906 resultados para ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE SPECTROSCOPY
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A novel fractal model for grain boundary regions of ceramic materials was developed. The model considers laterally inhomogeneous distribution of charge carriers in the vicinity of grain boundaries as the main cause of the non-Debye behaviour and distribution of relaxation times in ceramic materials. Considering the equivalent circuit the impedance of the grain boundary region was expressed. It was shown that the impedance of the grain boundary region has the form of the Davidson-Cole equation. The fractal dimension of the inhomogeneous distribution of charge carriers in the region close to the grain boundaries could be calculated based on the relation ds = 1 + β, where β is the constant from the Davidson-Cole equation.
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This work reports on the changes of performance of solid-state cells dye-sensitized solar cells with the variation of concentration of spiro-OMeTAD between 5% and 25% in the fabrication of the cell. Variations of charge recombination and capacitance correlate with the improvement of current-potential characteristics at increasing spiro-OMeTAD content, which is explained by reduction of transport resistance for hole transport, the increase of charge separation in the dye molecules, and importantly, with the increase of the β-factor in the recombination resistance, that causes a reduction of the diode ideality factor. © 2010 Materials Research Society.
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C-reactive protein (CRP) is an acute phase protein whose levels are increased in many disorders. There exists, in particular, a great deal of interest in the correlation between blood serum levels and the severity of risk for cardiovascular disease. A sensitive, label-free, non-amplified and reusable electrochemical impedimetric biosensor for the detection of CRP in blood serum was developed herein based on controlled and coverage optimised antibody immobilization on standard polycrystalline gold electrodes. Charge transfer resistance changes were highly target specific, linear with log. CRP. concentration across a 0.5-50. nM range and associated with a limit of detection of 176. pM. Significantly, the detection limits are better than those of current CRP clinical methods and the assays are potentially cheap, relatively automated, reusable, multiplexed and highly portable. The generated interfaces were capable not only of comfortably quantifying CRP across a clinically relevant range of concentrations but also of doing this in whole blood serum with interfaces that were, subsequently, reusable. The importance of optimising receptor layer resistance in maximising assay sensitivity is also detailed. © 2012.
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Pyrazinamide (Pyrazinecarboxamide-PZA) is a drug that is used to treatment tuberculosis. In the present work, the voltammetric behavior of PZA was studied using a screen-printed modified electrode (SPCE). The modified electrode was constructed using poly-histidine films, and it showed an electrocatalytic effect, thus promoting a decrease in PZA reduction potential and improving the voltammetric response. Cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy techniques have been employed in order to elucidate of the electrodic reaction. The results allowed the proposal that in the PZA reduction, a further chemical reaction occurs that corresponds to a second-order process which is subsequent to the electrode reaction. In addition, a sensitive voltammetric method was developed, and it was successfully applied for PZA determination in human urine samples. The best response was found using SPCE modified with poly-histidine prepared by histidine monomer electropolymerization (SPCE/EPH). The electroanalytical performance of the SPCE/EPH was investigated by linear sweep (LSV), differential pulse (DPV), and square wave voltammetry (SWV). A linear relationship between peak current and PZA concentrations was obtained from 9.0 × 10-7 to 1.0 × 10-4 mol L-1 by using DPV. The limit of detection at 5.7 × 10 -7 mol L-1 was estimated, and a relative standard deviation of the 5.0 × 10-6 mol L-1 of PZA of 10 measurement was 3.7%. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.
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In this work, the electrochemical behavior of Cu-16(wt.%)Zn-6.5(wt.%)Al alloy containing the β'-phase (martensite) was studied in borate buffer solution (pH 8.4) by means of open-circuit potential (EOC), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV). The alloy EOC was -0.29 V vs. Hg/HgO/OH-, similar to that of pure copper in this medium, indicating that the processes which occur on the alloy surface are mainly governed by copper. EIS response was related to the dielectric and transmission properties of the complex oxide layer. The CVs showed peaks concerning the redox reactions for copper and zinc. These peaks were assigned to the formation and reduction of copper and zinc species. Furthermore, they showed that the copper oxidation was suppressed by the presence of zinc and aluminum in the alloy composition. The copper and zinc oxidation to form complex oxide layers and the reduction of the different metallic oxides generated in the anodic potential scan suggest that a solid state reaction could determine the metallic oxide formation. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.
