塩化物イオンの動的電気化学測定
Summary
Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.
Abstract
This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver chloride electrode is used extensively for potentiometric measurement of chloride ions concentration in electrolyte. In this measurement, long-term and continuous monitoring is limited due to the inherent drift and the requirement of a stable reference electrode. We utilized the chronopotentiometric approach to minimize drift and avoid the use of a conventional reference electrode. A galvanostatic pulse is applied to an Ag/AgCl electrode which initiates a faradic reaction depleting the Clˉ ions near the electrode surface. The transition time, which is the time to completely deplete the ions near the electrode surface, is a function of the ion concentration, given by the Nernst equation. The square root of the transition time is in linear relation to the chloride ion concentration. Drift of the response over two weeks is negligible (59 µM/day) when measuring 1 mM [Clˉ]using a current pulse of 10 Am-2. This is a dynamic measurement where the moment of transition time determines the response and thus is independent of the absolute potential. Any metal wire can be used as a pseudo-reference electrode, making this approach feasible for long-term measurement inside concrete structures.
Introduction
Ag / AgCl電極の遷移時間測定に基づいて、塩化物イオンセンサが提供されます。目的は、電解液中の塩化物イオンの長時間連続監視中に固有のドリフトを回避することです。 Ag / AgCl電極の動的な測定手法であるクロノポテンシオメトリー測定は、この目的のために使用されます。ここでのAg / AgCl電極の電位の変化の割合は、刺激（定電流パルス）の間に測定されます。このアプローチの利点は、次のような現場アプリケーション、従って長期（数年）のためのClイオン濃度の検出を可能にする、液体接合参照電極を逃亡し、代わりに、擬似参照電極としての金属製のワイヤを使用し、 で実証されていますコンクリート構造物内部の測定。
コンクリート構造物中の塩化物イオンが劣化1,2の主要な原因の1つです。これは、補強鋼aで孔食開始します構造3の最終的な失敗でND結果。そのため、コンクリート中のClイオンを測定することは、構造4,5の寿命やメンテナンスサイクルを予測することは避けられません。異なる感知原理は、電気化学的な6,7、光学8,9電磁10,11として、コンクリート中の塩化物イオンの測定のために報告されています。しかし、かさばるセットアップを持っている光学、電磁方法、スタンドアロンシステムとして統合し、選択性12の問題を持ってすることは困難です。電気化学的手法では、銀/塩化銀電極の電位差測定は、技術のアプローチ6,7,13の状態です。有望な結果にもかかわらず、このアプローチは、欠陥のあるデータ14,15における基準電位と拡散電位降下結果のドリフトので、実験室規模の測定に限定されています。動的電気化学測定（DEM）に基づいて、遷移時間のアプローチは、潜在的に問題を軽減することができ16ドリフト 。
DEMでは、適用される刺激に対するシステムの応答は、17から19を測定しました。そのようなシステムの例は、クロノポテンショメトリーです。ここで適用される電流パルスは、電極表面近くにイオンを枯渇させる刺激として使用され、対応する電位応答が測定されます。 Ag / AgCl電極で陽極電流がファラデー反応を開始銀（Ag + CL 
AgCl + e）は、電極表面近くのClイオンの枯渇をもたらします。電位変化は、印加される電流の関数であり、電解質12,20で（選択）イオンの濃度です。現時点では、これらのイオンは、変曲点21を与え 、完全に電極表面近傍に急速に電位上昇の変化率を枯渇させます。電位 – 時間応答曲線（クロノポテンショグラム）上の変曲点は、遷移時間を示すから決定することができます電位応答22の一次導関数の最大値。遷移時間は、イオン濃度の特徴です。このアプローチは、異なるイオン濃度17および電解質23,24のpHを決定するために使用されています。 （電流が印加される）作用電極としてのAg / AgCl電極の場合に枯渇イオンは、塩化物イオン17あろう。したがって、その遷移時間を測定し、その濃度を決定します。
Protocol
Representative Results
Discussion
遷移時間は変曲の瞬間です。それは、基準電位、すなわち、参照電極の理論的に独立しています。したがって、任意の金属線は、遷移時間測定のための擬似参照電極として用いることができます。コンクリート中の塩化物イオンの既存の電位差測定とは対照的に、この方法は、長期的かつキャリブレーションのない測定を可能にします。さらに感度及び濃度の検出範囲は、印加される?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work is a part of the STW project “Integral solution for sustainable construction (IS2C, Fleur van Rossem for her support during the chip fabrication, Justyna Wiedemair for the chip design and Allison Bidulock for her support during the manuscript preparation.
Materials
| 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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