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 Måling af chloridioner

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 chloridion sensor baseret på overgangstiden måling af en Ag / AgCl-elektrode præsenteres. Målet er at undgå de iboende driver under den langsigtede kontinuerlig overvågning af chloridioner i elektrolytten. Chronopotentiometric måling, som er en dynamisk måling tilgang, af en Ag / AgCl elektrode anvendes til dette formål. Her en ændringshastighed af potentialet i en Ag / AgCl elektrode er målt under en stimulus (galvanostatisk puls). Fordelen ved denne fremgangsmåde demonstreres ved Eluding væske-junction referenceelektrode og i stedet bruger en metaltråd som en pseudo-referenceelektrode, derfor giver påvisning af Cl ioner koncentration for langsigtede (år) og in situ applikationer, såsom måling inde betonkonstruktioner.

Chloridioner i betonkonstruktioner er en af de hyppigste årsager til nedbrydning 1,2. Den indleder grubetæring i armeringen stål ennd resultater i den ultimative svigt af konstruktionen 3. Derfor måler Cl ioner i beton er uundgåeligt at forudsige levetid og vedligeholdelse cyklus af en struktur 4,5. Forskellige sensing principper er blevet rapporteret for chloridion måling i beton såsom elektrokemisk 6,7, optisk 8,9 og elektromagnetisk 10,11. Men optiske og elektromagnetiske metoder har voluminøse opsætninger, er vanskelige at integrere som et stand-alone system, og har problemer med selektivitet 12. I elektrokemisk teknik, potentiometrisk måling af en Ag / AgCl-elektrode er state of the art tilgang 6,7,13. Trods lovende resultater, denne tilgang er begrænset til lab-skala måling siden driver i henvisning potentiale og diffusion potentielle drop resulterer i mangelfulde data 14,15. En overgang tid tilgang baseret på den dynamiske elektrokemisk måling (DEM) kunne afhjælpe problemet skyldes potentielglider 16.

I DEM, er et systems respons på en anvendt stimulus målt 17-19. Eksemplet med et sådant system er kronopotentiometri. Her et påført strømimpuls anvendes som en stimulus nedbrydende ioner nær elektrodeoverfladen og den tilsvarende potentielle reaktion måles. En anodisk strøm ved en Ag / AgCl-elektrode initierer en faradaic reaktion (Ag + CL Figur 1 AgCl + e) ​​resulterer i en udtømning af Cl ioner nær elektrodeoverfladen. Den potentielle ændring er en funktion af den påtrykte strøm og koncentrationen af de (selektiv) ioner i elektrolytten 12,20. I det øjeblik disse ioner nedbryder helt nær elektrodeoverfladen ændringshastigheden af potentielle stiger hurtigt, hvilket giver et vendepunkt 21. Vendepunktet på den potentielle tid responskurve (chronopotentiogram) viser overgangen tid og kan bestemmes ud fra denhøjst den første afledede af den potentielle svar 22. Overgangstiden er karakteristisk for ionkoncentrationen. Denne fremgangsmåde er blevet anvendt til at bestemme forskellige ioner koncentration 17 og pH af elektrolytter 23,24. I tilfælde af en Ag / AgCl-elektrode som arbejdselektrode (som strøm påtrykkes) de ozonlagsnedbrydende ioner vil være chloridioner 17. Derfor måler overgangen tid vil bestemme dens koncentration.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Chip Fabrication

Bemærk: Chippen består af en Ag / AgCl arbejdselektrode (WE), en Ag / AgCl pseudo-referenceelektrode (pseudo-RE) og en platin-modelektrode på et glas chip. Sølv metal afsættes på et glas chip, ved anvendelse af standard renrum processer 16. Det er derefter chloridized i 0,1 M FeCl3 opløsning i 30 sek for at danne et AgCl lag over overfladen. Ag / AgCl WE (område = 9,812 mm 2) er placeret i midten, omgivet af Ag / AgCl pseudo-RE, som vist i figur 1.