Microstructural and electrochemical characterization of friction stir welded duplex stainless steels
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
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The aim of this work was to evaluate the corrosion resistance of AuPdAgIn alloy, submitted to laser beam welding, in 0.9% NaCl solution, using electrochemical techniques. Measures of the open circuit potential (OCP) versus time were applied to electrochemical experiments, as well as potentiodynamic direct scanning (PDS) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on AuPdAgIn alloy, submitted to laser beam welding in 0.9% NaCl solution. Some differences observed in the microstructure can explain the results obtained for corrosion potential, Ecorr, and corrosion resistance, Rp. EIS spectra have been characterized by distorted capacitive components, presenting linear impedance at low frequencies, including a non-uniform diffusion. The area of the laser weld presented corrosion potential slightly superior when compared to the one of the base metal. The impedance results suggest the best resistant corrosion behavior for laser weld than base metal region. This welding process is a promising alternative to dental prostheses casting.
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
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We report an efficient alternative to obtain recessed microelectrodes device on gold electrode surface, in which mixed self-assembled monolayer of long and short carbon alkanethiol chains was used for this purpose. Development of the modified electrodes included the chemical adsorption of 11-mercaptoundecanoic acid and 2-mercaptoethanol solution, as well as their mixtures, on gold surface, resulting in the final mixed self-assembled monolayer configuration. For comparison, the electrochemical performance of self-assembled monolayer of 11-mercaptoundecanoic acid. 3-mercaptopropionic acid, 4-mercapto-1-butanol and 6-mercapto-1-hexanol modified electrodes was also investigated. It was verified that, in the mixed self-assembled monolayer, the 11-mercaptoundecanoic acid acts as a barrier for electron transfer while the short alkanethiol chair is deposited in an island-like shape through which electrons can be freely transferred to ions in solution, allowing electrochemical reactions to occur. The performance of the modified electrodes toward microelectrode behavior was investigated via cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy measurements using [Fe(CN)(6)](3-/4-) redox couple as a probe. In this case, sigmoidal voltammetric responses were obtained, very similar to those observed for microelectrodes. Such behavior reinforces the proposition of electron transfer through the short alkanethiol chain layer and surface blockage by the long chain one. Electrochemical impedance results allowed calculated the mean radius value of each microelectrode disks of 3.8 mu m with about 22 mu m interval between them. The microelectrode environment provided by the mixed self-assembled monolayer can be conveniently used to provide an efficient catalytic conversion in biosensing applications. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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In this study, a novel material for the electrochemical determination of bisphenol A using a nanocomposite based on multi-walled carbon nanotubes modified with antimony nanoparticles has been investigated. The morphology, structure, and electrochemical performance of the nanocomposite electrodes were characterised by field emission gun scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and cyclic voltammetry. A scan rate study and electrochemical impedance spectroscopy showed that the bisphenol A oxidation product is adsorbed on nanocomposite electrode surface. Differential pulse voltammetry in phosphate buffer solution at pH 6, allowed the development of a method to determine bisphenol A levels in the range of 0.5-5.0 mu mol L-1, with a detection limit of 5.24 nmol L-1 (1.19 mu g L-1). (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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In this paper we discuss the detection of glucose and triglycerides using information visualization methods to process impedance spectroscopy data. The sensing units contained either lipase or glucose oxidase immobilized in layer-by-layer (LbL) films deposited onto interdigitated electrodes. The optimization consisted in identifying which part of the electrical response and combination of sensing units yielded the best distinguishing ability. It is shown that complete separation can be obtained for a range of concentrations of glucose and triglyceride when the interactive document map (IDMAP) technique is used to project the data into a two-dimensional plot. Most importantly, the optimization procedure can be extended to other types of biosensors, thus increasing the versatility of analysis provided by tailored molecular architectures exploited with various detection principles. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.
