電極導線電容校正 —— Gamry技術解決方案

電極導線是電化學工作站的重要組成部分。導線本身電容帶來的影響；批量生產不同導線之間的微小差異，這些都是實驗結果準確性的影響因素。怎樣消除或大限度地降低這些影響？請看Gamry技術解決方案中，如何為您用心校正每一根電極導線。

什么是電極導線電容？ 為什么校正？

電化學工作站電極導線中的各個導體是由同軸電纜組成。 同軸電纜中的外導體用于屏蔽保護感興趣的信號。 由于導線之間的絕緣特性，電纜電容出現在同軸電纜中。需要一定的時間才能使電纜達到其充電水平。 充電時間的這種滯后減慢了正在傳輸的信號，甚至扭曲了傳輸的信號。 對于高頻信號，例如電化學阻抗譜（EIS）測量中出現的那些信號，這種影響會尤其顯著。

以方波為例來闡述脈沖數字信號的傳輸，其垂直上升和下降進入同軸電纜的一端，而具有高電容的電纜會減緩這些電壓轉換，從而使它們從電纜的相對端出來的信號更像鋸齒（見圖1）。終導致傳輸信號和數據的失真。

Figure 1. Example of what happens to the signal when a 
square wave (purple) is passed through a coaxial cable (blue).

圖1. 通過同軸電纜輸入方波（紫色）信號和輸出(藍色)信號的示意圖。

降低電極導線電容影響
為了使電極導線電容的影響小化，采取一些方法措施可以實現，例如增加絕緣體的壁厚，減小導體直徑或使用較低介電常數的絕緣體等都可以。

另外一種解決這個問題的方法是通過軟件進行校正。

結果
Gamry Instruments將電極導線電容進行校正，分為兩個層次來進行，并且納入目前的儀器測試中：

•*個層次是將參數內置于測試軟件中，也就是首先使用標準電極導線進行校正。這種通用的校正方法，大約消除了電極導線造成的99％的異常現象。一般這部分工作在廠家完成。

•第二個層次校正，是更次的校正，即消除制造過程中造成的具體某單根電纜之間的微小差異而導致的1％異常現象。第二級校正可以消除這些微小的測量差異并產生更準確的數據。

圖2顯示了沒有電極導線電容校正的標準電解池的EIS數據。在頻譜的高頻端，可以看到數據跳躍的現象。這些發生在電化學工作站電流換擋的地方，由于電極導線的內置校正與用于測量的電極導線略有不同。

Figure 2. EIS of Gamry Instruments’ calibration cell 
with no correction for cable capacitance.

圖2. 沒有電極導線電容校正的標準電解池的EIS數據

圖3顯示了電極導線電容校正后的標準電解池的EIS數據。都是在同一個標準電解池上獲得的數據。采取電極導線電容校正后，突然的跳躍現象會消失。

Figure 3. EIS of the calibration cell, including correction for cable capacitance.

圖3. 電極導線電容校正后的標準電解池的EIS數據

Figure 4. Superposition of uncorrected (blue, Fig. 2) and corrected (red, Fig. 3) EIS data.

圖4. 電極導線電容未校正（藍色，圖2）和校正（紅色，圖3）后標準電解池的EIS數據的疊加對比。

圖4給出了兩組重疊的阻抗數據，顯示了電極導線電容校正后數據的改進和提高。

如何進行電極導線電容校正？

對于Gamry Instruments的電化學工作站，一般的操作程序如下：

1.將電極導線連接到儀器的標準校準單元，即標準電解池，并將校準單元放入校準屏蔽箱內。

2.在Gamry Instruments的Framework™軟件中，單擊實驗 > 命名腳本，選擇calcable.exp腳本并將其打開。

3.選擇校準電極導線按鈕，確認已連接正確的校準單元，然后單擊確定按鈕。

電化學工作站操作系統會自動進行電極導線電容校正。更多細節可以參閱——電極導線校準快速入門指南。
 

結論
Gamry Instruments電化學工作站通過軟件中的電極導線電容校正功能可解決EIS譜中由于不同導線差異而帶來的結果差異。有關Gamry Instruments的電化學工作和EIS測量的更多信息，請訪問我們的