Voltammetry, z czego składa się, typy i aplikacje



The woltamperometria jest techniką elektroanalityczną, która określa informacje o składzie chemicznym lub analicie z prądów elektrycznych generowanych przez zmianę zastosowanego potencjału. Oznacza to, że zastosowany potencjał E (V) i czas (t) są zmiennymi niezależnymi; podczas gdy prąd (A), zmienna zależna.

Substancje chemiczne zwykłych muszą być elektroaktywne. Co masz na myśli Oznacza to, że musisz stracić (utlenić) lub zyskać (zmniejszyć) elektrony. Aby reakcja zaczęła się, elektroda robocza musi dostarczyć niezbędny potencjał określony teoretycznie przez równanie Nernsta.

Przykład woltamperometrii można zobaczyć na obrazku powyżej. Elektroda obrazu jest wykonana z włókien węglowych, które są zanurzone w ośrodku rozpuszczania. Dopamina nie jest utleniona, tworząc dwie grupy karbonylowe C = O (prawa strona równania chemicznego), chyba że zostanie zastosowany odpowiedni potencjał.

Osiąga się to przez wykonanie cyklu E o różnych wartościach, ograniczonego przez wiele czynników, takich jak roztwór, obecne jony, ta sama elektroda i dopamina.

Zmieniając E w czasie, otrzymuje się dwa wykresy: pierwszy E v t (niebieski trójkąt), a drugi, odpowiedź C vs t (żółty). Jego postacie są charakterystyczne dla określania dopaminy w warunkach eksperymentu.

Indeks

  • 1 Co to jest woltamperometria??
    • 1.1 Fala woltamperometryczna
    • 1.2 Oprzyrządowanie
  • 2 typy
    • 2.1 Woltamperometria impulsowa
    • 2.2 Woltamperometria ponownego rozwiązania
  • 3 aplikacje
  • 4 odniesienia

Czym jest woltamperometria??

Woltamperometrię opracowano dzięki wynalezieniu techniki polarografii przez Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1922 r., Jaroslava Heyrovsky'ego. W nim elektroda kroplowa rtęci (EGM) jest stale odnawiana i spolaryzowana.

Wady analityczne tej metody w tym czasie zostały rozwiązane dzięki zastosowaniu i projektowaniu innych mikroelektrod. Różnią się one znacznie materiałem, od węgla, metali szlachetnych, diamentów i polimerów, po ich konstrukcję, dyski, cylindry, arkusze; a także w sposobie interakcji z rozwiązaniem: stacjonarnym lub obrotowym.

Wszystkie te szczegóły mają na celu polaryzację elektrody, co powoduje zanik zarejestrowanego prądu znanego jako prąd graniczny (i1). Jest to proporcjonalne do stężenia analitu i połowy mocy E (E1/2) osiągnąć połowę wspomnianego prądu (i1/2) jest charakterystyczny dla gatunku.

Następnie określ wartości E1/2 na krzywej, gdzie naniesiony jest prąd otrzymany ze zmianą E, zwany woltamperogram, Obecność analitu można zidentyfikować. Oznacza to, że każdy analit, biorąc pod uwagę warunki eksperymentu, będzie miał swoją własną wartość E1/2.

Fala woltamperometryczna

W woltamperometrze pracujemy z wieloma wykresami. Pierwszą z nich jest krzywa E vs t, która pozwala śledzić różnice potencjałów stosowane w funkcji czasu.

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

Ponieważ elektroda jest spolaryzowana, mniej analitu może dyfundować z rdzenia roztworu do niego. Na przykład, jeśli elektroda ma ładunek dodatni, gatunek X- będzie do niego przyciągany i będzie kierowany ku niemu przez zwykłe przyciąganie elektrostatyczne.

Ale X- nie jesteś sam: w twoim otoczeniu są inne jony. Niektóre kationy M+ mogą utrudnić im drogę do elektrody, zamykając ją w „skupiskach” ładunków dodatnich; i podobnie, aniony N- można owinąć wokół elektrody i zapobiec X- przyjdź do niego.

Suma tych zjawisk fizycznych powoduje utratę prądu, co obserwuje się w krzywej C vs E i jej kształcie podobnym do kształtu S, zwanego formą sigmoidalną. Ta krzywa jest znana jako fala woltamperometryczna.

