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Electrical properties of platinum electrodes: Impedance measurements and time-domain analysis

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Abstract

The impedance of small platinum electrodes has been measured as a function of frequency. In the range of 0·1 Hz to 10 kHz, this impedance Z can be described accurately as K/(i2πf)m. The value of K is about 2·5 Mω for a surface are of 0·05 mm2. The values for m are in the order of 0·75. Various step responses are computed based on this expression and are compared to recorded wave forms. All step responses are shown to result directly and consistently from the same expression. The consequences of these results for various models and equivalent circuits of the electrode-medium interface are discussed.

Sommaire

Tout en préparant une mise au point expérimentale sur les mesures de résistance spécifique du tissue cariaque par une méthode à quatre électrodes (Schwan, 1963; les resultats devant être publiés), il fut nécessaire d’obtenir une connaissance plus approfondie de l’impédance électrique des électrodes métalliques. Celles-ci sont largement utilisées dans la recherche mèdicale et biologique. Elles possèdent des avantages spécifiques sur les microélectrodes en verre pour l’enregistrement de signaux rapides à cause de leur basse impédance à haute fréquence. Toutefois, elles ne conviennent pas du tout pour les mesures de potentiels (Gesteland,et al., 1959). Il existe une litérature approfondie sur électrodes métalliques (voir la revue deDymond, 1976) mais on n’a pu trouver aucune référence sur les mesures d’impédance à bande de fréquences inférieures à 10 Hz. Dans ce résumé, nous publions les résultats de l’impédance d’électrodes en platine entre 0,1 Hz et 10 kHz et nouse établirons avec ces renseignements les relations entre ces résultats et ceux de théories différentes sur l’impédance d’électrodes publiées antérieurement (Warburg, 1899, 1901;Jaron et al., 1968;Polack 1974a, b, c). En outre, nous donnons un analyse des caractéristiques de durée des électrodes en platine.

Zusammenfassung

Im Zuge der Vorbereitung eines Versuchsaufbaus zur Messung des spezifischen Widerstands von Herzgewebe mittels eines Vier-Elektroden-Verfahrens (Schwan, 1963; Veröffentlichung der Ergebnisse steht bevor), wurden genauere Kenntnisse über den elektrischen Widertand der von uns verwendeten Metallektroden erforderlich. Metallelektroden finden in der biologischen und medizinischen Forschung verbreiteten Einsatz. Sie haben gegenüber den Glas-Mikroelektroden besonders den Vorteil, daß sich damit schnelle Signale registrieren lassen, da ihr Hochfrequenz-Widerstand sehr niedrig ist. Sie sind jedoch keineswegs für die Messung von GS-Potentialen geeignet (Gesteland et al., 1959). Über Metallelektroden liegt eine umfangreiche Literatur vor (siehe Überblick vonDymond, 1976), es konnten jedoch keinerlei Hinweise für Widerstandsmessungen für den über 10 Hz hinausgehenden Frequenzbereich gefunden werden. In dieser Arbeit legen wir unsere Ergebnisse für Messungen des Widerstands von Platinelektroden zwischen 0.1 Hz und 10 kHz dar, und befassen uns auf der Grundlage dieser Daten mit einem Vergleich unserer Ergebnisse und den verschiedenen bereits veröffentlichten theoretischen Modellen zum Thema Elektroden-widerstand (Warburg, 1899, 1901;Jaron et al., 1968;Pollak, 1974a,b,c). Außerdem liefern wir eine Analyse der Zeitbereichscharakteristiken von Platinelektroden.

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Authors and Affiliations

  1. Laboratory of Medical Physics, University of Amsterdam, The Netherlands

    R. W. de Boer

  2. Laboratory of Medical Physics & Department of Cardiology & Clinical Fhysiology, University of Amsterdam, The Netherlands

    A. van Oosterom

Authors
  1. R. W. de Boer
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  2. A. van Oosterom
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de Boer, R.W., van Oosterom, A. Electrical properties of platinum electrodes: Impedance measurements and time-domain analysis. Med. Biol. Eng. Comput. 16, 1–10 (1978). https://doi.org/10.1007/BF02442925

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