An equivalent diagram for the interface impedance of metal needle electrodes

Based on a consideration of the physicochemical processes in the interface between a metal electrode and an electrolyte, an equivalent circuit is derived for the small-signal impedance of metal bioelectrodes of the needle type. The equivalent circuit consists of four blocks: the charge-transfer section, which is essentially resistive; the double-layer capacitance, which operates in parallel to the first block; in series with the two is the diffusion-layer impedance, which decreases essentially with √ω and has a constant phase angle of 45°. It can conveniently be modelled by the input impedance of an infinitely longRC electrical transmission line with distributed parameters. And finally, in series with the latter, there is the bulk resistance of the electrolyte.SommaireOn a dérivé un circuit équivalent pour mesurer l'impédance du signal faible des bio-électrodes métalliques en forme d'aiguille, d'après une considération des procédés physico-chimiquesse produisant à l'interface d'une électrode métallique et d'un électrolyte. Le circuit équivalent est composé de quatre sections: la section de transfert de charge, qui est essentiellement résistive; la capacitance à couche double qui fonctionne en parallele avec la première section; l'impédance de la couche de diffusion, en série avec les deux autres, qui diminue essentiellement avec ω et possède un angle de phase constant de 45°. Ceci peut facilement être reproduit à l'aide de l'impédance d'entrée d'une ligne de transmission électrique RC infiniment longue à paramètres distribués. De plus, il y a en série avec celle-ci, la résistance totale de l'électrolyte.ZusammenfassungAuf Grund einer Berücksichtigung der physikalisch-chemischen Vorgänge in der Grenzfläche zwischen Metall-elektrode und Elektrolyt wird eine Ersatzschaltung für die geringe Signalimpedanz von Metall-Bioelektroden in Nadelausführung abgeleitet. Die Ersatzschaltung besteht aus vier Blöcken: Ladungsübertragungsteil, der im wesentlichen ohmisch ist; kapazitivem Doppelschichtwiderstand, der parallel zum ersten Block arbeitet; in Serie mit diesen beiden ist eine Diffusionsschicht-Impedanz geschaltet, die mit ω wesentlich abnimmt und einen konstanten Phasenwinkel von 45° hat. Sie läßt sich ohne weiteres durch die Eingangsimpedanz einer unendlich langen elektrischen RC-Übertragungsleitung mit verteilten Parametern modellieren. Und schließlich ist der Bahnwiderstand des Elektrolyts mit der letzteren in Serie geschaltet.