Oprzyrządowanie

Oprzyrządowanie woltamperometryczne zmienia się w zależności od analitu, rozpuszczalnika, rodzaju elektrody i zastosowania. Jednak większość z nich opiera się na systemie składającym się z trzech elektrod: jednej działającej (1), pomocniczej (2) i referencyjnej (3).

Główną elektrodą odniesienia jest elektroda calomel (ECS). To, w połączeniu z elektrodą roboczą, umożliwia ustalenie różnicy potencjałów ΔE, ponieważ potencjał elektrody odniesienia pozostaje stały podczas pomiarów.

Z drugiej strony elektroda pomocnicza jest odpowiedzialna za sterowanie obciążeniem, które przechodzi na elektrodę roboczą, aby utrzymać ją w dopuszczalnych wartościach E. Zmienna niezależna, różnica w przyłożonym potencjale, jest wartością uzyskaną przez sumę potencjałów elektrod roboczych i elektrod odniesienia.

Typy

Górny obraz pokazuje wykres E vs t, zwany również falą potencjalną dla woltamperometrii z przemiataniem liniowym.

Można zaobserwować, że wraz z upływem czasu potencjał wzrasta. Z kolei ten przebieg generuje krzywą odpowiedzi lub woltamperogram C w stosunku do E, którego kształt będzie sigmoidalny. Nadejdzie moment, w którym bez względu na to, jak bardzo E wzrośnie, nie będzie wzrostu prądu.

Z tego wykresu można wywnioskować inne rodzaje woltamperometrii. Jak? Modyfikacja fali potencjalnej E vs t za pomocą nagłych impulsów potencjału podążających za pewnymi wzorami. Każdy wzór jest związany z rodzajem woltamperometrii i obejmuje własną teorię i warunki eksperymentalne.

Woltamperometria impulsowa

W tym typie woltamperometrii można analizować mieszaniny dwóch lub więcej analitów, których wartości E1/2 Są bardzo blisko siebie. Tak więc analit z E1/2 0,04 V można zidentyfikować w towarzystwie innego za pomocą E1/2 0,05V. Podczas gdy w woltamperometrii liniowej, różnica musi być większa niż 0,2V.

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

Potencjalne fale mogą mieć wzory przypominające schody, strome schody i trójkąty. Ta ostatnia odpowiada cyklicznej woltamperometrii (CV jej akronimu w języku angielskim, pierwsze zdjęcie).

W CV potencjał E jest stosowany w pewnym sensie, dodatnim lub ujemnym, a następnie, przy pewnej wartości E w czasie t, ten sam potencjał jest ponownie stosowany, ale w przeciwnym kierunku. Podczas badania generowanych woltamogramów wartości maksymalne ujawniają obecność pośredników w reakcji chemicznej.

Voltammetry redissolution

Może to być typ anodowy lub katodowy. Polega na elektroosadzaniu analitu na elektrodzie rtęciowej. Jeśli analitem jest jon metalu (taki jak Cd)2+) powstanie amalgamat; a jeśli to anion (jak MoO)42-) nierozpuszczalna sól rtęci.

Następnie stosuje się impulsy potencjałów w celu określenia stężenia i tożsamości elektroosadzonych gatunków. W ten sposób amalgamat jest ponownie rozpuszczany, podobnie jak sole rtęci.

Aplikacje

-Woltamperometria ponownego rozpuszczania anodowego jest używana do określenia stężenia metali rozpuszczonych w płynie.

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

-Jego podstawy teoretyczne posłużyły do ​​produkcji biosensorów. Dzięki temu można określić obecność i stężenie cząsteczek biologicznych, białek, tłuszczów, cukrów itp.

-Wreszcie wykrywa udział pośredników w mechanizmach reakcji.

Referencje

  1. González M. (22 listopada 2010 r.). Woltamperometria Źródło: quimica.laguia2000.com
  2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., i Vivó, M ... (2002). Analiza elektrochemiczna Journal of Biological Diagnostics, 51 (1), 18-27. Odzyskane z scielo.isciii.es
  3. Chemia i nauka (18 lipca 2011 r.). Woltamperometria Odzyskany z: laquimicaylaciencia.blogspot.com
  4. Quiroga A. (16 lutego 2017 r.). Woltamperatura cykliczna. Źródło: chem.libretexts.org
  5. Samuel P. Kounaves. (s.f.). Techniki woltamperometryczne. [PDF] Tufts University. Źródło: brown.edu
  6. Dzień R. i Underwood A. Ilościowa chemia analityczna (piąte wydanie). PEARSON Prentice Hall.