VOLTAMMETRIA: MISTÄ SE KOOSTUU, TYYPIT JA SOVELLUKSET - KEMIA - 2026

Voltammetrian on Electroanalytical tekniikka, joka määrittää tiedon kemiallista tai analyytin sähkövirtoja syntyy vaihtelu kohdistetun potentiaalin laji. Eli käytetty potentiaali E (V) ja aika (t) ovat riippumattomia muuttujia; kun taas virta (A), riippuvainen muuttuja.

Kemiallisten lajien on yleensä oltava elektroaktiivisia. Mitä se tarkoittaa? Se tarkoittaa, että sen on hävitettävä (hapetettava) tai lisättävä (pelkistettävä) elektroneja. Reaktion alkamiseksi työelektrodin on syötettävä tarvittava potentiaali Nernst-yhtälön avulla teoreettisesti määritettynä.

Lähde: Trina36, kirjoittanut Wikimedia Commons

Yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä esimerkki voltammetriasta. Kuvan elektrodi on valmistettu hiilikuiduista, jotka on upotettu liuotusväliaineeseen. Dopamiini ei hapettu muodostaen kaksi karbonyyliryhmää C = O (kemiallisen yhtälön oikea puoli), ellei oikeaa potentiaalia ole käytetty.

Tämä saadaan aikaan skannaamalla E eri arvoilla, joita rajoittavat monet tekijät, kuten liuos, läsnä olevat ionit, itse elektrodi ja dopamiini.

Vaihtelemalla E ajan myötä saadaan kaksi kuvaajaa: ensimmäinen E vt (sininen kolmio) ja toinen, vaste C vs t (keltainen). Niiden muodot ovat ominaisia ​​dopamiinin määrittämiselle kokeen olosuhteissa.

Mikä on voltammetria?

Voltammetria kehitettiin polarografiatekniikan keksinnön ansiosta, jonka 1922 teki Nobel-palkinnon voittaja kemiassa Jaroslav Heyrovsky. Siinä elohopeapisaran (EGM) elektrodi uusiutuu jatkuvasti ja polarisoituu.

Tämän menetelmän analyyttiset puutteet tuolloin ratkaistiin muiden mikroelektrodien käytön ja suunnittelun avulla. Ne vaihtelevat suuresti materiaalista, hiilestä, jalometalleista, timantista ja polymeereistä, suunnittelussaan, kiekkoihin, sylintereihin, levyihin; ja myös tavalla, jolla ne ovat vuorovaikutuksessa ratkaisun kanssa: paikallaan tai pyörivällä.

Kaikki nämä tiedot on tarkoitus suosia polarisaatio elektrodin, joka aiheuttaa rappeutuminen rekisteröity nykyisen tunnetaan rajoittavat virran (i ₁). Tämä on verrannollinen analyytin konsentraatioon, ja puoli teho E (E _1/2) puolen mainitun virran (i _1/2) saavuttamiseksi on lajeille ominaista.

Sitten määrittämällä E1 _{/ 2-} arvot käyrässä, jossa E: n variaatiolla saatu virta piirretään, nimeltään voltamperogrammi, voidaan analyytin läsnäolo tunnistaa. Toisin sanoen jokaisella analyyttillä, ottaen huomioon kokeen olosuhteet, on oma arvo E _1/2.

Voltammetrinen aalto

Voltammetrialla työskentelet monien kuvaajien kanssa. Ensimmäinen näistä on E vs t -käyrä, joka mahdollistaa sovellettujen potentiaalierojen seurannan ajan funktiona.

Mutta samaan aikaan sähköpiiri tallentaa analyytin tuottamat C-arvot häviämällä tai saamalla elektroneja elektrodin läheisyyteen.

Koska elektrodi on polarisoitunut, vähemmän analyyttia voi diffundoitua liuoksesta siihen. Esimerkiksi, jos elektrodi on positiivisesti varautunut, laji X ^- houkuttelee sitä ja ohjataan sitä pelkästään sähköstaattisella vetovoimalla.

Mutta X ^- et ole yksin: ympäristössäsi on muita ioneja. Jotkut M ⁺ -kationit voivat päästä elektrodin tielle sulkemalla sen positiivisten varausten "klustereihin"; ja samoin, N ^- anionit voi vangita elektrodin ympärillä ja estää X ^{- alkaen} sen saavuttaminen.

Näiden fysikaalisten ilmiöiden summa aiheuttaa virran menetyksen, ja tämä havaitaan C vs E -käyrässä ja sen muodossa, joka on samanlainen kuin S: n, jota kutsutaan sigmoidimuotoksi. Tämä käyrä tunnetaan voltammetrisenä aallona.

instrumentit

Lähde: Stan J Klimas, Wikimedia Commonsista

Voltammetrian instrumentit vaihtelevat analyytin, liuottimen, elektrodityypin ja sovelluksen mukaan. Mutta suurin osa niistä perustuu järjestelmään, joka koostuu kolmesta elektrodista: yksi työhön (1), apu (2) ja vertailuelektroni (3).

