CVSim как средство обучения III: Линейность в EIS

26 окт 2022г.

CVSim — чрезвычайно мощный бесплатный инструмент моделирования в EC-Lab®, который позволяет любому понять циклическую вольтамперометрию и ее использование в кинетических исследованиях окислительно-восстановительных реакций.

Он дает возможность моделировать реакцию окислительно-восстановительной реакции на потенциальные линейные рампы, а также на потенциальные синусоидальные рампы. Следовательно, CVSim можно использовать для изучения поведения окислительно-восстановительной реакции (E), например, во время измерений с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS).

Как распознать линейное поведение во время эксперимента EIS с использованием Лиссажу и/или дискретного преобразования Фурье

Используемые параметры показаны на рис. 1. Потенциальная синусоидальная модуляция и токовые отклики могут быть построены, как показано на рис. 2. Для амплитуды 10 мВ токовый отклик после одного периода также является синусоидальным. Сюжет Лиссажу, который простроян в Ewe для синусоидальной модуляции показан на рис. 3. Его эллиптическая форма является доказательством того, что амплитуда потенциала 10 мВ не вызывает нелинейного отклика окислительно-восстановительной системы.

Другой способ проверить это — построить дискретное преобразование Фурье (ДПФ) текущего отклика. Это можно сделать с помощью инструмента преобразования Фурье в EC-Lab® (Анализ->Математика->Преобразование Фурье). Результаты представлены на рис. 4. Имеется только одна линия на частоте возбуждения 1 мГц, и это означает, что система ведет себя как линейная.

Рисунок 1: Настройки, используемые для моделирования поведения реакции (E) во время измерений EIS.
Оба окислительно-восстановительных соединения изначально присутствуют в растворе.

figure 2a

figure 2b

Рисунок 2: Потенциальная модуляция и токовый отклик для окислительно-восстановительной реакции (E) в условиях, показанных на рис. 1.

Рисунок 3: График Лиссажу на рис. 2.

Рис. 4. Преобразование Фурье текущего отклика, показанное на рис. 2.

Если мы используем модуляцию потенциала 50 мВ, установив E1 и E2 равными 0,05 и -0,05 В соответственно, мы увидим, что токовая характеристика совершенно другая (рис. 5). Текущий отклик больше не похож на единую синусоиду и кажется искаженным. График Лиссажу выглядит менее эллиптическим, чем раньше (рис. 6), даже после первого периода сигнала.

figura 5

fig5b

Рис. 5: Потенциал и токовый отклик для окислительно-восстановительной реакции (Е) в условиях, показанных на рис. 1
, за исключением амплитуды модуляции входного потенциала, которая равна 50 мВ вместо 10 мВ.

fig6

Рисунок 6: График Лиссажу на рис. 5.

Наконец, если мы построим ДПФ токового отклика (рис. 7), у нас будут две линии, одна на частоте возбуждения f , а другая на частоте 3f , что является определенным доказательством того, что система не ведет себя линейно. Тот факт, что присутствует только 3- ^я гармоника, а не 2- ^я , объясняется выбором коэффициента симметрии α f=0,5. Если выбрать коэффициент симметрии α f=0,1, начинает проявляться вторая гармоника (рис. 8). Мы бы увидели еще больше гармоник, если бы могли увеличить амплитуду сигнала.

В этом разделе также показано, что использование FT сигнала для оценки нелинейности гораздо более чувствительно и удобно, чем использование графика Лиссажу, для которого параметр дискриминации ( т . е . форма графика) является менее количественным.

ДПФ используется для расчета показателей качества [1,4].

fig7

Рис. 7: Преобразование Фурье текущей характеристики, показанной на рис. 5. Дополнительный сигнал виден на частоте 3 мГц.

fig7b

Рис. 8. Преобразование Фурье с теми же параметрами, что и на рис. 7, но с коэффициентом симметрии.

Больше информации можно увидеть здась:

В рамках лабораторных исследований используются патенциостаты-гальваностаты.

Поделиться в соцсетях:

Продукция

CVSim как средство обучения III: Линейность в EIS

Как распознать линейное поведение во время эксперимента EIS с использованием Лиссажу и/или дискретного преобразования Фурье

Связаться с нами