✖


Jump to content

Техника сканирующего вибрирующего электрода

Метод сканирующего вибрирующего электрода ( SVET ), также известный как вибрирующий зонд в области биологии , представляет собой метод сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), который визуализирует электрохимические процессы в образце. Первоначально он был предложен в 1974 году Яффе и Нуччителли для исследования плотности электрического тока вблизи живых клеток. [1] Начиная с 1980-х годов Хью Айзекс начал применять SVET для ряда различных исследований коррозии . [2] SVET измеряет локальное распределение плотности тока в растворе над интересующим образцом, чтобы составить карту электрохимических процессов на месте по мере их возникновения. В нем используется зонд, вибрирующий перпендикулярно интересующему образцу, для усиления измеряемого сигнала. [1] Это связано с методом сканирующих ионоселективных электродов (SIET), который можно использовать вместе с SVET при исследованиях коррозии. [3] и метод сканирующего эталонного электрода (SRET), который является предшественником SVET. [4]

История

[ редактировать ]

Техника сканирующих вибрирующих электродов была первоначально предложена для чувствительного измерения внеклеточных токов Яффе и Нуччителли в 1974 году. [1] Затем Яффе и Нуччелли продемонстрировали возможности этого метода путем измерения внеклеточных токов, связанных с ампутированными и регенерирующими конечностями тритона. [5] течения развития куриных эмбрионов, [6] и электрические токи, связанные с амебоидным движением. [7]

В области коррозии метод сканирующего эталонного электрода (SRET) существовал как предшественник SVET и был впервые коммерчески представлен и зарегистрирован под торговой маркой Uniscan Instruments. [8] теперь часть Bio-Logic Science Instruments. [9] SRET — это метод in situ , при котором электрод сравнения сканируется вблизи поверхности образца, чтобы составить карту распределения потенциала в электролите над образцом. Используя SRET, можно определить анодные и катодные участки корродирующего образца без воздействия зонда на процесс коррозии. [10] SVET был впервые применен и разработан для локального исследования коррозионных процессов Хью Айзексом. [2]

Принцип работы

[ редактировать ]
Схема принципа работы измерения СВЭТ.
В SVET зонд вибрирует по оси Z. Во время вибрации он измеряет ток в разных положениях от поверхности образца. Это позволяет составить карту локальной плотности тока.

SVET измеряет токи, связанные с образцом в растворе с естественной электрохимической активностью или смещенным, вызывающим электрохимическую активность. В обоих случаях ток излучается в раствор из активных областей образца. В типичном приборе СВЭТ зонд установлен на пьезоэлектрическом вибраторе на X, Y-ступенях. Зонд вибрирует перпендикулярно плоскости образца, что приводит к измерению сигнала переменного тока . Результирующий сигнал переменного тока обнаруживается и демодулируется синхронным усилителем с использованием входного фазового угла для получения сигнала постоянного тока. [1] [11] [12] Фазовый угол входного сигнала обычно определяется путем ручной регулировки входной фазы синхронного усилителя до тех пор, пока реакция не исчезнет, ​​а затем добавляются 90 градусов для определения оптимальной фазы. [13] Эталонную фазу также можно найти автоматически с помощью некоторых коммерческих инструментов. [14] Полученный в результате демодулированный сигнал постоянного тока можно затем нанести на график, чтобы отразить локальное распределение активности.

Блок-схема метода сканирующего вибрирующего электрода
Блок-схема электроники приборов для метода сканирующих вибрирующих электродов, включая пьезоэлектрический преобразователь, синхронный усилитель, сканирующую головку и зонд.