  1. Depositum sølv metal på glas til at danne en plan sølv elektrode. Trin-for-trin chip fabrikation i en renrum er givet som følger:
    1. Litografi
      1. For wafer rengøring, fordybe glaswaferen først i konc. HNO 3 bad for at fjerne enhver organisk forurening og derefter ind 1 M KOH at rengøre overfladen.
      2. Anvende en positiv fotoresist (200 nm tykt) tilwafer ved spin-coating og prebake- resisten ved 95 ° C i 15 min.
      3. Udsætte wafer for UV-lys i 5 sek gennem et glas maske.
      4. Udvikle fotoresist i udvikleren løsning. Dette vil udsætte det område af glas, hvor elektroder vil blive deponeret, og det resterende areal vil blive dækket af den ikke-udsatte modstå.
    2. Glas Ætsning
      1. Nedsænkes udviklede glaswaferen i KOH bad at ætse det blotlagte område af glasset.
    3. Metal Deposition (katodeforstøvning)
      1. Depositum sølv metal på udsatte glas området.
        1. Første indbetaling en 20 nm titan (Ti) lag (ved sputtering) som et klæbelag til glas.
        2. Derefter deponere 70 nm palladium (Pd) lag (ved forstøvning) som en diffusionsbarriere mellem sølv og Ti.
        3. Endelig deponere 500 nm af sølv metal. Dette er tykkelsen af ​​det afsatte metal. Det område af arbejdselektroden er 4 mm 2.
        4. Fjern remaining modstå ved lift-off processen i et acetonebad.
      2. Skær wafer i det indre chip størrelse. Chippen er nu klar til at blive chloridized til dannelse af en on-chip Ag / AgCl elektrode.
  2. Placer chip i en designet Polytetrafluorethylen chip holder internt, som vist i figur 1. Indehaveren giver nem elektriske forbindelser via push-pins (eller fjederbelastede tappe) og indeholder en elektrokemisk celle.
  3. Chloridize sølvelektroden til dannelse af en Ag / AgCl-elektrode på chippen. Til det, hæld 0,1 M FeCl3 opløsning i cellen i 30 sek. eller indtil sølv farve af elektroden bliver mørk grålig. Længere fordybelse er ikke kritisk hvorimod kortere sættetid kan føre til nogen aflejring af Ag / AgCl.
  4. Skyl chip med deioniseret vand til at rengøre resterende FeCl3 .Den chip er nu klar til at blive anvendt til chronopotentiometric måling.

2. Elektrolyt Forberedelse

Bemærk: De elektrolytter blev forberedt med forskellig koncentration af kaliumklorid i 0,5 M KNO 3.

  1. Forbered 50 ml 50 mM KCI elektrolyt stamopløsning (0,186 g KCl i 50 ml opløsning).
  2. I den samme opløsning tilsættes 2,52 g KNO3 til dannelse af en 0,5 M KNO3 baggrund elektrolyt.
  3. Hold startkoncentration chlorid til nul og KNO3 til 0,5 M. Med andre ord tilsættes 2,52 g KNO3 i en 50 ml deioniseret vand.
  4. Der tilsættes 50 mM KCI for at øge chloridionkoncentration den (fra 1 mM til 6 mM) af elektrolytten, systematisk, som vist i de følgende trin.
    1. Tilsættes 100 pi af 50 mM KCl i en 4,9 ml 0,5 M KNO3 at få 1 mM [CI].
    2. Tilføj 104 pi af 50 mM KCl-opløsning ind i opløsningen i trin 2.4.1 for at få 2 mM [CI].
    3. Tilføj 108.41 ul af 50 mM KCl-opløsning ind i solution fra trin 2.4.2 for at få 3 mM [CI].
    4. Tilføj 113.19 ul af 50 mM KCl-opløsning i løsningen af ​​trin 2.4.3 for at få 4 mM [CL].
    5. Tilføj 118,2 pi af 50 mM KCl-opløsning ind i opløsningen i trin 2.4.4 for at få 5 mM [CI].
    6. Tilføj 123,3 pi af 50 mM KCl-opløsning ind i opløsningen i trin 2.4.5 for at få 6 mM [CI].

3. Eksperimentel opsætning

Bemærk: Målingerne blev udført ved anvendelse af en potentiostat (Biologic Science Instruments, Frankrig).

  1. Placer chip i holderen chippen og tilslut den tilsvarende terminal af potentiostat.
  2. Slut arbejdselektroden terminal i potentiostat til Ag / AgCl elektrode.
  3. Tilslut referenceelektroden terminal af potentiostat til en anden Ag / AgCl elektrode.
  4. Tilslut modelektroden terminal af potentiostat til platinelektroden.
  5. Placer complete eksperiment setup i et Faraday bur for at undgå støj fra omgivelserne.

