При проведении электрохимического синтеза, как правило, можно обойтись достаточно простым сепарированием пространства с помощью диафрагм и мембран, собирая отдельно продукты катодной и анодной реакции. Однако в электрохимическом анализе с использованием третьего электрода – электрода сравнения – появляется необходимость корректного и рационального разделения пространства ячейки. В трехэлектродных схемах – рабочий электрод (РЭ), вспомогательный электрод (ВСП), электрод сравнения (ЭС) – мы имеем дело с двумя электрическими контурами: рабочим и измерительным. Рабочий контур состоит из РЭ – электролит – ВСП и в нём протекает основной электрохимический процесс с заряжением поверхности электродов и массопереносом за счет конвекции, миграции или диффузии. Измерительный контур, включающий в себя РЭ – электролит – ЭС, характеризуется лишь динамически равновесным потенциалом, т.е. стремлением электрохимической системы прийти в равновесное (энергетически выгодное) состояние. При этом электрический ток, а значит и электрохимическая реакция, в этом случае отсутствуют. Вот такая присказка, а теперь сказка.
Ячейка, которую вы можете видеть на фотографиях, состоит из трех разделенных пространств. Центральное пространство, снабженное системой продувки ячейки газом, является рабочей зоной в которой происходит исследуемая реакция. Наличие продувки позволяет вытеснить растворенный в воде кислород с помощью водорода или инертного газа, если то требует протокол измерений.
Пространство, соединенное с центральным с помощью диафрагмы из мелкопористого стеклянного спека, служит для размещения вспомогательного электрода. Наличие диафрагмы затрудняет смешивание католита и анолита, что позволяет исследовать обратимые и квази-обратимые реакции в каждой из зон, не опасаясь изменения состава электролита. Для наиболее важных измерений используют разборные ячейки, с возможностью разделения катодного и анодного пространства мембраной.
В третьем пространстве, соединенном с центральным с использованием капилляра (капилляра Луггина-Габера), располагается электрод сравнения. Поскольку назначение электрода сравнения – измерение потенциала РЭ в равновесном состоянии и под током – кончик капилляра располагают как можно ближе к поверхности РЭ во избежание омических потерь (дополнительного падения напряжения в электролите). В среднем измерение потенциала под током в 10-100 мА с использованием капилляра позволяет снизить омические потери до 5-10 мВ, что считается приемлемым значением. Без капилляра данное значение может начинаться с 50 мВ и дальше, что уже вносит серьезную ошибку в измерение.
Что касается перемешивания и термостатирования ячейки, то для первого используют магнитную мешалку с малой скоростью вращения, а для второго – либо термостат, либо ячейку, снабженную «рубашкой». Производством таких ячеек занимается стеклодувная мастерская при НИИ (если в данном научном учреждении она есть, и есть мастера готовые взяться за такое) или добрые ребята из китайских провинций Гуандун, Цанчжоу и Шаньси, готовые исполнить практически любые стеклодувные фантазии.
Спасибо за прочтение.
Не забывайте оставлять фидбэк и рассказывайте о нас.