В SVET вибрация датчика обеспечивает более чувствительные измерения, чем его невибрирующие предшественники. [1] а также приводит к улучшению отношения сигнал/шум . [13] Вибрация зонда не влияет на исследуемый процесс при нормальных условиях эксперимента. [15] [16]

На сигнал SVET влияет ряд факторов, включая расстояние между датчиком и образцом, проводимость раствора и датчик SVET. На мощность сигнала при измерении SVET влияет расстояние между зондом и образцом. Когда все остальные переменные равны, меньшее расстояние между датчиком и образцом приведет к измерению сигнала более высокой величины. [17] Проводимость раствора влияет на мощность сигнала при измерениях SVET. С увеличением проводимости раствора мощность сигнала измерения SVET уменьшается. [18]

Приложения

[ редактировать ]

Коррозия является основной областью применения SVET. SVET используется для отслеживания процесса коррозии и предоставления информации, которую невозможно получить с помощью любого другого метода. [19] В области коррозии он использовался для исследования различных процессов, включая, помимо прочего, местную коррозию, самовосстанавливающиеся покрытия, самоорганизующиеся монослои (SAM). SVET также использовался для исследования влияния различных местных особенностей на коррозионные свойства системы. Например, с помощью SVET измеряли влияние зерен и границ зерен Х70. существовала разница в плотностях тока, Между зернами и границами зерен при этом данные SVET свидетельствовали о том, что зерно было анодным, а граница - относительно катодным. [20] Благодаря использованию SVET удалось исследовать влияние изменения ширины алюминиевой прокладки на гальваническую связь между сталью и магнием , пару, которую можно найти в автомобилях. Увеличение ширины прокладки уменьшило сцепление между магнием и сталью. [21] В более общем плане процессы локализованной коррозии отслеживались с помощью SVET. Для различных систем можно было использовать SVET для отслеживания фронта коррозии, когда он движется по образцу в течение длительных периодов времени, что дает представление о механизме коррозии. [22] [23] [24] Ряд групп использовали SVET для анализа эффективности самовосстанавливающихся покрытий, отображая изменения поверхностной активности с течением времени. Когда измерения SVET для голого металла сравниваются с тем же металлом с интеллектуальным покрытием, можно увидеть, что плотность тока для поверхности с покрытием ниже. Кроме того, когда в интеллектуальном покрытии возникает дефект, ток через дефект уменьшается по мере восстановления покрытия. [25] [26] [27] Мехалиф и др. ал . провели ряд исследований SAM, сформированных на различных металлах, для изучения их ингибирования коррозии с помощью SVET. Исследования SVET показали, что оголенные поверхности подвергаются коррозии с неоднородной активностью, измеренной SVET. Затем SVET использовался для исследования влияния времени модификации. [28] и воздействие коррозионного раствора. [29] При исследовании SAM без дефектов SVET показал однородную активность. [30] [31]

В области биологии техника вибрационного зонда использовалась для исследования множества процессов. Измерения опухолевых клеток рака легких с помощью вибрационного зонда показали, что электрические поля над опухолевой клеткой были статистически больше, чем поля, измеренные над неповрежденным эпителием , при этом опухолевая клетка действовала как анод. Кроме того, было отмечено, что применение электрического поля приводило к миграции опухолевых клеток. [32] С помощью вибрационного зонда измерены электрические токи, участвующие в биологических процессах, происходящих в листьях. С помощью вибрирующего зонда удалось коррелировать электрические токи с устьичным отверстием, предполагая, что устьичное отверстие связано с выходом протонов. [33] На основании этой работы дальнейшие измерения с помощью вибрационного зонда также показали взаимосвязь между фотосинтетической активностью растения и потоком электрического тока на поверхности его листьев, причем измеренный ток менялся, когда оно подвергалось воздействию различных типов света и темноты. [34] [35] И наконец, метод вибрационного зонда использовался при исследовании токов, связанных с поранением растений и животных. Измерение корней кукурузы с помощью вибрирующего зонда показало, что большие входящие токи связаны с повреждением корня, при этом ток уменьшается по величине по мере удаления от центра раны. [36] Когда аналогичные эксперименты проводились на ранах кожи крыс, большие выходные токи измерялись в ране, причем самый сильный ток измерялся на краю раны. [37] Способность вибрационного зонда исследовать раны даже привела к разработке прототипа портативного вибрационного зонда. [38]

