Potentsiostaat

Potentsiostaat on seade, mis mõõdab ning reguleerib potentsiaali tööelektroodi ja võrdluselektroodi vahel. Potentsiostaat juhib elektrivoolu elektrokeemilisse mõõterakku läbi abielektroodi. Enamasti on potentsiostaadi kasutamiseks tarvis kolme elektroodi, milleks on tööelektrood, võrdluselektrood ning abielektrood.
Potentsiostaat hoiab tööelektroodi ja võrdluselektroodi vahelist potentsiaali konstantsena, reguleerides elektrivoolu abielektroodil. 
Potentsiostaadi tööpõhimõte.
Potentsiostaat asendab vooluringi, mis reguleerib potentsiaali elektrokeemilises rakus varieerides voolutugevust, mida rakendatakse süsteemile, suuremal takistusel on voolutugevus nõrgem ning väiksemal takistusel on voolutugevus suurem.
Seda kirjeldab Ohmi seadus:
R=E/I,
kus R on takistus, E potentsiaal ning I voolutugevus.
Voolu-pinge võimendi (CA) abil hoitakse pinget tööelektroodi ja võrdluselektroodi vahel võimalikult ligilähedasena sisemisest vooluallikast (Ei) tuleva pingega. Voolu-pinge võimendi ülesandeks on võimendada potentsiaalide erinevust positiivse sisendi ning negatiivse sisendi vahel.
Seda kirjeldab järgmine võrrand:
Eout=A*(E++E-)=A*(Ei-Er) (1),
kus A on voolu-pinge võimendi võimendustegur
Sellest saab teha järelduse, et elektrivool ei läbi võrdluselektroodi ning see vastab olukorrale, kus kasutatakse elektrokeemilist rakku, sest võrdluselektrood on ühendatud kõrge näivtakistusega elektromeetriga.
Raku elektrivoolu kohta saab kirjutada võrrandid kahel viisil:
Ic=Eout/Z1+Z2 (2)
või
Ic=Er/Z2 (3)
Võrranditest 2 ja 3 saab järgmise võrrandi:
Er=Z2/(Z1+Z2)*Eout (4),
Asendades Z2/(Z1+Z2) võrrandis β-ga,
Z2/(Z1+Z2)=β(5) saab võrrandi:
Er=β*Eout (6)
kus β on osa voolu-pinge võimendi väljundi pingest, mis läheb tagasi voolu-pinge võimendi sisendile.
Võrranditest 1 ja 5 saab järgmise võrrandi:
Er/Ei=β*A/1+β*A (7)
Kui βA korrutis on väga suur siis võrrand 7 taandub kujule:
Er=Ei (8),
mis on tõestus sellest, et voolu-pinge võimendi töötab sellisel kujul, et hoida pinget tööelektroodi ja võrdluselektroodi vahel sisemise vooluallika pingega võrdsel tasandil.
Põhilised kasutusalad.
Potentsiostaat on oluline tänapäevases elektrokeemias ning selle abil uuritakse erinevaid redoksreaktsioone.
Potentsiostaati kasutatakse elektrokeemiliselt aktiivsete ainete ning mikroobide uurimiseks lahuses, millel on rakendusi näiteks keskkonnaseirel, toksiinide või saasteainete kindlaks tegemisel vees ning toksiinide ja koostisosade määramisel toidus.
Voltamperomeetrias, voolutugevust (amprites) mõõdetakse elektrilise potentsiaali (voltides) suhtes. Lahusti elektrolüüsil mõõdetakse üleminevat elektrilaengut aja suhtes, seda tehakse selleks, et teada saada kas üleminev elektrilaeng on lähedane oodatud kulonite arvule.
Olulised funktsioonid.
Elektrokeemilistel eksperimentidel kasutatavad elektroodid on otseses kontaktis analüüsitava lahusega, sellel põhjusel on elektroodid väga olulised katsetulemusel. Elektroodi pind võib käituda katalüsaatorina või mitte käituda katalüsaatorina keemilistel reaktsioonidel. Elektroodi suurus mõjutab elektrivoolu suurusjärku, mis võib omakorda mõjutada müra hulka. Elektroodid ei ole ainsateks limiteerivateks faktoriteks elektrokeemilisel analüüsil, potentsiostaadid erinevad samuti töövõime poolest.
Olulised funktsioonid, mis võivad potentsiostaadi tüübist sõltuvalt olla erinevad:
Ajalugu.
Esimest potentsiostaati esitles Hickling 1942. aastal. Hickling tuli idee peale kontrollida raku potentsiaali kolmanda elektroodi abil. Potentsiostaadi tutvustamine oli oluline edasiminek voltamperomeetrias ning polarograafiliste meetodite kasutamisel.
Enamik varajastest potentsiostaatidest töötasid iseseisvalt, väljutades andmeid läbi füüsilise andmevahetuse, kuid modernsed potentsiostaadid on tehtud nii, et need ühilduvad arvutiga ning neid saab opereerida vastava programmiga. Automatiseeritud programmi abil saab eksperimendi läbiviija vahetada erinevate eksperimentide ning eksperimendi tingimuste vahel. Arvuti laseb andmeid hoiustada ning analüüsida kiiremini ning efektiivsemalt kui varasemad meetodid.