電極インピーダンス 電気二重層

質問

食塩水などの電解質に対して2電極法でインピーダンス測定を
周波数1～1MHzくらいで行うとします。低周波においては
電極インピーダンスの影響により高インピーダンスを
示し、周波数に伴いインピーダンスは減少します。
高周波においては配線等のインダクタンスの影響によりインピーダンスが
増加していくと思います。このときインピーダンスが
一定の値をとるところが電解質のインピーダンスを
示していると考えられます。

○インピーダンスが一定となる部分(周波数域)が電極形状によって異なるのですが、
これは電極インピーダンスによるものなのでしょうか？
○インピーダンスが一定となる部分が狭いと測定になんらかの悪影響が
あったりするのでしょうか？
○インピーダンスが一定となる部分を電解質のインピーダンスとするとき、
電極インピーダンスの大小で測定結果に差がでたりしますか？

よろしくお願いします！

回答No.2

veryyoung

電極の電気二重層容量 C [F/m^2] と、導電率 σ [S/m] 溶液による電極間 d [m]の「水柱」抵抗 からなるコーナー周波数 ω は、
d / σ = 1 / ( ω C / 2 ) で定まるのではありませんか。

例えば、1%食塩水σ= 18 mS/cm、電気二重層容量 C= 1μF/cm^2、電極間隔 d= 1 cm とするなら、コーナー周波数は、5.7 kHz と計算されます。このコーナー周波数は、当該直列モデルの下、導電率の測定誤差を増大させない下限周波数の目安となるでしょう。

一方、電気二重層効果の補正排除を前提にするにせよ、溶液誘電率を低誤差で求めたいならば、(ω εr εo ) と σで構成される偏角より、二重層容量のリアクタンスと前期「水柱」抵抗で構成される偏角が小さい事が望まれるでしょう。つまり、
arctan ( ω εr εo / σ ) > arctan ( (σ / d) / (ω C / 2) )
書き換えると、ω > √ ( 2 σ^2 / ( d C εr εo ) )
水の誘電率程度(比誘電率εr:約80）に関し、前記導電率等条件を付加しすると、下限周波数は、1.5 MHzになるようです。

なお、測定系が対象溶液の偏角評価をこなせるかの事前チェックは必要でしょう。電極に替えて100Ω抵抗器を接続、これを理想と仮定し、各周波数で表示される偏角を見てみるのも一案かと思います。

お礼

数式から考えたことがなかったので大変参考になりました
ありがとうございました

回答No.1

shintaro-2

>よろしくお願いします！

それらを考えるのが、貴方に与えられたノルマです。
いままで学んだことから考えることを放棄しないようにしましょう。