SVET использовался для исследования фотопроводящей природы полупроводниковых материалов путем отслеживания изменений плотности тока, связанных с фотоэлектрохимическими реакциями. [39] граница раздела литий/органический электролит, как и в системах литиевых батарей . С использованием SVET также была исследована [40]

Хотя SVET почти исключительно применяется для измерения проб в водных средах, его применение в неводных средах недавно было продемонстрировано Bastos et al. [41]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д и Яффе, LF (1 ноября 1974 г.). «Сверхчувствительный вибрирующий зонд для измерения постоянных внеклеточных токов» . Журнал клеточной биологии . 63 (2): 614–628. дои : 10.1083/jcb.63.2.614 . ISSN   0021-9525 . ПМК   2110946 . ПМИД   4421919 .
  2. ^ Перейти обратно: а б Айзекс, HS (1988). «Инициирование коррозионного растрескивания под напряжением сенсибилизированной нержавеющей стали типа 304 в разбавленном растворе тиосульфата». Журнал Электрохимического общества . 135 (9): 2180–2183. Бибкод : 1988JElS..135.2180I . дои : 10.1149/1.2096235 .
  3. ^ Упадхьяй, Винод; Баттокки, Данте (октябрь 2016 г.). «Локальная электрохимическая характеристика органических покрытий: краткий обзор». Прогресс в области органических покрытий . 99 : 365–377. doi : 10.1016/j.porgcoat.2016.06.012 . ISSN   0300-9440 .
  4. ^ Рамос, Рохелио; Златев, Румен; Стойчева, Маргарита; Вальдес, Бенджамин; Киёта, Саюри (2010). «Новый подход SVET и его применение для исследования быстрой питтинговой коррозии хроматизированного аэрокосмического алюминиевого сплава». ECS-транзакции. 29 (1). ЭКС: 23–31. Бибкод : 2010ECSTr..29a..23R . дои : 10.1149/1.3532300 . S2CID   139071821 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  5. ^ Боргенс, РБ; Ванейбл, Дж.В.; Яффе, LF (1 октября 1977 г.). «Биоэлектричество и регенерация: сильные токи оставляют культи регенерирующих конечностей тритона» . Труды Национальной академии наук . 74 (10): 4528–4532. Бибкод : 1977PNAS...74.4528B . дои : 10.1073/pnas.74.10.4528 . ISSN   0027-8424 . ПМК   431978 . ПМИД   270701 .
  6. ^ Яффе, Л.; Стерн, К. (2 ноября 1979 г.). «Сильные электрические токи покидают примитивную полоску куриных эмбрионов». Наука . 206 (4418): 569–571. Бибкод : 1979Sci...206..569J . дои : 10.1126/science.573921 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   573921 .
  7. ^ Нуччителли, Р. (1 июня 1977 г.). «Связь между амебоидным движением и электрическими токами, контролируемыми мембраной» . Журнал общей физиологии . 69 (6): 743–763. дои : 10.1085/jgp.69.6.743 . ISSN   0022-1295 . ПМК   2215338 . ПМИД   19555 .
  8. ^ Боргварт, К.; Эблинг, Д.; Хайнце, Дж. (1995). «Применение сканирующих ультрамикроэлектродов для исследования поверхностной проводимости». Электрохимика Акта . 40 (10): 1455–1460. дои : 10.1016/0013-4686(95)99707-3 . ISSN   0013-4686 .
  9. ^ «Инструменты биологики» . Био-логические научные инструменты . Проверено 13 мая 2019 г.
  10. ^ Айзекс, HS; Вьяс, Б. (1981), «Методы сканирования электродов сравнения при локализованной коррозии» , Испытания на электрохимическую коррозию , ASTM International, стр. 3–3–31, doi : 10.1520/stp28024s , ISBN  9780803107045
