Voltammetry to, čo sa skladá, typy a aplikácie



voltametria je elektroanalytická technika, ktorá určuje informácie o chemickom druhu alebo analyte z elektrických prúdov vytvorených zmenou použitého potenciálu. To znamená, že použitý potenciál E (V) a čas (t) sú nezávislé premenné; zatiaľ čo aktuálna (A) závislá premenná.

Chemické druhy obyčajných musia byť elektroaktívne. Čo tým myslíš? To znamená, že musíte stratiť (oxidovať) alebo získať (redukovať) elektróny. Na spustenie reakcie musí pracovná elektróda dodať potrebný potenciál stanovený teoreticky Nernstovou rovnicou.

Príklad voltametrie je možné vidieť na obrázku vyššie. Elektróda obrazu je vyrobená z uhlíkových vlákien, ktoré sú ponorené do rozpúšťacieho média. Dopamín nie je oxidovaný, pričom tvoria dve karbonylové skupiny C = O (pravá strana chemickej rovnice), pokiaľ nie je použitý vhodný potenciál..

To sa dosahuje vykonaním zatemnenia E s rôznymi hodnotami, obmedzenými mnohými faktormi, ako je roztok, prítomné ióny, rovnaká elektróda a dopamín.

Zmenou E s časom sa získajú dva grafy: prvý Ev t (modrý trojuholník) a druhý odpoveď C vs t (žltá). Jeho formy sú charakteristické pre stanovenie dopamínu v podmienkach experimentu.

index

  • 1 Čo je voltametria??
    • 1.1 Voltametrická vlna
    • 1.2
  • 2 Typy
    • 2.1 Pulzná voltametria
    • 2.2 Voltametria redigovania
  • 3 Aplikácie
  • 4 Odkazy

Čo je voltametria??

Voltametria bola vyvinutá vďaka vynálezu techniky polarografie v roku 1922 Nobelovu cenu v chémii, Jaroslav Heyrovsky. V ňom je ortuťová kvapková elektróda (EGM) neustále obnovovaná a polarizovaná.

Analytické nedostatky tejto metódy boli v tom čase vyriešené použitím a návrhom ďalších mikroelektród. Tieto sa výrazne líšia v materiáloch, od uhlia, ušľachtilých kovov, diamantov a polymérov, až po ich dizajn, disky, valce, listy; a tiež spôsobom, akým interagujú s rozpúšťaním: stacionárne alebo rotačné.

Všetky tieto detaily sú určené na podporu polarizácie elektródy, ktorá spôsobuje rozpad zaznamenaného prúdu známeho ako limitný prúd (i1). Toto je úmerné koncentrácii analytu a polovica výkonu E (E1/2) na dosiahnutie polovice uvedeného prúdu (t.j.1/2) je charakteristický pre daný druh.

Potom sa určia hodnoty E1/2 v krivke, kde je vynesený prúd získaný s variáciou E, nazývaný voltamometrický, Prítomnosť analytu môže byť identifikovaná. To znamená, že každý analyt má vzhľadom na podmienky experimentu svoju vlastnú hodnotu E1/2.

Voltametrická vlna

Vo voltametrii pracujeme s mnohými grafmi. Prvým z nich je krivka E vs t, ktorá umožňuje sledovať potenciálne rozdiely uplatňované ako funkcia času.

Elektrický obvod zároveň registruje hodnoty C produkované analytom pri strate alebo získavaní elektrónov v blízkosti elektródy..

Pretože elektróda je polarizovaná, menej analytu môže difundovať z jadra roztoku do nej. Napríklad, ak má elektróda kladný náboj, druh X- bude priťahovaný k nej a bude smerovaný na ňu jednoduchou elektrostatickou príťažlivosťou.

Ale X- nie ste sami: vo vašom prostredí sú prítomné ďalšie ióny. Niektoré katióny M+ môžu brániť ich ceste k elektróde tým, že ju uzavrú do „zhlukov“ pozitívnych nábojov; a podobne anióny N- môže byť navinutý okolo elektródy a zabrániť X- prísť k nemu.