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The patination of copper is known for its complexity and heterogeneous formation. For a deeper investigation, a locally resolved surface analysis was considered. An exact determination of the accessed area and a potentiostatic control in a three-electrode configuration was reached with the use of the electrochemical microcell technique, which enables local electrochemical measurement such as local electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. Such a technique provides a unique way for performing the investigation of heterogeneities on electrode surfaces. The local electrochemical measurements on the artificially patinated surface have allowed distinguishing areas of different reactivity even when the analysis of the surface revealed a homogenous chemical composition of patina. Local measurements with the electrochemical microcell showed the presence of small defects on the patina layer that can be modelled by considering a hemispherical diffusion process at small active areas surrounded by larger less reactive domains.
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Die transmembrane Potenzialdifferenz Δφm ist direkt mit der katalytischen Aktivität der Cytochrom c Oxidase (CcO) verknüpft. Die CcO ist das terminale Enzym (Komplex IV) in der Atmungskette der Mitochondrien. Das Enzym katalysiert die Reduktion von O2 zu 2 H2O. Dabei werden Elektronen vom natürlichen Substrat Cytochrom c zur CcO übertragen. Der Eleltronentransfer innerhalb der CcO ist an die Protonentranslokation über die Membran gekoppelt. Folglich bildet sich über der inneren Membrane der Mitochondrien eine Differenz in der Protonenkonzentration. Zusätzlich wird eine Potenzialdifferenz Δφm generiert.rnrnDas Transmembranpotenzial Δφm kann mit Hilfe der Fluoreszenzspektroskopie unter Einsatz eines potenzialemfindlichen Farbstoffs gemessen werden. Um quantitative Aussagen aus solchen Untersuchungen ableiten zu können, müssen zuvor Kalibrierungsmessungen am Membransystem durchgeführt werden.rnrnIn dieser Arbeit werden Kalibrierungsmessungen von Δφm in einer Modellmembrane mit inkorporiertem CcO vorgestellt. Dazu wurde ein biomimetisches Membransystem, die Proteinverankerte Doppelschicht (protein-tethered Bilayer Lipid Membrane, ptBLM), auf einem transparenten, leitfähigem Substrat (Indiumzinnoxid, ITO) entwickelt. ITO ermöglicht den simultanen Einsatz von elektrochemischen und Fluoreszenz- oder optischen wellenleiterspektroskopischen Methoden. Das Δφm in der ptBLM wurde durch extern angelegte, definierte elektrische Spannungen induziert. rnrnEine dünne Hydrogelschicht wurde als "soft cushion" für die ptBLM auf ITO eingesetzt. Das Polymernetzwerk enthält die NTA Funktionsgruppen zur orientierten Immobilisierung der CcO auf der Oberfläche der Hydrogels mit Hilfe der Ni-NTA Technik. Die ptBLM wurde nach der Immobilisierung der CcO mittels in-situ Dialyse gebildet. Elektrochemische Impedanzmessungen zeigten einen hohen elektrischen Widerstand (≈ 1 MΩ) der ptBLM. Optische Wellenleiterspektren (SPR / OWS) zeigten eine erhöhte Anisotropie des Systems nach der Bildung der Doppellipidschicht. Cyklovoltammetriemessungen von reduziertem Cytochrom c bestätigten die Aktivität der CcO in der Hydrogel-gestützten ptBLM. Das Membranpotenzial in der Hydrogel-gestützten ptBLM, induziert durch definierte elektrische Spannungen, wurde mit Hilfe der ratiometrischen Fluoreszenzspektroskopie gemessen. Referenzmessungen mit einer einfach verankerten Dopplellipidschicht (tBLM) lieferten einen Umrechnungsfaktor zwischen dem ratiometrischen Parameter Rn und dem Membranpotenzial (0,05 / 100 mV). Die Nachweisgrenze für das Membranpotenzial in einer Hydrogel-gestützten ptBLM lag bei ≈ 80 mV. Diese Daten dienen als gute Grundlage für künftige Untersuchungen des selbstgenerierten Δφm der CcO in einer ptBLM.
