Электрод сравнения является незаменимым компонентом в электрохимических исследованиях и практических применениях, играя ключевую роль в измерении и контроле электрического потенциала. Функция электрода сравнения как базовой единицы электрохимической ячейки заключается в обеспечении постоянного и известного эталонного потенциала для точного определения относительных изменений потенциала на рабочем электроде (например, в месте, где происходят окислительно-восстановительные реакции). В этой статье будут рассмотрены рабочая теория, ключевые характеристики и особенности использования референтных электродов во многих областях.
Как работает электрод сравнения

Электрод сравнения обычно состоит из двух частей: одна - вещество со стабильным стандартным потенциалом, например насыщенный каломельный электрод (НКЭ), водородный электрод и т. д.; другой представляет собой проводящую среду, например раствор электролита. Когда электрод сравнения вставлен в измеряемую систему, его поверхность электрода образует стабильную границу обмена заряда, тем самым поддерживая фиксированное значение потенциала. Это фиксированное значение потенциала обеспечивает точку отсчета для потенциалов других электродов, позволяя точно определять потенциал электрохимической реакции на рабочем электроде путем сравнения разности напряжений между электродом сравнения и рабочим электродом.

Электроды сравнения играют жизненно важную роль в электрохимических экспериментах или анализах. Это электрод, используемый для обеспечения опорной точки известного электрического потенциала, из которой можно выполнять измерения электрического потенциала. Электрод сравнения обычно изготавливается из стабильного материала с известным потенциалом и подключается к испытуемому электроду для определения разности потенциалов между испытуемыми электродами. В частности, основные функции электрода сравнения заключаются в следующем:

1. Обеспечьте известную потенциальную опорную точку: эталонный электрод имеет фиксированный потенциал и может использоваться повторно для обеспечения известной потенциальной опорной точки для измерения потенциала других электродов.

2. Определите концентрацию веществ в электролите. Электрод сравнения можно использовать для определения концентрации определенных веществ в электролите или выполнения количественного анализа раствора, такого как определение кислотности, определение ионов металлов и определение окислительно-восстановительного потенциала.

3. Контролируйте разность потенциалов между электродами. Во многих процессах электрохимических реакций электрод сравнения также используется для контроля разности потенциалов между электродами, чтобы обеспечить точность и стабильность эксперимента.

Чтобы гарантировать точность электрода сравнения, он должен соответствовать некоторым особым условиям, таким как наличие стабильного и повторяемого потенциала, способность сохранять высокую стабильность в растворе и отсутствие окисления или восстановления под действием испытуемого электрода или реагента. . Обычно используемые электроды сравнения включают слаборастворимые солевые электроды и т. д. Хотя водородный электрод является идеальным электродом сравнения, он обычно не используется в практических приложениях, поскольку его нелегко реализовать.

Важные характеристики электродов сравнения

1. Стабильность. Идеальный электрод сравнения должен иметь высокую степень стабильности потенциала, то есть при определенных условиях изменение потенциала электрода чрезвычайно мало или незначительно, чтобы обеспечить надежность результатов измерений.

2. Воспроизводимость. Хороший электрод сравнения должен иметь возможность многократного использования в различных экспериментальных условиях и обеспечивать стабильные показания потенциала, что имеет решающее значение для научных исследований и мониторинга промышленного производственного процесса.

3. Быстрое время отклика. Быстро реагирующий электрод сравнения может отражать динамические изменения электрохимической системы в режиме реального времени, что особенно важно при выполнении анализа переходного потенциала.

4. Совместимость. Электрод сравнения должен быть совместим с электролитом испытуемой системы и не будет изменять свой собственный электродный потенциал или влиять на электрохимические свойства системы из-за взаимодействия.

Примеры применения электродов сравнения

1. Электрохимические датчики и технологии обнаружения. В областях мониторинга качества воды, обнаружения загрязнителей окружающей среды и биологического зондирования электроды сравнения часто используются для создания трехэлектродной системы (рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения). Потенциал окислительно-восстановительной реакции контролируется в режиме реального времени для достижения точного количественного анализа концентрации целевого вещества.

2. Коррозионная наука и защита. При антикоррозионных исследованиях металлических материалов эталонный электрод используется для измерения потенциала коррозии металлической поверхности, оценки ее тенденции к коррозии и скорости коррозии, а также помогает сформулировать эффективные антикоррозионные меры.

3. Энергетическая сфера: в исследованиях и оптимизации. В процессе изготовления топливных элементов и вторичных батарей (таких как литий-ионные батареи) электрод сравнения используется для оценки характеристик материалов электродов и кинетических параметров электрохимических реакций, что помогает при проектировании и совершенствовании новых батарей.

4. Биомедицинская инженерия: по неврологии, физиологии.В исследованиях эталонные электроды часто используются для имплантации в организм для мониторинга нервных сигналов или изменений концентрации ионов внутри / снаружи клеток, например, они играют важную роль в записи электрокардиограммы (ЭКГ) и электроэнцефалограммы (ЭЭГ).

5. Процессы электролиза и электроосаждения. Во время электрохимической обработки, такой как гальваника и электролитическое рафинирование, электрод сравнения используется для мониторинга и управления распределением потенциала в электролитической ячейке, чтобы обеспечить точный контроль условий процесса.

В заключение отметим, что электрохимическая система во многом зависит от электрода сравнения. Он является основой для потенциальных измерений и контроля и оказывает глубокое влияние на многие области, такие как научные исследования и исследования, промышленное производство и даже здравоохранение. С развитием науки и техники разработка и производство электродов сравнения также постоянно совершенствуются, чтобы удовлетворить потребности все более сложных и разнообразных сценариев электрохимического применения.