Voltammetry, z čeho se skládá, typy a aplikace



voltametrie je elektroanalytická technika, která určuje informace o chemickém druhu nebo analytu z elektrických proudů generovaných změnou použitého potenciálu. To znamená, že použitý potenciál E (V) a čas (t) jsou nezávislé proměnné; zatímco aktuální (A), závislá proměnná.

Chemické druhy obyčejných musí být elektroaktivní. Co tím myslíš? To znamená, že musíte ztratit (oxidovat) nebo získat (redukovat) elektrony. Pro zahájení reakce musí pracovní elektroda poskytnout potřebný potenciál, který je teoreticky stanoven Nernstovou rovnicí.

Na obrázku nahoře je vidět příklad voltametrie. Elektroda obrazu je tvořena uhlíkovými vlákny, která jsou ponořena v rozpouštěcím médiu. Dopamin není oxidován, tvoříc dvě karbonylové skupiny C = O (pravá strana chemické rovnice), pokud není použit vhodný potenciál..

Toho je dosaženo tak, že se provede E s různými hodnotami, omezenými mnoha faktory, jako je roztok, přítomné ionty, stejná elektroda a dopamin..

Tím, že mění E s časem, dva grafy jsou získány: první E v t (modrý trojúhelník), a druhý, odpověď C vs t (žlutý). Jeho formy jsou charakteristické pro stanovení dopaminu v podmínkách experimentu.

Index

  • 1 Co je voltametrie??
    • 1.1 Voltammetrická vlna
    • 1.2 Instrumentace
  • 2 Typy
    • 2.1 Pulzní voltametrie
    • 2.2 Voltametrie přerozdělení
  • 3 Aplikace
  • 4 Odkazy

Co je voltametrie??

Voltametrie byla vyvinuta díky vynálezu techniky polarografie v roce 1922 Nobelovu cenou za chemii Jaroslavem Heyrovským. V něm se rtuťová kapková elektroda (EGM) neustále obnovuje a polarizuje.

Analytické nedostatky této metody byly v té době řešeny použitím a konstrukcí dalších mikroelektrod. Tyto materiály se značně liší v materiálu, od uhlí, ušlechtilých kovů, diamantů a polymerů, až po jejich design, disky, válce, listy; a také způsobem, jakým interagují s rozpuštěním: stacionární nebo rotační.

Všechny tyto detaily jsou určeny k upřednostnění polarizace elektrody, která způsobuje rozpad zaznamenaného proudu známého jako mezní proud (i1). To je úměrné koncentraci analytu a polovičnímu výkonu E (E)1/2) pro dosažení poloviny uvedeného proudu (i1/2) je charakteristický pro daný druh.

Potom určíme hodnoty E1/2 v křivce, kde je vynesen proud získaný změnou E, volán voltamperogram, Přítomnost analytu může být identifikována. To znamená, že každý analyt, s ohledem na podmínky experimentu, bude mít svou vlastní hodnotu E1/2.

Voltametrická vlna

Ve voltametrii pracujeme s mnoha grafy. První z nich je křivka E vs t, která umožňuje sledovat potenciální rozdíly aplikované jako funkce času.

Elektrický obvod zároveň registruje hodnoty C produkované analytem při ztrátě nebo získání elektronů v blízkosti elektrody.

Protože je elektroda polarizovaná, může méně jádra difundovat z jádra roztoku. Například pokud má elektroda kladný náboj, druh X- bude k němu přitahován a bude k němu směřován pouhou elektrostatickou přitažlivostí.

Ale X- nejsi sám: ve vašem prostředí jsou přítomny další ionty. Některé kationty M+ mohou bránit jejich cestě k elektrodě tím, že ji uzavřou do „shluků“ kladných nábojů; a také anionty N- může být navinut kolem elektrody a zabránit X- pojď k němu.

Součet těchto fyzikálních jevů způsobuje ztrátu proudu a to je pozorováno v křivce C vs E a její tvar podobný tvaru S, zvané sigmoidní forma. Tato křivka je známa jako voltametrická vlna.

Instrumentace

Přístroje voltametrie se liší podle analytu, rozpouštědla, typu elektrody a aplikace. Převážná většina z nich je založena na systému skládajícím se ze tří elektrod: jedna pracovní (1), pomocná (2) a referenční (3).

