Потенциостат — электронный прибор, который обеспечивает поддержку и контроль заданного потенциала (или тока в режиме гальваностата) в системе. Преимущественно используется для оценки скорости и механизма протекания электродных процессов.
В быту потенциостат известен в использовании его в качестве глюкометра, холестеринометра, нитратомера и даже мультиметра. В основе работы этих известных устройств лежит оценка прямой зависимости концентрации (глюкозы, нитрат-аниона, холестирина) от плотности тока. То есть — чем выше плотность тока, тем выше концентрация искомого компонента.
Однако возможности потенциостата куда шире. Это сложное оборудование наиболее часто используют для исследования процессов окислительно-восстановительных реакций на границе фаз. Наиболее часто он находит свое применение в исследовательских университетах, институтах и заводских испытательных лабораториях по всему миру.
К основным областям применения потенциостата относят:
- тестирование коррозионной стойкости материалов;
- тестирование топливных батарей, солнечных элементов;
- электраналитический анализ;
- работы с различными типами сенсоров;
- электросинтез;
- электроосаждение или гальваническое покрытие (хромирование, никелирование, цинкование, меднение и пр.);
- анодное окисление и т.д.
Исследования, требующие применения потенциостатов крайне актуальны на сегодняшний день. Активно ведутся новые исследования и разработки для увеличения емкости аккумуляторов и батарей. Постоянно ведутся разработки новых типов гальванических покрытий, которые встречаются на каждом шагу: от хромированных дисков автомобилей до оцинкованных трубопроводов.
Регулярно нефтегазовая промышленность сталкивается с проблемой коррозионной устойчивости нефте- газопроводов. И во всех этих областях потенциостат — самое востребованное и необходимое устройство.
Ключевые особенности потенциостатов:
В электрохимических экспериментах электроды — это та части оборудования, которая вступает в непосредственный контакт с электролитом. По этой причине электроды очень важны для обеспечения качества и определения результата эксперимента. Поверхность электрода может катализировать или не катализировать химические реакции.
Размер электродов влияет на величину проходящих токов, что может повлиять на отношение сигнал/шум. Но электроды — не единственный ограничивающий фактор для проведения электрохимического эксперимента, потенциостат также имеет свои ограничения. Ниже приведены несколько важных особенностей, которые определяют возможности инструмента.
- Диапазон потенциала (измеренный и заданного): хотя рабочее окно потенциала зависит от используемого растворителя, электроника также может ограничивать возможный диапазон потенциалов.
- Точность потенциала (измеренного и заданного): пределы отклонений между фактическими и заданными величинами потенциала.
- Диапазон скорости сканирования потенциала: насколько медленно или быстро прибор может проводить сканирование потенциала. Это важно для экспериментов, требующих высокой скорости сканирования, например, с использованием микроэлектродов.
- Частота выборки: скорость, с которой происходит регистрация величины потенциала или тока. Это может быть важно для экспериментов, требующих высокой скорости сканирования, например, с использованием микроэлектродов.
- Диапазон тока (измеренного и заданного): минимальное и максимальное значение тока, которое может быть измерено прибором. Применение больших токов важно для экспериментов, в которых пропускают большие токи, например, при большом объемном электролизе. Измерение малых токов важно для экспериментов, в которых пропускаются малые токи, например, с использованием микроэлектродов.
- Точность тока (измеренного и заданного): пределы отклонений между фактическими и заданными величинами тока.
- Количество рабочих каналов: сколькими рабочими электродами может управлять прибор. Бипотенциостат необходим для управления системами с двумя рабочими электродами типа вращающегося дискового электрода с кольцом. Многоканальный потенциостат может быть важен для испытания серии из большого количества однотипных образцов.
- Занимаемое рабочее место: потенциостат может быть небольшим устройством размером примерно 20 х 10 х 5 см и весом около одного килограмма или быть простой платой, которая устанавливается в системный блок настольного компьютера. Большая настольная модель будет иметь размеры порядка 50 х 20 х 10 см и весить до 5 кг или более.
- Интерфейс: может ли прибор работать независимо или должен быть подключен к персональному компьютеру.
- Генератор развертки: может ли система применять аналоговую развертку или в качестве приближения она использует цифровой лестничный генератор. Если используется цифровая лестничная развертка, то важно ее разрешение.
- Вращающийся дисковый электрод: может ли прибор работать с вращающимся дисковым электродом. Это требование актуально для экспериментов, требующих использование вращающегося дискового электрода или вращающегося дискового электрода с кольцом.
- Модуль фарадевского электрохимического импеданса: его наличие существенно расширяет функционально возможности потенциостата.