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Cytochrom c Oxidase (CcO), der Komplex IV der Atmungskette, ist eine der Häm-Kupfer enthaltenden Oxidasen und hat eine wichtige Funktion im Zellmetabolismus. Das Enzym enthält vier prosthetische Gruppen und befindet sich in der inneren Membran von Mitochondrien und in der Zellmembran einiger aerober Bakterien. Die CcO katalysiert den Elektronentransfer (ET) von Cytochrom c zu O2, wobei die eigentliche Reaktion am binuklearen Zentrum (CuB-Häm a3) erfolgt. Bei der Reduktion von O2 zu zwei H2O werden vier Protonen verbraucht. Zudem werden vier Protonen über die Membran transportiert, wodurch eine elektrochemische Potentialdifferenz dieser Ionen zwischen Matrix und Intermembranphase entsteht. Trotz ihrer Wichtigkeit sind Membranproteine wie die CcO noch wenig untersucht, weshalb auch der Mechanismus der Atmungskette noch nicht vollständig aufgeklärt ist. Das Ziel dieser Arbeit ist, einen Beitrag zum Verständnis der Funktion der CcO zu leisten. Hierzu wurde die CcO aus Rhodobacter sphaeroides über einen His-Anker, der am C-Terminus der Untereinheit II angebracht wurde, an eine funktionalisierte Metallelektrode in definierter Orientierung gebunden. Der erste Elektronenakzeptor, das CuA, liegt dabei am nächsten zur Metalloberfläche. Dann wurde eine Doppelschicht aus Lipiden insitu zwischen die gebundenen Proteine eingefügt, was zur sog. proteingebundenen Lipid-Doppelschicht Membran (ptBLM) führt. Dabei musste die optimale Oberflächenkonzentration der gebundenen Proteine herausgefunden werden. Elektrochemische Impedanzspektroskopie(EIS), Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) und zyklische Voltammetrie (CV) wurden angewandt um die Aktivität der CcO als Funktion der Packungsdichte zu charakterisieren. Der Hauptteil der Arbeit betrifft die Untersuchung des direkten ET zur CcO unter anaeroben Bedingungen. Die Kombination aus zeitaufgelöster oberflächenverstärkter Infrarot-Absorptionsspektroskopie (tr-SEIRAS) und Elektrochemie hat sich dafür als besonders geeignet erwiesen. In einer ersten Studie wurde der ET mit Hilfe von fast scan CV untersucht, wobei CVs von nicht-aktivierter sowie aktivierter CcO mit verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten gemessen wurden. Die aktivierte Form wurde nach dem katalytischen Umsatz des Proteins in Anwesenheit von O2 erhalten. Ein vier-ET-modell wurde entwickelt um die CVs zu analysieren. Die Methode erlaubt zwischen dem Mechanismus des sequentiellen und des unabhängigen ET zu den vier Zentren CuA, Häm a, Häm a3 und CuB zu unterscheiden. Zudem lassen sich die Standardredoxpotentiale und die kinetischen Koeffizienten des ET bestimmen. In einer zweiten Studie wurde tr-SEIRAS im step scan Modus angewandt. Dafür wurden Rechteckpulse an die CcO angelegt und SEIRAS im ART-Modus verwendet um Spektren bei definierten Zeitscheiben aufzunehmen. Aus diesen Spektren wurden einzelne Banden isoliert, die Veränderungen von Vibrationsmoden der Aminosäuren und Peptidgruppen in Abhängigkeit des Redoxzustands der Zentren zeigen. Aufgrund von Zuordnungen aus der Literatur, die durch potentiometrische Titration der CcO ermittelt wurden, konnten die Banden versuchsweise den Redoxzentren zugeordnet werden. Die Bandenflächen gegen die Zeit aufgetragen geben dann die Redox-Kinetik der Zentren wieder und wurden wiederum mit dem vier-ET-Modell ausgewertet. Die Ergebnisse beider Studien erlauben die Schlussfolgerung, dass der ET zur CcO in einer ptBLM mit größter Wahrscheinlichkeit dem sequentiellen Mechanismus folgt, was dem natürlichen ET von Cytochrom c zur CcO entspricht.