Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Динамический Электрохимический Измерение ионы хлора

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

Датчик хлорид-иона основан на измерении времени перехода электрода Ag / AgCl представлена. Цель состоит в том, чтобы избежать присущих штреков во время долгосрочного непрерывного мониторинга ионов хлора в электролите. Chronopotentiometric измерение, которое является динамичный подход измерение, из электрода Ag / AgCl используется для этой цели. Здесь скорость изменения потенциала электрода Ag / AgCl измеряется во время стимула (гальваностатический импульс). Преимущество этого подхода демонстрируется ускользает жидкости спая электрод сравнения и вместо этого используя любую металлическую проволоку в качестве псевдо-электрода сравнения, поэтому позволяет обнаруживать CL концентрации ионов для долгосрочных (лет) и в приложениях на места, такие как измерение внутри бетонных конструкций.

Ионы хлора в бетонных конструкций является одним из основных причин деградации 1,2. Она также может инициировать точечной коррозии в стальной арматуры аой приводит к конечной неудачи структуры 3. Поэтому, измеряя ионы Cl в бетоне неизбежно предсказать жизни и техническое обслуживание цикл структуры 4,5. Различные принципы зондирования были зарегистрированы для измерения ионов хлорида в бетоне, такие как электрохимического 6,7, оптический 8,9 и электромагнитного 10,11. Тем не менее, оптические и электромагнитные методы имеют громоздкие установок, трудно интегрировать в автономной системе и имеют проблемы с селективностью 12. В электрохимической техники, потенциометрический измерение электрода Ag / AgCl является состояние арт подход 6,7,13. Несмотря на многообещающие результаты, этот подход ограничивается лабораторном измерении поскольку дрейфует в опорному потенциалу и диффузии потенциальных результатов капля в некорректных данных 14,15. Время перехода подход, основанный на динамическом электрохимического измерения (DEM) может решить проблему за счет потенциаладрейф 16.

В DEM, ответ систему, чтобы прикладной стимул измеряется 17-19. Пример такой системы является хронопотенциометрии. Здесь прикладная импульс тока используется в качестве стимула разрушающих ионы вблизи поверхности электрода и измеряют соответствующий потенциал реагирования. Ток анода на электроде Ag / AgCl инициирует фарадеевский реакцию (Ag + Cl Рисунок 1 AgCl + е), в результате истощения ионов Cl вблизи поверхности электродов. Изменение потенциала является функцией приложенного тока и концентрация (селективный) ионов в электролите 12,20. В тот момент, эти ионы истощить полностью вблизи поверхности электрода скорость изменения потенциальных поднимается быстро, давая точку перегиба 21. Точка перегиба на кривой отклика потенциал времени (chronopotentiogram) показывает время перехода и может быть определена изМаксимум первой производной потенциальной ответ 22. Время перехода является характеристикой концентрации ионов. Этот подход был использован для определения различных ионов концентрацию 17 и рН электролитов 23,24. В случае электрода Ag / AgCl в качестве рабочего электрода (к которому ток подводится) ионы Разрушающих будет хлоридные ионы 17, Поэтому измерения его время перехода будет определять его концентрацию.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Чип Изготовление

Примечание: Чип состоит из рабочего электрода Ag / AgCl (мы), А.Н. Ag / AgCl псевдо-электрода сравнения (псевдо-RE) и платины противоположного электрода на стеклянной чипа. Металлического серебра осаждается на стеклянной чипа, используя стандартную чистую комнату обрабатывает 16. Затем chloridized в 0,1 3 М раствора FeCl в течение 30 сек с образованием слоя AgCl над поверхностью. Ag / AgCl WE (площадь = 9,812 мм 2) находится в центре, в окружении Ag / AgCl псевдо-RE, как показано на рисунке 1.

