Potentiostat
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2008-06-21T07:55:41Z
Enseeg
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/* Principe de fonctionnement */
== Introduction ==
Depuis 1942, lorsque Hickling a construit le premier potentiostat à trois électrodes, de nombreux progrès ont été réalisés pour améliorer les possibilités des potentiostats. Hickling a eu l'idée de contrôler automatiquement la tension d'une électrode au moyen d'une troisième électrode : l'électrode de référence. Le principe de fonctionnement d'un potentiostat demeure inchangé depuis <ref> [http://www.bio-logic.info/potentiostat/notes/Application%20note%204.pdf Potentiostat stability mystery explained]</ref>.
== Principe de fonctionnement ==
Dans son principe, un potentiostat mesure la différence de potentiel entre les électrodes de travail (ET) et de référence (Réf) d'une cellule à trois électrodes (Fig. 1), fait passer un courant <math> I_{\textrm c} </math> dans la cellule par l'intermédiaire de la contre électrode (CE) et mesure le courant à l'aide de la chute ohmique <math> I_{\textrm c}</math> <math>R_{\textrm m}</math> aux bornes de la résistance <math> R_{\textrm m}</math>.
L'amplificateur opérationnel AO sert à maintenir la différence de potentiel entre la référence et l'électrode de travail aussi proche que possible du potentiel d'entrée de la source <math> E_{\textrm i} </math>. Il ajuste sa sortie pour contrôler automatiquement le courant dans la cellule de telle sorte que la différence de potentiel entre référence et travail soit aussi proche que possible de <math> E_{\textrm i} </math>.
[[Image:Potentiostat1bis.png|thumb|center|300px|Fig. 1 : Schéma de principe d'un potentiostat.]]
Pour comprendre comment un potentiostat fonctionne il faut écrire quelques équations classiques d'électronique. Mais avant cela on peut remarquer que d'un point de vue électrique la cellule électrochimiques à trois électrodes et la résistance de mesure <math> R_{\textrm m} </math> peuvent être considérés comme deux impédances (Fig. 2). L'impédance <math>Z_1</math> intègre <math> R_{\textrm m}</math> en série avec l'impédance d'interface de la contre-électrode et la résistance de la portion d'électrolyte compris entre la contre-électrode et l'électrode de référence. L'impédance <math>Z_2</math> représente l'impédance d'interface de l'électrode de travail en série avec la résistance de la portion d'électrolyte compris entre l'électrode de travail et celle de référence.
[[Image:Potentiostat2.png|thumb|center|300px|Fig. 2 : Schéma de fonctionnement d'un potentiostat.]]
Le rôle de l'amplificateur opérationnel (AO) est d'amplifier la différence qui existe entre l'entrée <math>+</math> et l'entrée <math>-</math>. Ce qui se traduit mathématiquement dans l'équation :
<math> E_{\textrm{out}}=A\,(E^+-E^-)=A\,(E_{\textrm i}-E_{\textrm r}) </math>. (1)
où <math> A </math> est le gain de l'AO. Avant de continuer nous devons faire l'hypothèse qu'aucun courant, ou un courant insignifiant, traverse l'électrode de référence. Ceci correspond à la réalité puisque l'électrode de référence est connectée à un électromètre de haute impédance. Le courant <math> I_{\textrm c} </math> dans la cellule électrochimique peut s'écrire de deux manières :
<math> I_{\textrm c}=\frac{E_{\textrm{out}}}{Z_1+Z_2} </math>, (2)
et :
<math> I_{\textrm c}= \frac{E_{\textrm r}}{Z_2} </math>. (3)
Combiner les Eqs. (2) et (3) mène à l'équation (4) :
<math> E_{\textrm r}=\frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\,E_{\textrm{out}}=\beta\,E_{\textrm{out}} </math>, (4)
où <math> \beta </math> est la fraction de la tension de sortie de l'AO retournée sur son entrée <math> - </math>, c'est-à-dire le taux de contre-réaction (ou taux de [[rétroaction]]) :
<math> \beta=\frac{Z_2}{Z_1+Z_2} </math>. (5)
Des Eqs. (1) et (4) on tire :
<math> \frac{E_{\textrm r}}{E_{\textrm i}}=\frac{\beta\,A}{1+\beta\,A} </math>. (6)
Lorsque la quantité <math> \beta </math> <math> A </math> est très grande par rapport à un, l'Eq. (6) se simplifie en :
<math> E_{\textrm i}=E_{\textrm r} </math>, (7)
qui prouve que l'AO fonctionne afin de maintenir la différence de potentiel entre l'électrode de référence et celle de travail proche de la tension <math> E_{\textrm i} </math> d'entree.
== Principaux fabricants de potentiostats (liste non-exhaustive) ==
[http://www.bio-logic.info/ Bio-Logic]
[http://www.ecochemie.nl Ecochemie]
[http://www.gamry.com/HomePage/Index.html Gamry]
[http://www.princetonappliedresearch.com/ Princeton Applied Research]
[http://www.solartronanalytical.com/index.htm Solartron ]
[[Catégorie:Électrochimie]]
== Références ==
<references />