  11. ^ Навата, Томоки (1984). «Простой метод изготовления системы вибрирующих зондов». Физиология растений и клеток . doi : 10.1093/oxfordjournals.pcp.a076795 . ISSN   1471-9053 .
  12. ^ Дорн, А.; Вайзензель, Миннесота (1982). «Достижения в области вибрационных зондов». Протоплазма . 113 (2): 89–96. дои : 10.1007/bf01281996 . ISSN   0033-183X . S2CID   9840545 .
  13. ^ Перейти обратно: а б Рид, Брайан; Нуччителли, Ричард; Чжао, Мин (2007). «Неинвазивное измерение биоэлектрических токов вибрирующим зондом». Протоколы природы . 2 (3): 661–669. дои : 10.1038/нпрот.2007.91 . ISSN   1754-2189 . ПМИД   17406628 . S2CID   15237787 .
  14. ^ «М470 — СВП/СВЕТ» . Био-логические научные инструменты . Проверено 27 марта 2019 г.
  15. ^ Ферье, Дж.; Лукас, WJ (1986). «Ионный транспорт и вибрационный зонд» . Биофизический журнал . 49 (4): 803–807. Бибкод : 1986BpJ....49..803F . дои : 10.1016/s0006-3495(86)83708-0 . ISSN   0006-3495 . ПМЦ   1329531 . ПМИД   2424512 .
  16. ^ Бастос, AC; Кеведо, MC; Феррейра, MGS (2015). «Влияние вибрации и движения зонда на измерения СВЭТ». Коррозионная наука . 92 : 309–314. дои : 10.1016/j.corsci.2014.10.038 . ISSN   0010-938X .
  17. ^ Акид, Р; Гарма, М. (2004). «Техника сканирующего вибрирующего эталонного электрода: исследование калибровки для оценки оптимальных рабочих параметров для максимального обнаружения сигнала активности точечного источника». Электрохимика Акта . 49 (17–18): 2871–2879. дои : 10.1016/j.electacta.2004.01.069 . ISSN   0013-4686 .
  18. ^ Дзиб-Перес, Л.; Гонсалес-Санчес, Дж.; Мало, Дж. М.; Родригес, Ф.Дж. (9 января 2009 г.). «Влияние условий испытаний на чувствительность и разрешение ответа сигнала SRET». Антикоррозионные методы и материалы . 56 (1): 18–27. дои : 10.1108/00035590910923428 . ISSN   0003-5599 .
  19. ^ Бастос, AC; Кеведо, MC; Каравай, О.В.; Феррейра, MGS (2017). «Обзор — о применении метода сканирующего вибрирующего электрода (СВЭТ) для исследования коррозии» . Журнал Электрохимического общества . 164 (14): C973–C990. дои : 10.1149/2.0431714jes . ISSN   0013-4651 . S2CID   103833880 .
  20. ^ Лю, З.Я.; Ли, XG; Ченг, Ю.Ф. (2010). «Описание электрохимии зерна и границ зерен стали X70 на месте в растворе с почти нейтральным pH» . Электрохимические коммуникации . 12 (7): 936–938. дои : 10.1016/j.elecom.2010.04.025 . ISSN   1388-2481 .
  21. ^ Дешпанде, Киран Б. (2012). «Влияние алюминиевой прокладки на гальваническую коррозию между магнием и мягкой сталью с использованием численной модели и экспериментов SVET». Коррозионная наука . 62 : 184–191. дои : 10.1016/j.corsci.2012.05.013 . ISSN   0010-938X .
  22. ^ Каин, ТВ; Гловер, CF; Скалли-младший (2019). «Коррозия твердых растворов бинарных сплавов Mg-Sn в растворах NaCl» . Электрохимика Акта . 297 : 564–575. дои : 10.1016/j.electacta.2018.11.118 . S2CID   105480590 .
  23. ^ Андреатта, Франческо; Родригес, Жюстин; Муанга, Майсент; Ланцутти, Алекс; Федрицци, Лоренцо; Оливье, Марджори Г. (27 декабря 2018 г.). «Защита от коррозии цинк-магниевыми покрытиями стали, исследованной электрохимическими методами». Материалы и коррозия . 70 (5): 793–801. дои : 10.1002/maco.201810554 . S2CID   104399009 .