4. Instrument Operationelle indstillinger

Bemærk: De operationelle parametre for den elektrokemiske celle styres via brugergrænsefladen af ​​potentiostat. Den potentielle respons Ag / AgCl WE under en anvendt strømimpuls måles for forskellige koncentrationer af chloridion.

  1. I potentiostat program, åbnes teknik kronopotentiometri og indstille de operationelle parametre.
    1. Indstil følgende parametre i henhold til kravene:
      1. (I s)
      2. Tid af tilførte strøm (t s)
    2. Start denne teknik ved at klikke på play-knappen i potentiostat programmet.
      Bemærk: potentiostat program viser potentielle respons som funktion af tiden under den påførte strømimpuls.

5. Målinger og data analysis

  1. Tegn kalibreringskurve overgangen tid vs. CL-koncentration ion i elektrolytten.
    1. Ændrer koncentrationen CL i KCI elektrolyt, systematisk.
      1. Start målingen med 5 ml 1 mM KCl med 0,5 M KNO3 baggrund elektrolyt i den elektrokemiske celle.
      2. Start chronopotentiometric eksperiment ved hjælp af potentiostat og anvende en strøm på 10 mA / cm -2 i 10 sek og gemme data.
      3. Systematisk ændre koncentrationen til 6 mM med intervaller på 1 mm, og gentage de målinger.
    2. Opbevar de målte data som a.mpt fil og analysere datafilen i databehandling program.
      1. Analysere dataene ved anvendelse af en in-house udviklede databehandling program til at beregne den første afledede af den potentielle respons og beregne toppen af ​​den første afledede. Toppen af ​​den første afledede er overgangen tid.
        Bemærk: Den komplette torsking af databehandling program findes i de supplerende oplysninger af Abbas et al., 2014.
    3. Gentag målingen tre gange med interval på 1 time hver.
    4. Åbn alle datafilerne i databehandling program og beregne overgangen tid for hver måling. Detail beregningsfaser overgangstiden er angivet nedenfor:
      1. Plot den potentielle forskel vs. tid opnået fra datafiler chronopotentiometric måling.
      2. Beregn den første afledede af den potentielle respons.
      3. Angiver den maksimale af den første afledede og tidspunktet for det. Tidspunktet for maksimalt første afledede er overgangen tid.
    5. For kalibreringskurven plotte kvadratroden af ​​overgangstiden i forhold til koncentrationen af ​​Cl ioner.
    6. Langs de målte data plotte den teoretiske kurve baseret på Sand ligning 25. Beregn tilbage udbredelsen coefficient fra data plot.
      1. I de målte data plottet mellem overgangstiden og [Cl] tage ethvert punkt på linjen og noter værdien af ​​overgangstiden og [Cl]. The Sand ligning er givet som:
        τ = (FC * / 2j (1-t Cl -)) 2 dTr
        Her, C * er hovedparten Cl ionkoncentration, F er Faraday konstant, j er strømtætheden, t Cl - er transport nummer og D er diffusionskoefficienten. Forsømmelse t Cl - da det nærmer sig nul for højere baggrundskoncentration elektrolyt.
      2. Den eneste tilbageværende variable i Sand ligning i diffusionskoefficienten; sætte værdien af ​​overgangstiden, den chloridionkoncentration og den anvendte strøm i Sand ligning får værdien af ​​diffusionskoefficienten.
  2. Drift Måling
    1. Hæld 5 ml 1 mM KCl ielektrokemiske celle.
    2. I potentiostat, indstille den påførte strøm til at være 10:00 -2 og tid til at være 10 sek.
    3. Mål potentielle reaktion i 2 uger med tre måling hver dag med et interval på 3 timer mellem målingerne.
    4. Opdatere elektrolytten, dvs., 1 mM KCI, hver dag før udførelse målingerne.
    5. Plot overgangen tid over to uger af målinger. Ændringen i overgangen tid per dag er driften af ​​overgangen tid respons.
  3. Virkning af pseudo-referenceelektrode på overgangen tidsmålinger
    Bemærk: Forskellige pseudo-referencer, såsom en Ag / AgCl tråd, en platin tråd og en stålwire testes for at måle overgangen tid.
    1. Hæld 4 mM KCl elektrolyt i den elektrokemiske celle.
    2. Brug Ag / AgCl som en pseudo-referenceelektrode og tilslut den til referenceelektroden terminal i potentiostat. På grund af anodisk strømimpuls Cl & #713; ioner depleteret nær Ag / AgCl arbejdselektrode.
    3. Udfør chronopotentiometric måling ved at anvende en strømtæthed på 15 Am -2 til 10 sek.
    4. Gentag målingerne med platin som en pseudo-referenceelektrode og registrere data.
    5. Gentag målingerne med stål bar som en pseudo-referenceelektrode og registrere data.
    6. Plotte målte overgangstid til forskellige pseudo-referenceelektroder anvendes.
    7. Gentag det komplette sæt af måling med 5 mM KCI og plotte overgangstiden under anvendelse af forskellige pseudo-referenceelektroder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ag / AgCl-elektrode er fremstillet på et glas chip (Figure1) ved anvendelse af en standard renrum proces. Den chronopotentiometric måling opsætningen (figur 2) blev anvendt, og respons blev målt under anvendelse af en potentiostat. At observere effekten af Cl-ion-koncentration på overgangen tid, er opløsninger indeholdende 4, 5 og 6 mM Cl ioner i en 0,5 M KNO3 baggrund målt (figur 3). Kalibreringskurve kvadratroden af overgangstiden versus CL ionkoncentration er afbildet sammen med teoretisk kurve (figur 4). Overgangstiden respons blev målt i to uger for at evaluere afdrift i målingen (figur 5). Overgangstiden måles i 4 og 5 mM Cl ionkoncentrationen for forskellige pseudo-referenceelektrode at observere effekten af referencesystemet på overgangstiden (figur 6). Detrække strømtæthed over området af 1-6 mM [CI] vurderes fra Sand ligning (tabel 1).

