ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЯ: ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ, ВИДЫ И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Вольтамперометрии являются Электроаналитическим методом , который определяет информацию химического вещества или аналит от электрических токов , генерируемых изменением приложенного потенциала видов. То есть приложенный потенциал E (V) и время (t) являются независимыми переменными; в то время как ток (A), зависимая переменная.

Химические вещества обычно должны быть электроактивными. Что это означает? Это означает, что он должен терять (окислять) или приобретать (восстанавливать) электроны. Чтобы реакция началась, рабочий электрод должен обеспечивать необходимый потенциал, теоретически определяемый уравнением Нернста.

Источник: Автор Trina36, из Wikimedia Commons

Пример вольтамперометрии можно увидеть на изображении выше. Электрод на изображении сделан из углеродных волокон, погруженных в растворяющую среду. Дофамин не окисляется, образуя две карбонильные группы C = O (правая часть химического уравнения), если не применяется соответствующий потенциал.

Это достигается путем сканирования E с различными значениями, ограниченными многими факторами, такими как раствор, присутствующие ионы, сам электрод и дофамин.

Изменяя E во времени, получают два графика: первый E vt (синий треугольник) и второй, зависимость C от t (желтый). Их формы характерны для определения дофамина в условиях эксперимента.

Что такое вольтамперометрия?

Вольтамперометрия была разработана благодаря изобретению метода полярографии лауреатом Нобелевской премии по химии 1922 года Ярославом Гейровским. В нем электрод капли ртути (ЭГМ) постоянно обновляется и поляризуется.

Аналитические недостатки этого метода в то время были решены за счет использования и конструкции других микроэлектродов. Они сильно различаются по материалам, от углерода, благородных металлов, алмаза и полимеров, до конструкции, дисков, цилиндров, листов; а также по способу их взаимодействия с раствором: стационарному или вращающемуся.

Все эти детали предназначены для поддержки поляризации электрода, которая вызывает спад регистрируемого тока, известного как предельный ток (i ₁ ). Это пропорционально концентрации аналита, и половина мощности E (E _1/2 ) для достижения половины указанного тока (i _1/2 ) характерна для данного вещества .

Затем, определяя значения E _1/2 на кривой, на которой нанесен ток, полученный с изменением E, называемой вольтамперограммой, можно определить присутствие аналита. То есть каждый аналит, учитывая условия эксперимента, будет иметь собственное значение E _1/2 .

Вольтамперометрическая волна

В вольтамперометрии вы работаете со многими графиками. Первым из них является кривая E vs t, которая позволяет отслеживать приложенные разности потенциалов как функцию времени.

Но в то же время электрическая схема регистрирует значения C, производимые аналитом, теряя или приобретая электроны в непосредственной близости от электрода.

Поскольку электрод поляризован, меньшее количество аналита может диффундировать из раствора в него. Например, если электрод заряжен положительно, компонент X ^- будет притягиваться к нему и будет направлен к нему простым электростатическим притяжением.

Но X ^- вы не одиноки: в вашем окружении есть и другие ионы. Некоторые катионы M ⁺ могут мешать электроду, заключая его в «кластеры» положительных зарядов; Аналогичным образом, анионы N ^- могут улавливаться вокруг электрода и препятствовать его достижению X ^- .

Сумма этих физических явлений приводит к потере тока, и это наблюдается на кривой C vs E и ее форме, аналогичной форме S, называемой сигмовидной формой. Эта кривая называется вольтамперометрической волной.

Приборы

Источник: Стэн Дж. Климас, Wikimedia Commons.

Инструменты вольтамперометрии различаются в зависимости от аналита, растворителя, типа электрода и области применения. Но подавляющее большинство из них основано на системе из трех электродов: рабочего (1), вспомогательного (2) и эталонного (3).

В качестве основного электрода сравнения используется каломельный электрод (ECS). Это вместе с рабочим электродом позволяет установить разность потенциалов ΔE, поскольку потенциал электрода сравнения остается постоянным во время измерений.