  24. ^ Лаферрер, Алиса; Берроуз, Роберт; Гловер, Кэрол; Кларк, Рональд Нуучин; Пэйтон, Оливер; Пикко, Лорен; Мур, Стейси; Уильямс, Герайнт (9 октября 2017 г.). «Визуализация коррозионных процессов в оболочке ядерного топлива на месте» (PDF) . Коррозионная инженерия, наука и технологии . 52 (8): 596–604. дои : 10.1080/1478422x.2017.1344038 . ISSN   1478-422X . S2CID   55472047 .
  25. ^ Станкевич, Алисия; Кефаллину, Зои; Мордарский, Гжегож; Ягода, Зофия; Спенсер, Бен (2019). «Функционализация поверхности путем введения свойств самовосстановления в химические покрытия Ni-P» . Электрохимика Акта . 297 : 427–434. дои : 10.1016/j.electacta.2018.12.026 . ISSN   0013-4686 . S2CID   104433006 .
  26. ^ Ван, Миндонг; Лю, МэнЯн; Фу, Цзя Цзюнь (2015). «Интеллектуальное антикоррозионное покрытие на основе pH-чувствительных интеллектуальных наноконтейнеров, изготовленных простым методом для защиты углеродистой стали». Журнал химии материалов А. 3 (12): 6423–6431. дои : 10.1039/c5ta00417a . ISSN   2050-7488 .
  27. ^ Адсул, Свапнил Х.; Шива, Т.; Сатьянараянан, С.; Сонаване, Шириш Х.; Субасри, Р. (2017). «Способность к самовосстановлению гибридных золь-гель покрытий на основе наноглины на магниевом сплаве AZ91D». Технология поверхностей и покрытий . 309 : 609–620. doi : 10.1016/j.surfcoat.2016.12.018 . ISSN   0257-8972 .
  28. ^ Бергер, Франсуа; Делхалле, Джозеф; Мехалиф, Зинеб (2009). «Многофункциональный молекулярный слой ундец-10-ен-1-тиола как соединение между металлическим цинком и полимерными покрытиями на стали». Электрохимика Акта . 54 (26): 6464–6471. дои : 10.1016/j.electacta.2009.06.021 . ISSN   0013-4686 .
  29. ^ Бергер, Франсуа; Делхалле, Джозеф; Мехалиф, Зинеб (2008). «Гибридное покрытие на стали: электроосаждение ZnNi и модификация поверхности тиолорганическими соединениями и солями диазония». Электрохимика Акта . 53 (6): 2852–2861. дои : 10.1016/j.electacta.2007.10.067 . ISSN   0013-4686 .
  30. ^ Бергер, Франсуа; Делхалле, Джозеф; Мехалиф, Зинеб (2010). «Самоорганизующиеся бислои на основе органотиола и органотриметоксисилана на цинковой платформе». Прикладная наука о поверхности . 256 (23): 7131–7137. Бибкод : 2010ApSS..256.7131B . дои : 10.1016/j.apsusc.2010.05.039 . ISSN   0169-4332 .
  31. ^ Лафинёр, Ф.; Огюст, Д.; Плюмье, Ф.; Пирлот, К.; Хевеси, Л.; Делхалле, Дж.; Мехалиф, З. (2004). «Сравнение монослоев CH3 (CH2) 15SH и CF3 (CF2) 3 (CH2) 11SH на электроосажденном серебре». Ленгмюр . 20 (8): 3240–3245. дои : 10.1021/la035851+ . ISSN   0743-7463 . ПМИД   15875853 .
  32. ^ Линь; Хань, Линь, Цзян, Цзяньсинь (15 июня 2018 г.). Ли, Ли, Кэджун; Лу, Цунхуа; Чжао, Санджун , «Опосредованная активация STAT3 определяет электротаксис клеток рака легких человека» . Oncotarget . 9 46): 28291. doi : / . ISSN   1949-2553 . PMC   6021323 . oncotarget.25675   10.18632 (