Tärkein käytetty vertailuelektrodi on kalomelielektrodi (ECS). Tämä yhdessä työelektrodin kanssa mahdollistaa potentiaalierojen AE määrittämisen, koska vertailuelektrodin potentiaali pysyy vakiona mittausten aikana.

Toisaalta apuelektrodi vastaa työelektrodille kulkevan varauksen ohjaamisesta sen pitämiseksi hyväksyttävissä E-arvoissa. Riippumaton muuttuja, sovellettu potentiaaliero, on se, joka saadaan lisäämällä työ- ja vertailuelektrodien potentiaalit.

Tyypit

Lähde: domdomegg, kirjoittanut Wikimedia Commons

Yllä oleva kuva näyttää E vs t-käyrän, jota kutsutaan myös potentiaaliseksi aaltomuotoksi lineaarisen pyyhkäisyn voltammetrialle.

Voidaan nähdä, että ajan myötä potentiaali kasvaa. Tämä lakaisu puolestaan ​​generoi vastekäyrän tai voltamperogrammin C vs. E, jonka muoto on sigmoidinen. Tulee kohta, jossa riippumatta siitä, kuinka paljon E kasvaa, virta ei kasva.

Tästä kaaviosta voidaan päätellä muun tyyppisiä voltammetrioita. Miten? Modifioidaan potentiaaliaalto E vs t äkillisillä potentiaalipulsseilla tiettyjen kuvioiden mukaisesti. Jokainen kuvio liittyy tiettyyn voltammetriatyyppiin, ja se kattaa oman teorian ja kokeelliset olosuhteet.

Pulssin voltammetria

Tämän tyyppisessä voltammetriassa voidaan analysoida kahden tai useamman analyytin seokset, joiden E1 _{/ 2-} arvot ovat hyvin lähellä toisiaan. Siten analyytti, jonka E1 _{/ 2} on 0,04 V, voidaan tunnistaa toisen yrityksen yrityksessä, jonka E1 _{/ 2} on 0,05 V. Lineaarisella pyyhkäisyn voltammetrialla eron on oltava suurempi kuin 0,2 V.

Siksi herkkyys on korkeampi ja havaitsemisrajat ovat pienemmät; toisin sanoen analyytit voidaan määrittää erittäin alhaisina pitoisuuksina.

Potentiaalien aalloilla voi olla portaiden kaltaisia ​​kuvioita, kaltevia portaita ja kolmioita. Jälkimmäinen vastaa syklistä voltammetriaa (CV lyhenteellä englanniksi, ensimmäinen kuva).

CV: ssä potentiaalia E käytetään yhdessä suunnassa, positiivisessa tai negatiivisessa, ja sitten tietyllä E-arvolla ajanhetkellä t sama potentiaali käytetään taas, mutta vastakkaiseen suuntaan. Kun tutkitaan syntyneitä voltamperogrammeja, maksimit paljastavat välittäjien läsnäolon kemiallisessa reaktiossa.

Uuden liukenemisen voltammetria

Tämä voi olla anodista tai katodista tyyppiä. Se koostuu analyytin sähkösaostuksesta elohopeaelektrodilla. Jos analyytti on metalli-ioni (kuten Cd2 ⁺), muodostuu amalgaami; ja jos se on anioni (kuten MoO ₄ ^2–) liukenematon elohopea suola.

Sitten potentiaalipulsseja käytetään määrittämään sähköpinnoitettujen lajien pitoisuus ja identiteetti. Siten amalgaami liukenee uudelleen, kuten elohopea suolat.

Sovellukset

-Anodista uudelleen liukenemisvoltammetriaa käytetään nesteessä liuenneiden metallien pitoisuuden määrittämiseen.

-Mahdollisuus tutkia redox- tai adsorptioprosessien kinetiikkaa, varsinkin kun elektrodeja modifioidaan tietyn analyytin havaitsemiseksi.

- Sen teoreettista perustaa on käytetty biosensorien valmistukseen. Näiden avulla voidaan määrittää biologisten molekyylien, proteiinien, rasvojen, sokerien jne. Läsnäolo ja pitoisuus.

- Viime kädessä se havaitsee välittäjien osallistumisen reaktiomekanismeihin.

Viitteet

1. González M. (22. marraskuuta 2010). Voltammetrian. Palautettu osoitteesta: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., ja Vivó, M… (2002). Sähkökemiallinen analyysi. Journal of Biological Diagnosis, 51 (1), 18 - 27. Palautettu sivustolta scielo.isciii.es
3. Kemia ja tiede. (18. heinäkuuta 2011). Voltammetrian. Palautettu osoitteesta: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga A. (16. helmikuuta 2017). Syklinen voltammetria. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
5. Samuel P. Kounaves. (SF). Voltammetriset tekniikat.. Tufts University. Palautettu: ruskea.edu
6. Päivä R. & Underwood A. Kvantitatiivinen analyyttinen kemia (5. painos). PEARSON Prentice Hall.