Chemie Diplomarbeit / FakultÃ¤t fÃ¼r Chemie und Pharmazie ...

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(Widerständen, Spulen und Kondensatoren, aber auch konstanten Phasenelementen und WARBURG-Impedanzen) verhält und sich daher über einen Ersatzschaltkreis beschreiben läßt. Die das System aufbauenden Materialien, ihre Struktur und insbesondere ihre physikalischen Eigenschaften (z.B. Oberflächenrauhigkeit, Porosität) und Wechselwirkungen (z.B. an Phasengrenzen) bestimmen die Art, Größe und Anordnung der elektrischen Impedanzelemente. Voraussetzung für die Auswertbarkeit der Ergebnisse ist ein lineares Strom-Spannungs-Verhalten des (Redox-) Systems und der darin ablaufenden Prozesse, da ansonsten Wechselstromkurven auftreten, deren positive und negative Halbwellen differieren (und sich als eine Art Gleichrichtereffekt bemerkbar machen). Wählt man die Amplitude U 0 des Erregungssignals jedoch klein genug (ca. 2 bis 10mV), kann mit linearen Näherungen gearbeitet werden. Während der Aufnahme eines Impedanzspektrums muß das (mittlere) Potential konstant gehalten werden, da die Impedanz eines elektrochemischen Systems potentialabhängig ist. Die Konstanz des Potentials kann entweder durch eine Referenzelektrode oder durch die Einführung eines reversiblen Redoxpaares, das als innere Referenz zwischen zwei Elektroden fungiert, gewährleistet werden. Die angelegte Wechselspannung variiert dann bei äquimolaren Konzentrationen des Redoxpaares um das Standardpotential E 0 , das sich spontan an den Elektroden einstellt. Diese Vorgehensweise gestattet es, Materialien sowie innere Grenzflächen eines elektrochemischen Systems im Gleichgewichtszustand zu charakterisieren. 2.2.1 .1 Impedanz und Ersatzschaltkreis einer elektrochemischen Zelle In eine physiologische Kochsalzlösung (0,9% NaCl) tauchen drei Elektroden (Arbeits-, Gegen- und Referenzelektrode) parallel zueinander und in hinreichend großem Abstand voneinander ein (Verhinderung, daß die elektrochemische Zelle als Ganzes im meßbaren Frequenzbereich als Kondensator wirkt, beschreibbar über die sog. geometrische Kapazität). An der jeweiligen Elektrodenoberfläche bildet sich aufgrund elektrostatischer Anziehungen zwischen der Elektrode und den Wassermolekülen bzw. den hydratisierten Ionen in der angrenzenden Lösung die sog. STERN-Schicht bzw. HELMHOLTZ-Doppelschicht aus. Dieses elektrochemische Verhalten wird durch einen Plattenkondensator mit der Doppelschichtkapazität C Ds beschrieben. Zeigt dieser Kondensator eine frequenzabhängige Phasenverschiebung mit dem Verlustwinkel θ zwischen angelegter Wechselspannung und dem gemessenen Wechselstrom, wird er als konstantes Phasenelement CPE bezeichnet. Diese 29
Modifikation und Charakterisierung von Mikroelektrodenstrukturen zur Optimierung der kapazitiven Kommunikation mit Nervenfasern Frequenzabhängigkeit wird über die mikroskopische (fraktale) Rauhigkeit der Elektrodenfläche erklärt, die je nach Frequenz eine andereffektive Oberfläche hat. 36 30
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Seite 29: 1 ZC = − i ⋅ ω ⋅ C (2-5) Z X
Seite 69: Modifikation und Charakterisierung

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