Ein EIS-Analyzer (Eis Analysator) ist ein Gerät, das messen kann, wie eine bestimmte Substanz oder Elektrodenoberfläche auf ein ständig erhöhtes und verringertes Potential reagiert, das innerhalb bestimmter vordefinierter Grenzen liegt (eine Potenzialwelle).
Angewendetes Signal Wie ein Potentiostat stellt auch ein EIS-Analyzer sicher, dass einem bestimmten (flüssigen) Stoff ein Potential angelegt wird. Normalerweise ist das angewendete Signal eines Potentiostaten stabil, aber für EIS gibt es eine geringe Variation im angelegten Potential. Diese Variation ist eine sinusförmige Welle mit einer genau kontrollierten Frequenz und Amplitude. Zum Beispiel kann der PalmSens4 sinusförmige Wellen mit einer Frequenz zwischen 1 MHz und 10 μHz anwenden, der EmStat Pico kann Sinuswellen bis zu 200 kHz anwenden und messen.
Messungen des EIS-Analysators Die Potenzialwelle (Abbildung 1: blau) erzeugt periodische Potenzialunterschiede zwischen der Elektrode, die mit dem Gerät verbunden ist, und dem Objekt oder der (flüssigen) Substanz, die mit der Elektrode in Kontakt steht. Dies führt zu einem Elektronenstrom, der ebenfalls eine sinusförmige Form hat (Abbildung 1: grün).
Der EIS-Analysator misst den Unterschied zwischen dem maximalen und dem minimalen Strom (d. h. die Höhe oder Amplitude der Wellen), aber auch den zeitlichen Unterschied zwischen den Potenzial- und Stromformen. Dies ermöglicht die Berechnung des elektrischen Widerstands (besser Impedanz) der Flüssigkeit oder des Objekts. Wenn mehrere Frequenzen getestet werden, können einzelne Komponenten und Effekte identifiziert werden, die für diesen Widerstand verantwortlich sind.
Anwendungen des EIS-Analysators Ein EIS-Analysator wird hauptsächlich für die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) verwendet, um den elektrischen Widerstand (gemessen in Ohm) von Substanzen und Objekten zu untersuchen. Einige Beispiele:
- Wie widerstandsfähig ist eine Farbbeschichtung? Mit anderen Worten, wie wird sich eine Beschichtung im Laufe der Zeit verhalten? Ohne einen EIS-Analysator könnte ein Farbenhersteller die Widerstandsfähigkeit seiner Beschichtung nur durch langanhaltende Belastungstests in der Praxis reproduzieren. Mit einem EIS-Analysator lässt sich jedoch das Verhalten für die nächsten zehn Jahre mit einem kurzen Test leicht vorhersagen.
- Wie widerstandsfähig ist eine Betonwand, korrodiert der Stahl in der Wand nicht zu schnell? Mit einem EIS-Analysator kann vorhergesagt werden, in welchem Betontyp der Stahl schneller korrodiert.
- Messen des Widerstands der DNA einer bestimmten Zelle. DNA erscheint immer in Doppelsträngen und bildet eine Helix. Sie ist so aufgebaut, dass sich die beiden Stränge des Paares perfekt miteinander abstimmen. Wenn ein Strang an eine Elektrode gebunden ist, geht eine Kopplung mit dem passenden DNA-Strang mit einer Änderung des Widerstands einher. Dies kann auch mit einem EIS-Analysator beobachtet werden.
Vorteile eines EIS-Analysators
Der große Vorteil eines EIS-Analysators besteht darin, dass er es dem Benutzer ermöglicht, Tests durchzuführen, ohne das Objekt zu zerstören. Dies ermöglicht es einem Hersteller, seine Produkte zu testen, bevor sie tatsächlich das Werk verlassen, ohne sie tatsächlich zu verwenden oder zu beschädigen.
Ein weiterer Vorteil ist der Vorhersagewert von Tests, die mit einem EIS-Analysator durchgeführt werden. Ein EIS-Analysator-Test (ein sogenannter Frequenzscan) dauert auch überhaupt nicht lange, während Tests auf Korrosionseigenschaften durch Salzsprühtests sehr lange dauern.
Sensoren des EIS-Analysators Viele Materialien können mit einem EIS-Analysator analysiert werden. In der Korrosionsforschung sind die korrodierenden Materialien direkt mit dem EIS-Analysator verbunden. Ähnliches gilt für die Brennstoffzellen- oder Batterieforschung. In der analytischen Chemie wurden eine Reihe von Sensoren entwickelt, die ihren Widerstand nur bei Kontakt mit spezifischen Substanzen ändern. Auch moderne Biosensoren werden mittels Impedanzspektroskopie untersucht.
Preise des EIS-Analysators EIS-Analysatoren können ziemlich teuer sein, aber mit dem PalmSens4-Instrument und dem Sensit Smart PalmSens ist es gelungen, einen EIS-Analysator mit herausragenden Spezifikationen zu einem wettbewerbsfähigen Preis zu entwickeln.