Overgangen blev målt i forskellige koncentrationer af Cl ioner, nemlig 4, 5 og 6 mM, som vist i figur 3. Det tilsvarende potentiel reaktion er synlig sammen med sin første afledede. Toppene af de første derivater giver overgangen gange. Det tidspunkt, af toppen er ved at flytte til højere værdier med stigningen i [CI]. Dette forventes som flere CL-ioner til stede i bulk-elektrolyt betyder det vil tage længere tid at helt nedbryder CL ioner nær WE overflade. De målte overgangsperiode for nævnte koncentrationer er 2,69, 4,28 og 5,92 sek hhv.

Målingerne overgang tid blev kalibreret mod den kendte koncentration af chloridioner. De målte data ogdens lineær tilpasning er vist i figur 4. Kvadratroden af overgangstiden er i lineær korrelation til [Cl], som forudsagt af Sand ligning. Den tilsyneladende diffusionskoefficient Cl ioner fra de målte data findes at være 2.280 x 10 -9 m 2 sek-1, hvilket er i god overensstemmelse med den teoretiske værdi, D = 2 x 10 -9 m 2 sek-1. Afvigelsen kan skyldes usikkerheden i strømtæthed værdi tilskrives den skiftende overfladeareal under den nuværende puls. Endvidere afvigelsen er relativt større for højere koncentrationer, f.eks, 7 mM. Dette tilskrives den relativt store tykkelse af fusionen profil, hvilket gør det mere følsomme over for konvektion.

Den dynamiske karakter af overgangen tid sikrer et skred gratis måling. For at analysere afdrift, overgangstiden for 1 mM CLblev målt over to uger, som vist i figur 5. Der er en faldende tendens i overgangstiden, 0,23 msek / dag (svarende til 0,8 uM / dag), i lineær tilpasning af dataene. Ikke desto mindre, denne ændring er lille og kunne tilskrives håndteringsfejl, skiftende CL ion koncentration på grund af fordampning, ændring i tilsyneladende strømtæthed og variation temperatur i måleperioden. Det er derfor vanskeligt at give et konkret konklusion om drift af sensoren; enten der er ingen iboende drift eller drift er relativt lille.