С другой стороны, вспомогательный электрод отвечает за управление зарядом, который проходит к рабочему электроду, чтобы поддерживать его в пределах допустимых значений E. Независимая переменная, приложенная разность потенциалов, получается путем сложения потенциалов рабочего и контрольного электродов.

Типы

Источник: Автор domdomegg, из Wikimedia Commons

На изображении выше показан график зависимости E от t, также называемый потенциальной формой волны для линейной вольтамперометрии.

Видно, что со временем потенциал увеличивается. В свою очередь, эта развертка генерирует кривую отклика или вольтамперограмму C против E, форма которой будет сигмовидной. Наступит момент, когда независимо от того, насколько увеличится E, не будет увеличения тока.

Из этого графика можно сделать вывод о других типах вольтамперометрии. Как? Изменение потенциальной волны E vs t посредством внезапных потенциальных импульсов, следующих определенным образцам. Каждый образец связан с типом вольтамперометрии и включает в себя свою собственную теорию и экспериментальные условия.

Импульсная вольтамперометрия

В этом типе вольтамперометрии можно анализировать смеси двух или более аналитов, значения E _1/2 которых очень близки друг к другу. Таким образом, аналит с E _1/2, равным 0,04 В, может быть идентифицирован в компании другого с E _1/2, равным 0,05 В. В то время как при линейной вольтамперометрии разница должна быть больше 0,2 В.

Следовательно, есть более высокая чувствительность и более низкие пределы обнаружения; то есть аналиты можно определять при очень низких концентрациях.

Волны потенциалов могут иметь структуру, напоминающую ступеньки, наклонные ступеньки и треугольники. Последний соответствует циклической вольтамперометрии (CV для его аббревиатуры на английском языке, первое изображение).

В CV потенциал E прикладывается в одном направлении, положительном или отрицательном, а затем при определенном значении E за время t снова прикладывается тот же потенциал, но в противоположном направлении. При изучении полученных вольтамперограмм максимумы выявляют присутствие промежуточных звеньев в химической реакции.

Вольтамперометрия повторного растворения

Он может быть анодного или катодного типа. Он заключается в электроосаждении аналита на ртутном электроде. Если аналит представляет собой ион металла (такой как Cd ²⁺ ), образуется амальгама; и если это анион (например, MoO ₄ ^2– ), нерастворимая соль ртути.

Затем применяются импульсы потенциалов для определения концентрации и идентичности электроосажденных частиц. Таким образом, амальгама повторно растворяется, как и соли ртути.

Приложения

-Анодическая вольтамперометрия повторного растворения используется для определения концентрации растворенных металлов в жидкости.

-Позволяет изучать кинетику окислительно-восстановительных или адсорбционных процессов, особенно когда электроды модифицированы для обнаружения конкретного аналита.

-Его теоретическая база была использована для изготовления биосенсоров. С их помощью можно определить присутствие и концентрацию биологических молекул, белков, жиров, сахаров и т. Д.

-Наконец, он обнаруживает участие посредников в механизмах реакции.

Ссылки

1. Гонсалес М. (22 ноября 2010 г.). Вольтамперометрия. Получено с: quimica.laguia2000.com
2. Гомес-Бьедма, С., Сория, Э., и Виво, М. (2002). Электрохимический анализ. Журнал биологической диагностики, 51 (1), 18-27. Получено с scielo.isciii.es
3. Химия и наука. (18 июля 2011 г.). Вольтамперометрия. Получено с: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Кирога А. (16 февраля 2017 г.). Циклическая вольтамперометрия. Получено с: chem.libretexts.org
5. Сэмюэл П. Кунавес. (SF). Вольтамперометрические методы. . Университет Тафтса. Получено с: brown.edu
6. Дэй Р. и Андервуд А. Количественная аналитическая химия (5-е изд.). ПИРСОН Прентис Холл.