  1. Депозит серебристый металл на стекле, чтобы сформировать плоскую серебряный электрод. Изготовление чип шаг за шагом в чистом помещении задается следующим образом:
    1. литография
      1. Для очистки поверхности полупроводниковых пластин, погружать стекла пластины сначала в конц. HNO 3 ванны, чтобы удалить любые органические загрязнения, а затем в 1 М КОН, чтобы очистить поверхность.
      2. Применить положительный фоторезиста (толщиной 200 нм) довафельные методом покрытия центрифугированием и предварительного обжига резиста при 95 ° С в течение 15 мин.
      3. Expose пластины УФ-излучения в течение 5 сек через стеклянную маску.
      4. Разработка фоторезиста в растворе проявителя. Это будет подвергать площадь стекла, где электроды будут наносить и на остальной площади будет покрыта неэкспонированная сопротивляться.
    2. травления стекла
      1. Погрузитесь развитую стеклянную пластину в КОН бане для травления открытые участки стекла.
    3. Осаждения металла (Распыление)
      1. Депозит металлического серебра на пораженном участке стекла.
        1. Первый взнос в 20 нм титана (Ti) слоя (напылением) в качестве адгезионного слоя для стекла.
        2. Затем депонировать 70 нм палладий (Pd) слой (путем напыления) в качестве диффузионного барьера между серебром и Ti.
        3. Наконец депозит 500 нм серебристого металла. Это толщина осажденного металла. Площадь рабочего электрода составляет 4 мм 2.
        4. Удалите гemaining противостоять путем литографии процесса в ацетон.
      2. Нарезать пластины в одном размеров кристалла. Чип теперь готова быть chloridized сформировать на чипе Ag / AgCl электрод.
  2. Поместите фишку в держателе предназначен политетрафторэтилена чипа в дом, как показано на рисунке 1. Держатель обеспечивает легкий электрических соединений с помощью кнопочных штифтов (или подпружиненных штифтов) и содержит электрохимическую ячейку.
  3. Chloridize серебряный электрод для формирования электрода Ag / AgCl на чипе. Для этого залить 0,1 М раствора FeCl 3 в клетке в течение 30 сек. или до серебряного цвета электрода становится темным серовато. Более погружение не является критическим тогда короче время погружения может привести ни к какому осаждения Ag / AgCl.
  4. Ополосните чип с деионизированной водой, чтобы очистить оставшуюся FeCl 3 .the чип теперь готова быть использованы для chronopotentiometric измерения.

2. Электролит Получение

Примечание: электролиты были подготовлены с различной концентрацией хлорида калия в 0,5 М KNO 3.

  1. Подготовьте 50 мл 50 мМ KCl электролит маточного раствора (0,186 г KCl в 50 мл раствора).
  2. В тот же раствор добавить 2,52 г KNO 3, чтобы сформировать 0,5 М KNO 3 фоновый электролит.
  3. Хранить стартовый концентрацию хлорида нулю и KNO 3 до 0,5 М. Другими словами добавить 2,52 г KNO 3 в 50 мл деионизированной воды.
  4. Добавить 50 мМ KCl, чтобы увеличить концентрацию хлорид-ионов (от 1 до 6 мм) из электролита, систематически, как показано в следующих шагах.
    1. Добавить 100 мкл 50 мМ KCl в 4,9 мл 0,5 М KNO 3, чтобы получить 1 мМ [CL].
    2. Добавить 104 мкл 50 мМ раствора KCl в растворе стадии 2.4.1, чтобы получить 2 мМ [Cl].
    3. Добавить 108.41 мкл 50 мМ раствора KCl в секспособность по стадии 2.4.2, чтобы получить 3 мМ [CL].
    4. Добавить 113.19 мкл 50 мМ раствора KCl в раствор на стадии 2.4.3, чтобы получить 4 мМ [CL].
    5. Добавить 118,2 мкл 50 мМ раствора KCl в растворе стадии 2.4.4, чтобы получить 5 мМ [Cl].
    6. Добавить 123,3 мкл 50 мМ раствора KCl в растворе стадии 2.4.5, чтобы получить 6 мМ [CL].

3. Экспериментальная установка

Примечание: Измерения проводились с использованием потенциостате (Биологическая наука Instruments, Франция).

  1. Поместите фишку в держателе чипа и подсоедините соответствующий терминал потенциостата.
  2. Подключение рабочего электрода терминал потенциостата к электроду Ag / AgCl.
  3. Подключите электродный терминал потенциостата другому Ag / AgCl электрода.
  4. Подключите противоположный электрод терминал потенциостата к платинового электрода.
  5. Поместите компLete установки эксперимент в клетке Фарадея, чтобы избежать окружающего шума.