Et andet aspekt af den dynamiske karakter af overgang tidsmåling er dens uafhængighed på et referencesystem. Forskellige pseudo-referencer (en Ag / AgCl wire, en platin tråd og en stål wire) blev sat op for at måle overgangen tid en Ag / AgCl elektrode i 4 og 5 mM [CL]. Målingerne er vist i figur 6. For flere pseudo-refere NCES svaret ændrer sig ikke væsentligt, overgang varierer inden for 80 ms (± 75 uM ved 4 og 5 mM CL ioner). Derfor referencesystemet har nogen systematisk effekt; enhver metaltråd kan en brugt som en pseudo-referenceelektrode for overgang tidsmålinger.

Figur 1
Figur 1. Chloride sensorchip sammen med den elektrokemiske celle. (A) CL ion sensorchip med Ag / AgCl elektroder på et glassubstrat og elektrisk tilslutning pads. Dimensionen af glasset chip er 15 x 20 mm 2 henviser det udsatte område i den elektrokemiske celle er 78 mm2. (B) Den komplette elektrokemiske celle (chipholderen) med den monterede chip. Den midterste cirkulært område viser det område af chippen blotlagt til elektrolytten 16. 3312 / 53312fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at downloade denne fil.

Figur 2
Figur 2. Skematisk af overgangen tid tilgang. (A) Skematisk af ion afsløring tilgang cl. Under en påført strømimpuls på WE med hensyn til en CE (ikke inkluderet i denne figur), chloridioner nedbryder på Ag / AgCl WE, hvilket resulterer i den viste CL ionkoncentrationen profil. (B) Skematisk af AV og dΔV / dt svar. Den fuldt optrukne linie (-) og stiplede linie (-) repræsenterer AV og dΔV / dt hhv. τ er overgangstiden og t er varigheden af ​​den påførte strømimpuls. Her, t / τ er forholdet mellem den påtrykte strøm tid og overgangen tidspunktet t / τ = ​​1, CL ioner ved overfladen af arbejdselektroden udtømmer fuldstændigt 16. https://www.jove.com/files/ftp_upload/53312/53312fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at downloade denne fil.

Figur 3
Figur 3. Overgangseffekter målinger gang. De chronopotentiograms (optrukket linje) og deres første derivater (stiplet linje) af Ag / AgCl-elektrode med hensyn til en anden Ag / AgCl pseudo-RE elektrode i opløsninger af 4, 5 og 6 mM Cl ioner. Elektrolyt baggrund er 0,5 M KNO 3, den anvendte aktuelle puls er 10:00 -2 og den omgivende temperatur er 20,9 ° C. De maksimale skråninger af de potentielle reaktioner er angivet med de stiplede linier 16. Klik her for at downloade denne fil.

/53312fig4.jpg "/>
Figur 4. Kalibreringskurve. En kalibreringskurve viser kvadratroden af overgangstiden versus Cl ionkoncentration, i en 0,5 M KNO3 baggrund elektrolyt. De cirkulære punkter (o) er de målte data og den fuldt optrukne linie (-) er den lineære tilpasning. Den stiplede linie (-) er den teoretiske kurve fra Sand ligning, eq. (2). Den anvendte aktuelle puls er 10:00 -2 og den omgivende temperatur er 20,8 ° C. D og Da er de teoretiske og tilsyneladende (målt) diffusionskoefficienter henholdsvis 16. Klik her for at downloade denne fil.

Figur 5
Figur 5. Drift analyse. Efterfølgende målinger af overgangen tid over to uger. Hver måling blev udført emeget anden dag, med 3 målinger udført hver dag og 3 timer mellem hver samme dag måling. Elektrolytten indeholder 1 mM af CL-ioner i en 0,5 M KNO 3 baggrund og den anvendte aktuelle puls er 10:00 -2. De datapunkter og lineære fit er angivet med (+) og en stiplet linje, henholdsvis 16. Klik her for at downloade denne fil.

Figur 6
Figur 6. Effekt af forskellige pseudo-reference elektroder. Målt overgang gange med pseudo-RE'er sammensat af en Ag / AgCl flydende junction RE, Ag / AgCl tråd, platin tråd og ståltråd. Den anvendte aktuelle puls er 15 am -2 og den omgivende temperatur er 21,2 ° C. Her + og o mærker viser de målte data for 4 og 5 mM af CL-ioner i en 0,5 M KNO 3baggrund, henholdsvis 16. Klik her for at downloade denne fil.

