電極導(dǎo)線(xiàn)電容校正 —— Gamry技術(shù)解決方案

電極導(dǎo)線(xiàn)是電化學(xué)工作站的重要組成部分。導(dǎo)線(xiàn)本身電容帶來(lái)的影響；批量生產(chǎn)不同導(dǎo)線(xiàn)之間的微小差異，這些都是實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響因素。怎樣消除或大限度地降低這些影響？請(qǐng)看Gamry技術(shù)解決方案中，如何為您用心校正每一根電極導(dǎo)線(xiàn)。

什么是電極導(dǎo)線(xiàn)電容？ 為什么校正？

電化學(xué)工作站電極導(dǎo)線(xiàn)中的各個(gè)導(dǎo)體是由同軸電纜組成。 同軸電纜中的外導(dǎo)體用于屏蔽保護(hù)感興趣的信號(hào)。 由于導(dǎo)線(xiàn)之間的絕緣特性，電纜電容出現(xiàn)在同軸電纜中。需要一定的時(shí)間才能使電纜達(dá)到其充電水平。 充電時(shí)間的這種滯后減慢了正在傳輸?shù)男盘?hào)，甚至扭曲了傳輸?shù)男盘?hào)。 對(duì)于高頻信號(hào)，例如電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)量中出現(xiàn)的那些信號(hào)，這種影響會(huì)尤其顯著。

以方波為例來(lái)闡述脈沖數(shù)字信號(hào)的傳輸，其垂直上升和下降進(jìn)入同軸電纜的一端，而具有高電容的電纜會(huì)減緩這些電壓轉(zhuǎn)換，從而使它們從電纜的相對(duì)端出來(lái)的信號(hào)更像鋸齒（見(jiàn)圖1）。終導(dǎo)致傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)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(guò)同軸電纜輸入方波（紫色）信號(hào)和輸出(藍(lán)色)信號(hào)的示意圖。

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

另外一種解決這個(gè)問(wèn)題的方法是通過(guò)軟件進(jìn)行校正。

結(jié)果
Gamry Instruments將電極導(dǎo)線(xiàn)電容進(jìn)行校正，分為兩個(gè)層次來(lái)進(jìn)行，并且納入目前的儀器測(cè)試中：

•*個(gè)層次是將參數(shù)內(nèi)置于測(cè)試軟件中，也就是首先使用標(biāo)準(zhǔn)電極導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行校正。這種通用的校正方法，大約消除了電極導(dǎo)線(xiàn)造成的99％的異常現(xiàn)象。一般這部分工作在廠(chǎng)家完成。

•第二個(gè)層次校正，是更次的校正，即消除制造過(guò)程中造成的具體某單根電纜之間的微小差異而導(dǎo)致的1％異常現(xiàn)象。第二級(jí)校正可以消除這些微小的測(cè)量差異并產(chǎn)生更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

圖2顯示了沒(méi)有電極導(dǎo)線(xiàn)電容校正的標(biāo)準(zhǔn)電解池的EIS數(shù)據(jù)。在頻譜的高頻端，可以看到數(shù)據(jù)跳躍的現(xiàn)象。這些發(fā)生在電化學(xué)工作站電流換擋的地方，由于電極導(dǎo)線(xiàn)的內(nèi)置校正與用于測(cè)量的電極導(dǎo)線(xiàn)略有不同。

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

圖2. 沒(méi)有電極導(dǎo)線(xiàn)電容校正的標(biāo)準(zhǔn)電解池的EIS數(shù)據(jù)

圖3顯示了電極導(dǎo)線(xiàn)電容校正后的標(biāo)準(zhǔn)電解池的EIS數(shù)據(jù)。都是在同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電解池上獲得的數(shù)據(jù)。采取電極導(dǎo)線(xiàn)電容校正后，突然的跳躍現(xiàn)象會(huì)消失。

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

圖3. 電極導(dǎo)線(xiàn)電容校正后的標(biāo)準(zhǔn)電解池的EIS數(shù)據(jù)

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

圖4. 電極導(dǎo)線(xiàn)電容未校正（藍(lán)色，圖2）和校正（紅色，圖3）后標(biāo)準(zhǔn)電解池的EIS數(shù)據(jù)的疊加對(duì)比。

圖4給出了兩組重疊的阻抗數(shù)據(jù)，顯示了電極導(dǎo)線(xiàn)電容校正后數(shù)據(jù)的改進(jìn)和提高。

如何進(jìn)行電極導(dǎo)線(xiàn)電容校正？

對(duì)于Gamry Instruments的電化學(xué)工作站，一般的操作程序如下：

1.將電極導(dǎo)線(xiàn)連接到儀器的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)單元，即標(biāo)準(zhǔn)電解池，并將校準(zhǔn)單元放入校準(zhǔn)屏蔽箱內(nèi)。

2.在Gamry Instruments的Framework™軟件中，單擊實(shí)驗(yàn) > 命名腳本，選擇calcable.exp腳本并將其打開(kāi)。

3.選擇校準(zhǔn)電極導(dǎo)線(xiàn)按鈕，確認(rèn)已連接正確的校準(zhǔn)單元，然后單擊確定按鈕。

電化學(xué)工作站操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行電極導(dǎo)線(xiàn)電容校正。更多細(xì)節(jié)可以參閱——電極導(dǎo)線(xiàn)校準(zhǔn)快速入門(mén)指南。
 

結(jié)論
Gamry Instruments電化學(xué)工作站通過(guò)軟件中的電極導(dǎo)線(xiàn)電容校正功能可解決EIS譜中由于不同導(dǎo)線(xiàn)差異而帶來(lái)的結(jié)果差異。有關(guān)Gamry Instruments的電化學(xué)工作和EIS測(cè)量的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的