4. Оперативные Настройки инструмента

Примечание: эксплуатационные параметры электрохимической ячейке осуществляется через пользовательский интерфейс потенциостата. Потенциал отклик Ag / AgCl WE во приложенного импульса тока измеряют при разных концентрациях хлорид-иона.

  1. В программе потенциостата откройте технику хронопотенциометрии и установить рабочие параметры.
    1. Установите следующий параметр в соответствии с требованиями:
      1. Ток (I s)
      2. Время прикладной тока (т е)
    2. Начало эту технику, нажав на кнопку воспроизведения в программе потенциостата.
      Примечание: Программа Потенциостат отображает возможную ответную реакцию в виде функции времени под действием приложенного импульса тока.

5. Измерения и Analysi данныхs

  1. Нарисуйте калибровочную кривую времени перехода от концентрации ионов Cl в электролите.
    1. Изменение концентрации Cl в электролите KCl, систематически.
      1. Начните измерение с 5 мл 1 мМ KCl с 0,5 М KNO 3 фонового электролита в электрохимической ячейке.
      2. Начало chronopotentiometric эксперимент с использованием потенциостате и применить ток 10 мА / см 2 в течение 10 сек и хранить данные.
      3. Систематически изменять концентрацию до 6 мм с шагом 1 мм, а повторить измерения.
    2. Хранить измеренные данные, как a.mpt файла и анализировать файл данных в программы обработки данных.
      1. Анализ данных с помощью программы разработаны обработки данных в дом, чтобы вычислить первую производную потенциальной ответ и вычислить пик первой производной. Пик первой производной время перехода.
        Примечание: полный трескуING программы обработки данных приведен в дополнительной информации о Аббас и др., 2014.
    3. Повторите измерение трижды с интервалом в 1 ч каждый.
    4. Открыть все файлы данных в программе обработки данных и рассчитать время перехода для каждого измерения. Детально шаги расчета времени перехода приведены ниже:
      1. Участок разность потенциалов в зависимости от времени, полученной из файлов данных chronopotentiometric измерения.
      2. Вычислить первую производную потенциальной ответ.
      3. Укажите максимум первой производной и времени его. Время максимума первой производной время перехода.
    5. Для калибровочной кривой, построить квадратный корень из времени перехода по отношению к концентрации ионов Cl.
    6. Наряду измеренных данных построить теоретическую кривую, основанную на уравнении Sand 25. Рассчитать обратно диффузии coefficнике, от участка данных.
      1. В измеренного участка данных между временем перехода и [Cl] взять любую точку на линии и записывать значения времени перехода и [CL]. Уравнение Песок дается как:
        τ = (FC * / 2j (1-трет Cl -)) 2 Dπ
        Здесь С * объемная концентрация ионов Cl, F является постоянная Фарадея, J является плотность тока, т Cl - это число переноса и D коэффициент диффузии. Пренебречь т Cl -, так как он стремится к нулю при более высокой фоновой концентрации электролита.
      2. Единственный оставшийся переменной в уравнении Sand коэффициента диффузии; поставить значение времени перехода, концентрации ионов хлорида и приложенного тока в уравнении Sand Получение значения коэффициента диффузии.
  2. дрейф Измерение
    1. Налейте 5 мл 1 мм KCl вэлектрохимическая ячейка.
    2. В стабилизатором напряжения, установить приложенного тока будет 10 утра -2 и время, чтобы быть 10 сек.
    3. Измерьте возможную ответную реакцию в течение 2 недель с трех измерений каждый день с интервалом 3 ч между измерениями.
    4. Обновить электролита, т.е., 1 мМ KCl, каждый день перед выполнением измерений.
    5. Участок время перехода в течение двух недель измерений. Изменение времени перехода в сутки составляет дрейф временем отклика переход.
  3. Влияние псевдо-электрода сравнения на измерениях времени перехода
    Примечание: Различные псевдо-ссылки, такие как провода Ag / AgCl, платиновой проволоки и стальной проволоки испытаны для измерения времени перехода.
    1. Налейте 4 мм KCl электролит в электрохимической ячейке.
    2. Используйте Ag / AgCl в качестве псевдо-электрода сравнения и подключить его к эталонного электрода терминала потенциостата. Благодаря анодной импульса тока Cl & #713; ионы обедненного вблизи рабочего электрода Ag / AgCl.
    3. Выполните chronopotentiometric измерение путем применения плотность тока 15 Ам -2 течение 10 сек.
    4. Повторить измерения с платиной в качестве псевдо-электрода сравнения и записывать данные.
    5. Повторите измерения с стального стержня как псевдо-электрода сравнения и записывать данные.
    6. Участок измеренное время перехода для различных псевдо-электродов, используемых.
    7. Повторите полный набор измерений с 5 мМ KCl и сюжет время перехода с использованием различных псевдо-электродов сравнения.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ag / AgCl электрод изготовлен на стеклянной чипе (Рис.1) с использованием стандартного процесса чистых помещений. Был использован chronopotentiometric Измерительная установка (рисунок 2) и ответ измер ли с использованием потенциостате. Для наблюдения эффекта концентрации ионов Cl на время перехода, растворы, содержащие 4, 5 и 6 мм CL ионы в 0,5 М KNO 3 фоне измеряются (рисунок 3). Калибровочной кривой квадратного корня времени перехода от концентрации ионов Cl строится вместе с теоретической кривой (рисунок 4). Переход время отклика измеряли в течение двух недель, чтобы оценить дрейф при измерении (рисунок 5). Время перехода измеряется в 4 и 5 мМ концентрации ионов Cl для различных псевдо-электрода сравнения, чтобы наблюдать эффект справочная система по времени перехода (рис 6).Диапазон плотности тока в диапазоне от 1-6 мМ [Cl] вычисляется по формуле Sand (Таблица 1).