[CL] rækkevidde
(mM) 		Strømtæthed j
(Am -2) 		(j / C *) min
(A ∙ m ∙ mol -1) 		(j / C *) max
(A ∙ m ∙ mol -1) 		τ min
(s) 		τ max
(s)
1 til 6 10 1,66 10 0,146 5.26

Tabel 1. Den valgte strømtæthed for en Clˉ ionkoncentration området fra 1 til 6 mm, vurderet fra eq. (3). De tilsvarende værdier af forholdet j / C og overgangstiden er også givet 16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Overgangen tid er tidspunktet for bøjning; det er teoretisk uafhængig af referencepotentialet dvs referenceelektroden. Derfor enhver metaltråd kan anvendes som en pseudo-referenceelektrode for overgangen tidsmålinger. I modsætning til den eksisterende potentiometrisk måling af chloridioner i beton denne fremgangsmåde muliggør en langsigtet og kalibrering fri måling. Endvidere følsomheden og påvisning koncentrationsområde kan afstemmes ved at justere den påtrykte strømimpuls. For højere CL-koncentrationer, som er tilfældet i beton, bør højere strømimpuls blive anvendt til at holde overgangen tid indenfor 6 sek.

Selvom den dynamiske måling med overgangen tid en Ag / AgCl-elektrode synes et attraktivt alternativ til reference og kalibrering gratis påvisning af Cl-ioner. Den interferens fra andre anioner, såsom hydroxider og halogenider, kan begrænse det gennemførlighed especially når koncentrationen af ​​forstyrrende ioner er højere end Cl ioner. For eksempel observeres en blandet (udvide) top af overgangstiden hvis [OH] er 10 gange højere end den [CI] i elektrolytten. I dette tilfælde kan ikke differentieres overgangstiden toppe for OH og Cl-ioner. Påvisning vifte af [CL] afhænger af koncentrationen af forstyrrende ioner såsom Oh ioner 7. Vi har testet ned til 1 pM KCI i fravær af interfererende ioner. Endvidere i nærvær af iodid (I) og bromid (Br) ioner vil sensoren fortrinsvis detektere overgangstiden for I og Br-ioner i stedet for chlorid. Typisk i beton indblanding fra I og BR-ioner er irrelevant på grund af deres fravær eller ubetydeligt beløb. Desuden, kan interferens fra hydroxid og halogenider ioner kompenseres ved at dække Ag / AgCl-elektrode med chloridion-selektive-polymermembran (ionoforer) 26.

Den anvendte strømimpuls er en kritisk parameter i denne bestemmelse overgangen tid og bør udvælges omhyggeligt. Højere strømimpuls kan hurtigt nedbryde AgCl overflade med dannelsen af ​​sølvoxid. Hvorimod lavere strømimpuls resulterer i en længere overgangstid dermed inducere fejl i forandring tid på grund af uønsket konvektion. Strømimpulsen bør justeres på en sådan måde, at overgangen højst afviger 6 sek. Dette kan vurderes ved at sætte overgangstid værdi og koncentrationsgrænser i Sand ligning 16. Overfladen nedbrydning som følge af højere strømpulser kan afhjælpes ved at anvende en omvendt strøm (katodisk ladning, jeg c xt c) efter hver måling (anodisk ladning, jeg en xt a). Den katodiske strøm vil fjerne overskuddet AgCl aflejret under den anodiske strømimpuls. De katodiske current skal være lavere i amplitude og længere i tid, tc, således at ladningen af anodisk og katodisk bør være lige, dvs. jeg en t a = Ic tc. Desuden bør et groft område af [Cl] ionkoncentrationen fastlægges på forhånd, og den aktuelle puls påføres på en sådan måde, at overgangen tid skal nå inden for 5 til 10 sek. Endvidere bør potentiostat program indstilles således, at den anodiske strøm standser, når overgangen tidspunkt nås. Dette vil undgå dannelsen af ​​siden.

Denne metode kan anvendes til langvarig måling af Cl ioner i betonen giver langsigtet og pålidelige målinger. Det kan bruges til at overvåge Cl ioner i i drikkevand, swimmingpools og biologiske prøver. Det kan endvidere udvides til at overvåge andre halogenidioner som iodid og bromide i drikkevandet.

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 måling chloridioner kronopotentiometri Transition tid Sand ligning Sølv sølvchlorid elektrode
Dynamisk Elektrokemisk Måling af chloridioner
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