WOLTAMPEROMETRIA: Z CZEGO SIĘ SKŁADA, RODZAJE I ZASTOSOWANIA - CHEMIA

Woltametria jest elektrochemicznych techniką określa informację o chemicznych lub analitu z prądów elektrycznych generowanych przez zmianę przykładanego potencjalnych gatunków. Oznacza to, że zastosowany potencjał E (V) i czas (t) są zmiennymi niezależnymi; podczas gdy prąd (A), zmienna zależna.

Substancje chemiczne muszą zwykle być elektroaktywne. Co to znaczy? Oznacza to, że musi stracić (utleniać) lub zyskać (zredukować) elektrony. Aby reakcja mogła się rozpocząć, elektroda pracująca musi dostarczyć niezbędny potencjał teoretycznie określony równaniem Nernsta.

Źródło: Trina36, źródło Wikimedia Commons

Przykład woltamperometrii można zobaczyć na powyższym obrazku. Elektroda na obrazie jest wykonana z włókien węglowych, które są zanurzone w medium rozpuszczającym. Dopamina nie utlenia się, tworząc dwie grupy karbonylowe C = O (prawa strona równania chemicznego), o ile nie zostanie przyłożony odpowiedni potencjał.

Osiąga się to poprzez skanowanie E z różnymi wartościami, ograniczonymi przez wiele czynników, takich jak roztwór, obecne jony, sama elektroda i dopamina.

Zmieniając E w czasie, otrzymujemy dwa wykresy: pierwszy E vt (niebieski trójkąt), a drugi, odpowiedź C vs t (żółty). Ich formy są charakterystyczne dla oznaczania dopaminy w warunkach eksperymentu.

Co to jest woltamperometria?

Woltamperometria została opracowana dzięki wynalezieniu techniki polarografii przez laureata Nagrody Nobla z chemii w 1922 roku Jaroslava Heyrovsky'ego. W nim elektroda kropli rtęci (EGM) jest stale odnawiana i polaryzowana.

Wady analityczne tej metody w tamtym czasie zostały rozwiązane przy użyciu i konstrukcji innych mikroelektrod. Różnią się one ogromnie pod względem materiału, od węgla, metali szlachetnych, diamentów i polimerów po konstrukcję, tarcze, cylindry, arkusze; a także sposób, w jaki wchodzą w interakcję z rozwiązaniem: stacjonarny lub obrotowy.

Wszystkie te szczegóły mają sprzyjać polaryzacji elektrody, która powoduje zanik zarejestrowanego prądu zwany prądem granicznym (i ₁ ). Jest to proporcjonalne do stężenia analitu, a połowa mocy E (E _1/2 ) potrzebna do uzyskania połowy tego prądu (i _1/2 ) jest charakterystyczna dla gatunku.

Następnie, określając wartości E _1/2 na krzywej, na której wykreślony jest prąd uzyskany ze zmianą E, zwaną woltamperogramem, można zidentyfikować obecność analitu. Oznacza to, że każdy analit, biorąc pod uwagę warunki eksperymentu, będzie miał swoją własną wartość E _1/2 .

Fala woltamperometryczna

W woltamperometrii pracujesz z wieloma wykresami. Pierwszą z nich jest krzywa E vs t, która umożliwia śledzenie zastosowanych różnic potencjałów w funkcji czasu.

Ale jednocześnie obwód elektryczny rejestruje wartości C wytwarzane przez analit w wyniku utraty lub pozyskania elektronów w pobliżu elektrody.

Ponieważ elektroda jest spolaryzowana, mniej analitu może dyfundować z roztworu do niej. Na przykład, jeśli elektroda jest naładowana dodatnio, gatunek X ^- zostanie do niej przyciągnięty i będzie skierowany w jej stronę przez zwykłe przyciąganie elektrostatyczne.

Ale X ^- nie jesteś sam: w twoim otoczeniu są inne jony. Niektóre kationy M ⁺ mogą przeszkadzać elektrodzie, zamykając ją w „klastrach” dodatnich ładunków; i podobnie, N ^- anionów może zatrzymywać się wokół elektrody i zapobiegania X ^{- od} osiągnięcia tego.

Suma tych zjawisk fizycznych powoduje utratę prądu, co jest widoczne na krzywej C vs E i jej kształcie zbliżonym do litery S, zwanej sigmoidą. Ta krzywa jest nazywana falą woltamperometryczną.

Oprzyrządowanie

Źródło: Stan J Klimas, źródło Wikimedia Commons

Oprzyrządowanie woltamperometrii różni się w zależności od analitu, rozpuszczalnika, typu elektrody i zastosowania. Jednak zdecydowana większość z nich oparta jest na układzie składającym się z trzech elektrod: roboczej (1), pomocniczej (2) i referencyjnej (3).