Время перехода была измерена в различных концентрациях ионов Cl, а именно 4, 5 и 6 мм, как показано на рисунке 3. Соответствующий потенциал реагирования видна вместе с ее первой производной. Пики первых производных дают время перехода. Момент времени пика смещается к более высоким значениям с увеличением [Cl]. Ожидается, что это, как все больше ионов Cl, присутствующей в объемном электролита означает это займет больше времени, чтобы полностью истощить ионы Cl вблизи поверхности WE. Измеренные раз перехода для указанных концентраций 2,69, 4,28 и 5,92 сек соответственно.

Измерения переходных время были откалиброваны по известной концентрации хлорид-ионов. Измеренные данные иего линейная подгонка представлена ​​на рисунке 4. Корень квадратный из времени перехода в линейной корреляции к [CL], как и было предсказано уравнением Sand. Кажущийся коэффициент диффузии ионов Cl из измеренных данных оказывается 2,280 х 10 -9 м 2 сек -1, что находится в хорошем согласии с теоретическим значением, D = 2 х 10 -9 м 2 сек -1. Отклонение может быть из-за неопределенности в текущем значении плотности приписывают к изменяющейся площадью поверхности в течение импульса тока. Кроме того, отклонение относительно больше для более высоких концентрациях, например, 7 мм. Это объясняется относительно большой толщины профиля концентрации, что делает ее более чувствительной к конвекции.

Динамичный характер переходного времени обеспечивает свободный измерение дрейфа. Для анализа дрейфа, время перехода для 1 мМ Clизмеряли в течение двух недель, как показано на рисунке 5. Существует тенденция к снижению времени перехода, 0,23 мсек / день (соответствует 0,8 мкМ / день), в линейной аппроксимации данных. Тем не менее, это изменение мало и можно было бы отнести к ошибкам обработки, изменение концентрации ионов Cl вследствие испарения, изменение кажущейся плотности тока и изменения температуры в течение периода измерения. Поэтому трудно дать конкретный вывод о дрейфе сенсора; либо нет присущи дрейфа или дрейф относительно невелика.

