 3, o pulso de corrente aplicada é 10:00 -2 e a temperatura ambiente é de 20,9 ° C. As pistas máximos das respostas possíveis são indicadas pelas linhas tracejadas 16. Por favor clique aqui para baixar esse arquivo.

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Figura 4. Curva de calibração. Uma curva de calibração que mostra a raiz quadrada do tempo de transição em função da concentração de iões Cl, num KNO 3 0,5 M fundo electrólito. Os pontos circulares (o) são os dados medidos e a linha a cheio (-) é o ajuste linear. A linha a tracejado (-) é a curva teórica a partir da equação de areia, eq. (2). O pulso de corrente aplicada é 10:00 -2 e a temperatura ambiente é de 20,8 ° C. D e Da são os coeficientes (medido) de difusão teóricas e aparentes, respectivamente 16. Por favor clique aqui para baixar esse arquivo.

Figura 5
Figura 5. Análise de tração. Medições subsequentes do tempo de transição ao longo de duas semanas. Cada medição foi realizada emuito outro dia, com 3 medições realizadas a cada dia e 3 horas entre cada medição no mesmo dia. O eletrólito contém 1 mM de Cl íons em uma KNO 3 fundo de 0,5 M e o pulso de corrente aplicada é 10:00 -2. Os pontos de dados e ajuste linear são indicados por (+) e uma linha tracejada, respectivamente 16. Por favor clique aqui para baixar esse arquivo.

Figura 6
Figura 6. Efeito de diferentes eletrodos pseudo-referência. Medido tempos de transição usando pseudo-REs compostas de um Ag / AgCl RE junção líquida, fio de Ag / AgCl, fio de platina e fio de aço. O impulso de corrente aplicada é de 15 Am -2 e a temperatura ambiente é de 21,2 ° C. Aqui, as marcas + e O mostram os dados medidos para 4 e 5 iões mM de Cl em um KNO 3 0,5 Mfundo, respectivamente 16. Por favor clique aqui para baixar esse arquivo.

[CL] gama
(milímetros) 		A densidade de corrente, J
(-2 Am) 		(j / * C) min
(Um ∙ m ∙ mol -1) 		(/ C * j) max
(Um ∙ m ∙ mol -1) 		min τ
(s) 		τ max
(s)
1 a 6 10 1.66 10 0,146 5,26

Tabela 1. A densidade da corrente seleccionada para um Clˉ intervalo de concentração de iões de 1 a 6 mM, avaliada a partir da Eq. (3). Os correspondentes valores do rácio J / C e o tempo de transição são também dados 16.

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Discussion

O tempo de transição é o momento de inflexão; é teoricamente independente da isto é, potencial de referência, o eléctrodo de referência. Por conseguinte, qualquer fio metálico pode ser utilizado como um eléctrodo de pseudo-referência para medições de tempo de transição. Em contraste com a medição potenciométrica existente de iões cloreto no betão este método permite que a longo prazo e calibração da medição livre. Além disso, a sensibilidade e a gama de detecção de concentração podem ser ajustados por ajustamento do impulso de corrente aplicada. Para concentrações mais elevadas Cl, que são o caso em concreto, impulso de corrente maior deve ser aplicado para manter o tempo de transição dentro de 6 seg.

Embora a medição dinâmica usando o tempo de transição de um eléctrodo Ag / AgCl parece uma alternativa atraente para referência e detecção livre de calibração de iões Cl. A interferência de outros aniões, tais como os hidróxidos e halogenetos, pode limitar viabilidade Especei ra me quando a concentração de íons interferentes é mais elevado do que os íons Cl. Por exemplo, um misto (ampliar) de pico de tempo de transição é observado se o [Oh] é 10 vezes maior do que o [CL] no eletrólito. Neste caso, os picos de tempo de transição para íons OH e Cl não podem ser diferenciados. A faixa de detecção de [CL] depende da concentração de iões interferentes, tais como íons OH 7. Testámos até 1 ^ M de KCl na ausência de iões interferentes. Além disso, na presença de iodeto de (i) e brometo (Br) íons, o sensor se preferencialmente detectar o tempo de transição para a I e BR íons em vez de cloreto. Normalmente em interferência concreta de íons I e Br é irrelevante, devido à sua ausência ou quantidade insignificante. Além disso, a interferência de iões hidróxido e halogenetos pode ser compensada através da cobertura do eléctrodo de Ag / AgCl com cloreto de membrana selectiva de iões-polímero (ionóforos) 26.

O impulso de corrente aplicada é um parâmetro crítico neste determinar o tempo de transição e deve ser cuidadosamente seleccionada. pulso de corrente superior pode degradar rapidamente a superfície de AgCl com a formação de óxido de prata. Considerando menores resultados pulso de corrente em um momento de transição mais longo, consequentemente induzir erros em tempo de transição devido à convecção indesejada. O impulso de corrente deve ser ajustado de tal maneira que o tempo de transição está dentro de 6 seg. Isto pode ser avaliada colocando valor de tempo de transição e os limites de concentração na equação da areia 16. A degradação da superfície devido a pulsos de corrente mais elevadas podem ser corrigidas através da aplicação de uma corrente (carga catódica, I c xt c) inversa após cada medições (carga anódica, eu a xt a). A corrente catódica irá remover o excesso de AgCl depositado durante o impulso de corrente anódico. Os Curren catódicaT deve ser menor em amplitude e tempo em tempo, t C, de tal modo que a carga de corrente catódica e anódica deve ser igual, ou seja, que um t a = I C T C. Além disso, uma gama aproximada do [Cl] concentração de iões deve ser determinado com antecedência e o impulso de corrente é aplicado de tal maneira que o tempo de transição deve chegar dentro de 5 a 10 seg. Além disso, o programa potenciostato deve ser ajustada de tal modo que a corrente anódica pára uma vez que o tempo de transição é atingido. Isso vai evitar a formação de atrás.

Este método pode ser utilizado para a medição a longo prazo de iões Cl em concreto que dão a longo prazo e as medições fiáveis. Ele pode ser utilizado para monitorar os iões Cl no na água de beber, piscinas e amostras biológicas. Além disso, ele pode ser estendido para monitorizar outros iões de halogeneto tais como iodeto e bromide na água potável.

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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

  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).

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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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