Główną używaną elektrodą odniesienia jest elektroda kalomelowa (ECS). To wraz z elektrodą pracującą umożliwia ustalenie różnicy potencjałów ΔE, ponieważ potencjał elektrody odniesienia pozostaje stały podczas pomiarów.

Z drugiej strony, elektroda pomocnicza jest odpowiedzialna za kontrolowanie ładunku, który przechodzi do elektrody roboczej, aby utrzymać go w dopuszczalnych wartościach E. Zmienna niezależna, zastosowana różnica potencjałów, jest tą, którą uzyskuje się przez dodanie potencjałów elektrody roboczej i odniesienia.

Rodzaje

Źródło: według domdomegg, z Wikimedia Commons

Powyższy obrazek przedstawia wykres E vs t, zwany również potencjalnym przebiegiem woltamperometrii liniowej.

Można zauważyć, że wraz z upływem czasu potencjał rośnie. Z kolei to przemiatanie generuje krzywą odpowiedzi lub woltamperogram C vs E, którego kształt będzie sigmoidalny. Nadejdzie punkt, w którym bez względu na to, jak bardzo wzrośnie E, nie będzie wzrostu prądu.

Z tego wykresu można wywnioskować inne rodzaje woltamperometrii. W jaki sposób? Modyfikacja potencjalnej fali E vs t za pomocą nagłych impulsów potencjału zgodnie z określonymi wzorami. Każdy wzorzec jest powiązany z rodzajem woltamperometrii i obejmuje jego własną teorię i warunki eksperymentalne.

Woltamperometria impulsowa

W tego typu woltamperometrii można analizować mieszaniny dwóch lub więcej analitów, których wartości E _1/2 są bardzo zbliżone do siebie. Tak więc, jeśli analit z E _1/2 z 0.04V mogą być identyfikowane w innej firmy E o _1/2 o 0.05V. Podczas gdy w woltamperometrii liniowej różnica musi być większa niż 0,2 V.

Dlatego istnieje wyższa czułość i niższe granice wykrywalności; to znaczy, anality można oznaczyć przy bardzo niskich stężeniach.

Fale potencjałów mogą mieć wzory przypominające schody, nachylone schody i trójkąty. Ta ostatnia odpowiada cyklicznej woltamperometrii (CV jako akronim w języku angielskim, pierwsze zdjęcie).

W CV potencjał E jest przykładany w jednym kierunku, dodatnim lub ujemnym, a następnie, przy określonej wartości E w czasie t, ponownie przykładany jest ten sam potencjał, ale w przeciwnym kierunku. Podczas badania generowanych woltamperogramów maksima ujawniają obecność pośredników w reakcji chemicznej.

Woltamperometria redissolution

Może to być typ anodowy lub katodowy. Polega na osadzaniu analitu na elektrodzie rtęciowej. Jeśli analit jest jonem metalu (takim jak Cd ²⁺ ), utworzy się amalgamat; a jeśli jest to anion (np. MoO ₄^2– ), nierozpuszczalna sól rtęci.

Następnie stosuje się impulsy potencjałów, aby określić stężenie i tożsamość gatunków osadzonych elektrolitycznie. W ten sposób amalgamat jest ponownie rozpuszczany, podobnie jak sole rtęci.

Aplikacje

-Anodowa woltamperometria ponownego rozpuszczania służy do określania stężenia rozpuszczonych metali w płynie.

-Umożliwia badanie kinetyki procesów redoks lub adsorpcji, zwłaszcza gdy elektrody są modyfikowane w celu wykrycia określonego analitu.

-Jego podstawa teoretyczna została wykorzystana do produkcji biosensorów. Dzięki nim można określić obecność i stężenie cząsteczek biologicznych, białek, tłuszczów, cukrów itp.

-W końcu wykrywa udział pośredników w mechanizmach reakcji.

Bibliografia

González M. (22 listopada 2010). Woltamperometria. Odzyskany z: quimica.laguia2000.com
Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M .. (2002). Analiza elektrochemiczna. Journal of Biological Diagnosis, 51 (1), 18–27. Odzyskany z scielo.isciii.es
Chemia i nauka. (18 lipca 2011). Woltamperometria. Odzyskane z: laquimicaylaciencia.blogspot.com
Quiroga A. (16 lutego 2017). Woltamperometria cykliczna. Odzyskane z: chem.libretexts.org
Samuel P. Kounaves. (sf). Techniki woltamperometryczne. . Uniwersytet Tufts. Odzyskany z: brown.edu
Day R. & Underwood A. Quantitative Analytical Chemistry (wyd. 5). Sala PEARSON Prentice.

WOLTAMPEROMETRIA: Z CZEGO SIĘ SKŁADA, RODZAJE I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026