  33. ^ Пенни, МГ; Келдей, Л.С.; Боулинг, DJF (1976). «Активный транспорт хлоридов в эпидермисе листьев Commelina communis в связи с устьичной активностью». Планта . 130 (3): 291–294. дои : 10.1007/bf00387835 . ISSN   0032-0935 . ПМИД   24424642 ​​. S2CID   3216411 .
  34. ^ Вайзензель, Миннесота; Линдер, Б. (1990). «Полярные токи в листьях водного покрытосеменного растения Elodea Canadensis». Протоплазма . 157 (1–3): 193–202. дои : 10.1007/BF01322652 . ISSN   0033-183X . S2CID   38050334 .
  35. ^ Ли, Джун Сан (2006). «Реакция на красный и синий свет электрическими токами на поверхности неповрежденных листьев». Журнал биологии растений . 49 (2): 186–192. дои : 10.1007/bf03031016 . ISSN   1226-9239 . S2CID   25520758 .
  36. ^ Мейер, Эй Джей; Вайзензель, Миннесота (1 июля 1997 г.). «Вызванные ранами изменения мембранного напряжения, эндогенных токов и потоков ионов в первичных корнях кукурузы» . Физиология растений . 114 (3): 989–998. дои : 10.1104/стр.114.3.989 . ISSN   0032-0889 . ПМК   158387 . ПМИД   12223755 .
  37. ^ Ли, Ли; Гу, Вэй; Ду, Хуан; Рид, Брайан; Дэн, Сяньцзянь; Лю, Жидай; Цзун, Чжаовэнь; Ван, Хайян; Яо, Бо (19 октября 2012 г.). «Электрические поля направляют миграцию эпидермальных стволовых клеток и способствуют заживлению кожных ран». Заживление и регенерация ран . 20 (6): 840–851. дои : 10.1111/j.1524-475x.2012.00829.x . ISSN   1067-1927 . ПМИД   23082865 . S2CID   23921011 .
  38. ^ Баркер, AT (1981). «Измерение постоянных токов в биологических жидкостях». Медицинская и биологическая инженерия и вычислительная техника . 19 (4): 507–508. дои : 10.1007/bf02441322 . ISSN   0140-0118 . ПМИД   7321622 . S2CID   19376455 .
  39. ^ Малтанава, Ханна М.; Позняк, Сергей К.; Андреева Дарья Владимировна; Кеведо, Марсела К.; Бастос, Александр К.; Тедим, Жуан; Феррейра, Марио ГС; Скорб Екатерина Владимировна (07.07.2017). «Светоиндуцированная накачка протонов с помощью полупроводника: концепция латерального разделения фотопротонов и надежного манипулирования» (PDF) . Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 9 (28): 24282–24289. дои : 10.1021/acsami.7b05209 . hdl : 10773/24930 . ISSN   1944-8244 . ПМИД   28654237 . S2CID   206453471 .
  40. ^ Исикава, Масаси (1994). «Методика сканирующего вибрирующего электрода in situ для определения характеристик границы раздела между литиевым электродом и электролитами, содержащими добавки». Журнал Электрохимического общества . 141 (12): Л159–Л161. Бибкод : 1994JElS..141L.159I . дои : 10.1149/1.2059378 . ISSN   0013-4651 .
  41. ^ Бастос, AC; Кеведо, MC; Феррейра, MGS (2016). «Предварительные исследования по использованию СВЭТ в неводных средах». Электрохимика Акта . 202 : 310–315. дои : 10.1016/j.electacta.2015.12.107 . ISSN   0013-4686 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Scanning_vibrating_electrode_technique&oldid=1187716246"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b79eeea744976698268cf31b2d93bc52__1701378960
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b7/52/b79eeea744976698268cf31b2d93bc52.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Scanning vibrating electrode technique - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)