Hlavní referenční elektrodou je kalomelová elektroda (ECS). To ve spojení s pracovní elektrodou umožňuje stanovit potenciálový rozdíl ΔE, protože potenciál referenční elektrody zůstává během měření konstantní..

Na druhé straně je pomocná elektroda zodpovědná za řízení zátěže, která přechází na pracovní elektrodu, aby byla udržena v přijatelných hodnotách E. Nezávislá proměnná, rozdíl v aplikovaném potenciálu, je ta, která je získána součtem potenciálu pracovních a referenčních elektrod.

Typy

Horní obrázek ukazuje graf E vs t, nazývaný také potenciální vlnou pro lineární voltametrii.

Lze pozorovat, že jak čas plyne, potenciál se zvyšuje. Na druhé straně tento cyklus generuje křivku odezvy nebo voltamperogram C versus E, jehož tvar bude sigmoidní. Dochází k bodu, kdy, bez ohledu na to, jak moc se E zvyšuje, nedojde ke zvýšení proudu.

Z tohoto grafu lze odvodit další typy voltametrie. Jak? Modifikace potenciální vlny E vs t pomocí náhlých pulzů potenciálních následků po určitých vzorcích. Každý vzor je spojen s typem voltametrie a zahrnuje vlastní teorii a experimentální podmínky.

Pulzní voltametrie

V tomto typu voltametrie lze analyzovat směsi dvou nebo více analytů, jejichž hodnoty E1/2 Jsou velmi blízko u sebe. Takže analyt s E1/2 0.04V může být identifikován ve společnosti jiného s E1/2 0,05V. V lineární voltametrii musí být rozdíl větší než 0,2V.

Proto existuje vyšší citlivost a nižší detekční limity; analyty mohou být stanoveny při velmi nízkých koncentracích.

Potenciální vlny mohou mít schodišťové vzory, strmé schody a trojúhelníky. Ten odpovídá cyklické voltametrii (CV pro zkratku v angličtině, první obrázek).

V CV je potenciál E aplikován ve smyslu, kladném nebo záporném, a pak při určité hodnotě E v čase t je opět aplikován stejný potenciál, ale v opačném směru. Při zkoumání vytvořených voltammogramů maxima odhalují přítomnost zprostředkovatelů v chemické reakci.

Voltametrie přerozdělení

To může být anodického nebo katodického typu. Skládá se z elektrolytického vylučování analytu na rtuťové elektrodě. Pokud je analytem ion kovu (jako je Cd)2+) se vytvoří amalgám; a pokud je to anion, (jako MoO42-) nerozpustná sůl rtuti.

Pak se použijí pulsy potenciálů pro stanovení koncentrace a identity elektrolyticky uložených druhů. Amalgám je tedy znovu rozpuštěn, stejně jako soli rtuti.

Aplikace

-Voltametrie anodického opětovného rozpuštění se používá ke stanovení koncentrace kovů rozpuštěných v tekutině.

-Umožňuje studovat kinetiku redoxních nebo adsorpčních procesů, zejména když jsou elektrody modifikovány tak, aby detekovaly specifický analyt..

-Jeho teoretické základy sloužily k výrobě biosenzorů. S nimi lze stanovit přítomnost a koncentraci biologických molekul, proteinů, tuků, cukrů atd.

-Nakonec zjišťuje účast zprostředkovatelů v reakčních mechanismech.

Odkazy

  1. González M. (22. listopadu 2010). Voltametrie Zdroj: quimica.laguia2000.com
  2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M ... (2002). Elektrochemická analýza Journal of Biological Diagnostics, 51 (1), 18-27. Získané z scielo.isciii.es
  3. Chemie a věda (18. července 2011). Voltametrie Obnoveno z: laquimicaylaciencia.blogspot.com
  4. Quiroga A. (16. února 2017). Cyklická voltametrie. Zdroj: chem.libretexts.org
  5. Samuel P. Kounaves. (s.f.). Voltammetrické techniky. [PDF] Univerzita Tufts. Citováno z: brown.edu
  6. Den R. & Underwood A. Kvantitativní analytická chemie (páté vydání). PEARSON Prentice Hall.