Другой аспект динамичного характера измерения времени перехода является его независимость от системы отсчета. Различные псевдо-ссылки (ые проводные Ag / AgCl, платиновой проволоки и стальной проволоки) были созданы для измерения времени перехода электрода Ag / AgCl в 4 и 5 мм [CL]. Измерения показано на рисунке 6. Для различных псевдо-refere NCEs ответ существенно не меняется, время перехода изменяется в пределах 80 мс (± 75 мкм при 4 и 5 ионов мМ Cl). Поэтому система отсчета не имеет систематического эффекта; любой металлической проволоки может быть использован в качестве псевдо-электрода сравнения для измерения времени перехода.

Рисунок 1
Рисунок 1. Хлорид сенсор наряду с электрохимической ячейке. (A) Cl ионная сенсор с Ag / AgCl электроды на стеклянной подложке и электрическими колодками соединений. Размерность стеклянной чипа 15 х 20 мм 2, тогда как поврежденная площадь в электрохимической ячейке 78 мм 2. (B) полная электрохимическая ячейка (держатель чип) с смонтированной чипе. Среднего круговая область показывает площадь микросхемы подвергается воздействию электролита 16. 3312 / 53312fig1large.jpg "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

фигура 2
Рисунок 2. Схема времени перехода подхода. (А) Схема подхода обнаружения ионов Cl. Во приложенного импульса тока на WE по отношению к СЕ (не входит в этой фигуре), хлорид-ионы истощают на Ag / AgCl WE, в результате чего в показанном CL профиль концентрации ионов. (B) Схема Dgr; v и dΔV ответ / DT. Сплошная линия (-) и пунктирная линия (-) представляет Dgr; v и dΔV / DT, соответственно. τ есть время перехода и т является длительность приложенного импульса тока. Здесь, т / τ представляет собой отношение приложенной текущего времени и времени перехода, когда т / τ = ​​1, ионы Cl на поверхности рабочего электрода истощает полностью 16. https://www.jove.com/files/ftp_upload/53312/53312fig2large.jpg "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Рисунок 3
Фигура измерений 3. Время перехода. Хронопотенциограммы (сплошная линия) и их первые производные (пунктирная линия) электрода Ag / AgCl в отношении другого Ag / AgCl псевдо-RE электрода в растворах 4, 5 и 6 ионов мМ Cl. Фон электролит 0,5 М KNO 3, применяется импульс тока 10 утра -2, а температура окружающего воздуха 20,9 ° C. Максимальные наклоны потенциальной реакции обозначены пунктирными линиями 16. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

/53312fig4.jpg "/>
Рисунок 4. Калибровочная кривая. Калибровочной кривой, показывающий квадратный корень времени перехода в зависимости от концентрации ионов Cl, в 0,5 М KNO 3 фонового электролита. Круговые точки (О) измеренные данные и сплошная линия (-) является линейной форме. Пунктирная линия (-) является теоретическая кривая из уравнения Песок, экв. (2). Применяется импульс тока 10 утра -2, а температура окружающего воздуха 20,8 ° C. D и Da являются теоретические и очевидные коэффициенты (измеряется) диффузии, соответственно 16. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Рисунок 5
Рисунок 5. Анализ дрейф. Последующие измерения времени перехода в течение двух недель. Каждое измерение проводилось еочень днях, с 3 измерения выполняются каждый день и 3 часа между каждым измерением в тот же день. Электролит содержит 1 мм CL ионов в 0,5 М KNO 3 фоне и применяется импульс тока 10 утра -2. Точки данных и линейная подгонка обозначены (+) и пунктирной линией соответственно 16. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Рисунок 6
Рисунок 6. Влияние различных псевдо-электродов сравнения. Измеренные раз переходные использованием псевдо-RE, состоящий из Ag / AgCl жидкостного соединения RE, Ag / AgCl проволоки, платиновой проволоки и стальной проволоки. Применяется импульс тока 15 Ам -2, а температура окружающего воздуха 21,2 ° C. Здесь + и O знаки показывают измеренные данные для 4 и 5 мм CL ионов в 0,5 М KNO 3фон, соответственно 16. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

