CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.6. Khảo sát tính chất của màng
1.6.4. Đo quang điện hóa bằng hệ Autolab
a. Nguyên tắc hoạt động của hệ Autolab PGSTAT
Tùy thuộc vào ứng dụng, các kết nối của thiết bị lên các tế bào điện hóa có thể được (hay phải) lắp đặt theo cách khác nhau. Dưới đây, ba điện cực điện hóa thường được sử dụng lắp đặt cùng nhau với vai trò như các điện cực sử dụng trong các phép đo điện hóa [17]
Hình 1.14. Sơ đồ cơ bản của PGSTAT Hình1.15. Máy điện hóa đa năng ( Autolab)
Trong chế độ potentiostatic, PGSTAT sẽ được kiểm sốt chính xác điện thế của điện cực đếm (CE) đối với điện cực làm việc (WE) để thấy rõ sự chênh lệch điện thế giữa điện cực đối (RE) và điện cực làm việc (WE), các giá trị này tương ứng với giá trị người đo sử dụng. Bằng việc sử dụng PGSTAT, người đo điều khiển giá trị chính xác (ví dụ như áp thế hoặc dịng), bất cứ khi nào trong quá trình đo bằng việc sử dụng cơ chế phản hồi âm. Như đã thấy trên sơ đồ 1.14, điện cực CE được kết nối với đầu ra của một khối điện tử mà được điều khiển bằng bộ khuếch đại CA. Bộ khuếch đại kiểm sốt độ mạnh của dịng điện thơng qua tế bào điện cực. Giá trị của dòng được đo bằng một Current Follower (LowCF) hoặc Shunt
đo giữa RE và S với bộ khuếch đại vi sai (Diffamp).Tùy thuộc vào chế độ sử dụng các PSTAT/GSTAT được chuyển đổi đề thiết lập cho phù hợp. Các tín hiệu sau đó được đưa vào Summation Point (Σ) mà cùng với các dạng sóng được thiết lập bởi các kỹ thuật số-to-analog chuyển đổi (Ein) sẽ được sử dụng như một đầu vào cho việc kiểm soát bộ khuếch đại.
b. Các điện cực được sử dụng trong điện hóa
Các điện cực đối (đếm) (CE) hay cịn gọi là điện cực phụ trợ là điện cực sử dụng trong điện hóa. Nó thường được làm bằng các vật liệu trơ (như Pt, Au, grafit, glassy carbon) và thường nó khơng tham gia vào phản ứng điện hóa. Bởi vì dịng giữa WE và CE, tổng diện tích bề mặt của CE phải lớn hơn vùng của điện cực làm việc WE để nó khơng thể là yếu tố hạn chế các quá trình động học của q trình điện hóa đang được nghiên cứu.
Hình 1.16. Hình ảnh 3 điện cực
a. Điện cực so sánh Ag/AgCl; b. Điệc cực đếm Pt; c. Điện cực làm việc
Điện cực tham chiếu (điện cực so sánh) (RE) là điện cực có sự ổn định về
thế điện cực và được sử dụng như một điểm để so sánh đối với việc đo và điều khiển thế. Sự ổn định thế điện cực cao của điện cực so sánh thu được bằng cách sử dụng hệ thống các phản ứng oxi hóa khử với nồng độ khơng đổi (đệm hoặc bão hịa) của thành phần tham gia phản ứng oxi hóa khử. Hơn nữa, dòng qua điện cực so sánh được bằng khơng (lý tưởng, 0) có thể thu được bằng cách sử dụng CE đóng mạch trong các tế bào với một trở kháng đầu vào rất cao trên các điện kế (> 100
Điện cực làm việc (WE) là một trong các điện cực trong hệ thống điện hóa
mà ta quan tâm các phản ứng đang xảy ra trên đó. Điện cực làm việc thơng thường có thể làm bằng các vật liệu như Au, Ag, Pt, GC (glassy carbon) và các điện cực phủ Hg và màng mỏng… Đối với các ứng dụng ăn mòn, vật liệu được sử dụng điện cực làm việc là vật liệu nghiên cứu (mà thực sự ăn mịn). Kích thước và hình dạng của điện cực cũng thay đổi và nó phụ thuộc vào ứng dụng.
c. Cách lắp đặt các điện cực với Autolab PGSTAT
Các cáp của Autolab PSTAT (hình 1.17) có tổng cộng 5 kết nối WE, CE, RE, S và nối đất. Điện thế luôn luôn được đo giữa RE (màu xanh) và S (màu đỏ) và dịng điện ln ln được đo giữa WE (màu đỏ) và CE (màu đen). Kết nối mặt đất (màu xanh lá cây) có thể được sử dụng để kết nối các thiết bị bên ngoài để cùng một mặt bằng của PGSTAT.
Hình 1.17. Các cáp kết nối của Autolab PGSTAT và màu sắc được sử dụng
Hình 1.18. Sơ đồ lắp đặt 3 điện cực
Cách lắp đặt 3 điện cực
Hệ ba điện cực được sử dụng phổ biến nhất trong điện hóa và được lắp đặt như sau: Trong trường hợp này dòng điện chạy giữa CE và WE. Sự chênh lệch về thế được điều khiển giữa hai điện cực WE và CE và được đo giữa RE (giữ gần giá trị của WE) và S. Bởi vì điện cực WE được kết nối với S và điện cực WE được giả nối đất (cố định và thế ổn định), bằng việc kiểm sốt sự phân cực hóa của CE, sự
lệch về thế giữa WE và CE thường không được đo. Đây là điện áp được cung cấp bằng việc điều khiển bộ khuếch đại và nó được giới hạn bởi điện áp phù hợp máy. Nó được điều chỉnh để sự chênh lệch về thế giữa WE và RE bằng với sự chênh lệch về thế theo quy định của người sử dụng. Cấu hình này cho phép thế qua mặt phân cách của điện hóa tại WE được kiểm sốt với RE.