Jackfish-Zelle
In der Elektrochemie werden elektrische Potentiale und Ströme genutzt, um chemische Prozesse zu kontrollieren. In der Forschung und Entwicklung sind heute besonders jene Prozesse von Interesse, die sich an den Elektroden abspielen. Allerdings fehlt es rein elektrischen Messungen an Informationen über die Abläufe auf der molekularen Ebene. So stellt z.B. der Strom nur die kumulierte Geschwindigkeit aller beteiligten Prozesse dar, liefert aber keine Informationen in Bezug auf die Identität der Produkte oder Zwischenprodukte. Kombiniert man jedoch die Elektrochemie mit spektroskopischen Techniken, lassen sich die Untersuchungen auf die Vorgänge auf molekularer Ebene erweitern.
Eine dafür prädestinierte Technik ist die FTIR-Spektroskopie. Um die Vorgänge direkt an der Elektrode unter begrenztem Einfluß des Elektrolyts untersuchen zu können, eignen sich insbesonders ATR-SEIRAS-Versuche. Dazu wird ein ATR-Element aus Si (oder einem anderen, nichtleitenden Material, z.B. ZnSe oder Ge) mit einer ca. 30 nm dünnen Metallschicht bedampft, die als Arbeitselektrode dient („Kretschmann Konfiguration“). Durch das totalreflektierte IR-Licht innerhalb des ATR-Elements und der damit erzeugten, evaneszierenden Welle senkrecht zur Elementoberfläche werden die Oberflächenplasmonen in der Elektrode angeregt, was die daraus resultierende, elektrische Feldstärke im Raum direkt über der metallischen Oberflächenschicht erheblich verstärkt.
Die Jackfish-Zellen nutzen diese Effekte. Sie sind in 3 Versionen erhältlich, wobei die ATR-Variante des VeeMAX Meßzusatzes mit variablem Einfallswinkel den Unterbau für jede Jackfish-Zelle bildet. Alle 3 Versionen folgen der Drei-Elektroden-Anordnung, um das Elektrodenpotential der Arbeitselektrode mit Hilfe der stromlos betriebenen Referenzelektrode messen zu können.
J1 Zelle:
Die J1 Zelle besteht aus Glas mit einer Basis aus PEEK (optional aus Teflon). Je nach Konfiguration können klassische ATR-Kristalle mit einem Durchmesser von 20 mm (J1F) oder spezielle Si Wafer in den Abmessungen 11 x 9 mm (J1W) montiert werden. Das Zellvolumen beträgt 20 ml. Die J1 Zelle verfügt über mehrere Ports u.a. zum Einsatz der Gegen- und Referenzelektrode. Letztere wird in einen Seitenarm eingeführt. Zu ihrem Schutz ist der Seitenarm durch einen Sperrhahn, der als Strombrücke dient, vom Elektrolyten getrennt, sodaß ein Elektrolytaustausch durch Konvektion ausgeschlossen ist. Über die übrigen Ports können bei Bedarf Begasungen durchgeführt werden, einmal, um den Raum oberhalb des Elektrolyts mit einem Inertgas zu versehen und alternativ, um das Elektrolyt selbst mit einem Inertgas zu durchperlen und hierüber den Raum oberhalb des Elektrolyts mit einem Inertgas zu versehen. Ein weiterer Port dient als Abluftfalle.
J2 Zelle:
Die J2 Zelle ist eine einfachere Ausführung der J1 Zelle. Auch sie besteht aus Glas mit einer Basis aus PEEK (optional aus Teflon). Je nach Konfiguration können klassische ATR-Kristalle mit einem Durchmesser von 20 mm (J2F) oder spezielle Si Wafer in den Abmessungen 11 x 9 mm (J2W) montiert werden. Das Zellvolumen beträgt 10 ml. Die J2 Zelle ist aufgrund der dichtschließenden Ausführung besonders für organische und luftempfindliche Elektrolyte ausgelegt. Anstatt über Glasschliffe werden die Elektroden mit einer Klemmverschraubung am Glaskörper fixiert. Der Durchmesser der Referenzelektrode kann 5 bis 7 mm betragen.
J3 Zelle:
Während die J1 und J2 Zellen ausschließlich für statische Versuche ausgelegt sind, erlaubt die J3 Zelle sowohl rein statische Versuche als auch stop-flow Versuche und Versuche unter reinen Durchflußbedingungen. Sie besteht vollständig aus PEEK mit einer Abluftfalle aus Glas. Je nach Konfiguration können klassische ATR-Kristalle mit einem Durchmesser von 20 mm (J3F) oder spezielle Si Wafer in den Abmessungen 11 x 9 mm (J3W) montiert werden. Das Zellvolumen beträgt 2 ml.
Das Jackfish-Projekt ist eine Kooperation mit Prof. Ian Burgess und seinem Team von der Universität Saskatchewan in Kanada.