[CL] Диапазон
(мМ) 		Плотность тока, J
(Am -2) 		(J / С *) мин
(А ∙ м ∙ моль -1) 		(J / C *) макс
(А ∙ м ∙ моль -1) 		τ мин
(ы) 		τ макс
(ы)
С 1 по 6 10 1.66 10 0,146 5.26

Таблица 1. Выбранный плотность тока для Clˉ ионная концентрация 1 до 6 мм, оценивали по формуле. (3). Соответствующие значения отношения J / C и времени перехода также приведены 16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Время перехода момент перегиба; это теоретически не зависит от опорного потенциала т.е. эталонного электрода. Поэтому любой металлической проволоки может быть использован в качестве псевдо-электрода сравнения для измерения времени перехода. В отличие от существующей потенциометрического измерения ионов хлорида в бетоне этот метод позволяет долгосрочное и калибровку бесплатно измерений. Кроме того, чувствительность и дальность обнаружения концентрации могут быть настроены путем регулировки приложенного импульса тока. Для более высоких концентраций Cl, которые в случае бетона, выше импульс тока следует применять, чтобы сохранить время перехода через 6 сек.

Хотя динамический измерение с заданным временем перехода электрода Ag / AgCl кажется привлекательной альтернативой для ведения и калибровки свободного обнаружения ионов Cl. Помехи от других анионов, таких как гидроксиды и галогениды, могут ограничивать его осуществимость Especially когда концентрация мешающих ионов выше, чем ионы Cl. Например смешанный (расширить) пик переходного времени наблюдается, если [OH] в 10 раз выше, чем [CL] в электролите. В этом случае пики время перехода для ионов ОН и CL не могут быть дифференцированы. Дальность обнаружения [CL] зависит от концентрации мешающих ионов, таких как ОН ионов 7. Мы протестировали до 1 мкМ KCl при отсутствии мешающих ионов. Кроме того, в присутствии йодида (I) и бромид (BR) ионов датчик будет преимущественно обнаружить время перехода ибо я и Br ионов, а не хлористого. Как правило, в конкретной помехи от ионов я и BR не имеет значения из-за их отсутствия или незначительного количества. Кроме того, помехи от гидроксида и галогенидов ионами могут быть компенсированы за счет покрытия электрода Ag / AgCl с хлоридом ионселективный-полимерной мембраной (ионофоров) 26.

Применяется импульсный ток является критическим параметром в этом определении времени перехода и должны быть тщательно отобраны. Больший ток импульса может быстро деградируют поверхность AgCl с образованием оксида серебра. В то время как более низкие текущие результаты импульсных в течение длительного времени перехода, следовательно вызывая ошибки в момент перехода из-за нежелательного конвекции. Импульс тока должен быть отрегулирован таким образом, что время перехода находится в пределах 6 сек. Это может быть оценено, поставив значение времени перехода и концентрационные пределы в уравнении Sand 16. Деградации поверхности за счет более высоких импульсов тока может быть исправлено путем применения обратного тока (катодную заряд, я с х с) после каждого измерения (анодный заряд, I A XT а). Катодный ток будет удалить избыток AgCl осаждают во время анодного импульса тока. Катодные Currenт должны быть ниже по амплитуде и больше времени Т с, например, что заряд анодного и катодного тока должна быть равна, т.е., я трет а = я к т гр. Кроме того, грубый диапазон [CL] концентрации ионов должно быть определено заранее и импульса тока таким образом, что время перехода должна достичь в течение от 5 до 10 сек. Кроме того, программа Потенциостат должна быть скорректирована таким образом, что ток анода останавливается, как только время перехода будет достигнута. Это позволит избежать образования назад.

Этот метод может быть использован для долгосрочного измерения ионов Cl в бетоне, дающих долгосрочные и надежные измерения. Он может быть использован для мониторинга ионов Cl в в питьевой воде, бассейны и биологических образцов. Кроме того, она может быть расширена, чтобы контролировать другие ионы галогенид, такой как йодид и bromiде в питьевой воде.

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

Химия выпуск 108 Динамическое измерение хлорид-ионы хронопотенциометрии время перехода уравнение Песок серебро серебряный электрод хлорида
Динамический Электрохимический Измерение ионы хлора
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