Súčet týchto fyzikálnych javov spôsobuje stratu prúdu a toto je pozorované v krivke C vs E a jej tvar podobný tvaru S, ktorý sa nazýva sigmoidná forma. Táto krivka je známa ako voltametrická vlna.

inštrumentácie

Prístrojové vybavenie voltametrie sa mení podľa analytu, rozpúšťadla, typu elektródy a aplikácie. Prevažná väčšina z nich je založená na systéme pozostávajúcom z troch elektród: jedna pracovná (1), pomocná (2) a referenčná (3).

Hlavná referenčná elektróda je kalomelová elektróda (ECS). To v spojení s pracovnou elektródou umožňuje stanoviť potenciálový rozdiel ΔE, pretože potenciál referenčnej elektródy zostáva počas merania konštantný..

Na druhej strane, pomocná elektróda je zodpovedná za riadenie záťaže, ktorá prechádza na pracovnú elektródu, aby sa udržala v prijateľných hodnotách E. Nezávislá premenná, rozdiel v aplikovanom potenciáli, je rozdiel, ktorý sa získa súčtom potenciálov pracovných a referenčných elektród.

typ

Horný obrázok zobrazuje graf E vs t, tiež nazývaný potenciálna vlna pre lineárnu voltametriu.

Je možné pozorovať, že časom sa potenciál zvyšuje. Na druhej strane tento ťah generuje krivku odozvy alebo voltamperogram C vs E, ktorých tvar bude sigmoidný. Nastane bod, kde, bez ohľadu na to, koľko E sa zvýši, nebude existovať žiadny nárast prúdu.

Z tohto grafu je možné odvodiť ďalšie typy voltametrie. Ako? Modifikácia potenciálnej vlny E vs t pomocou náhlych impulzov potenciálnych nasledujúcich vzorcov. Každý vzor je spojený s typom voltametrie a zahŕňa vlastnú teóriu a experimentálne podmienky.

Pulzná voltametria

V tomto type voltametrie je možné analyzovať zmesi dvoch alebo viacerých analytov, ktorých hodnoty E1/2 Sú veľmi blízko pri sebe. Takže analyt s E1/2 0.04V môže byť identifikovaný v spoločnosti iného s E1/2 0,05V. Pri voltametrii s lineárnym ťahom musí byť rozdiel väčší ako 0,2V.

Preto je vyššia citlivosť a nižšie limity detekcie; to znamená, že analyty sa môžu stanoviť pri veľmi nízkych koncentráciách.

Potenciálne vlny môžu mať schodiskové vzory, strmé schody a trojuholníky. Ten zodpovedá cyklickej voltametrii (CV pre skratku v angličtine, prvý obrázok).

V CV je potenciál E aplikovaný v zmysle, kladnom alebo zápornom, a potom pri určitej hodnote E v čase t sa opäť aplikuje rovnaký potenciál, ale v opačnom smere. Pri štúdiu vytvorených voltammogramov maximá odhaľujú prítomnosť sprostredkovateľov v chemickej reakcii.

Voltametria opakovania

Môže to byť anodický alebo katódový typ. Skladá sa z elektrolytického vylučovania analytu na ortuťovej elektróde. Ak je analytom ión kovu (napr. Cd)2+) sa vytvorí amalgám; a ak je to anión (ako MoO42-) nerozpustná soľ ortuti.

Potom sa použijú pulzy potenciálov na určenie koncentrácie a identity elektrolyticky nanesených druhov. Amalgám je teda znovu rozpustený, ako aj soli ortuti.

aplikácie

-Na stanovenie koncentrácie kovov rozpustených v kvapaline sa používa voltametria anodického opätovného rozpustenia.

-Umožňuje štúdium kinetiky redoxných alebo adsorpčných procesov, najmä keď sú elektródy modifikované na detekciu špecifického analytu..

-Jej teoretické východiská slúžili na výrobu biosenzorov. Tým sa môže určiť prítomnosť a koncentrácia biologických molekúl, proteínov, tukov, cukrov atď.

-Nakoniec zisťuje účasť sprostredkovateľov v reakčných mechanizmoch.

referencie

  1. González M. (22. novembra 2010). Voltametria. 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. Chémia a veda (18. júl 2011). Voltametria. Obnovené z: laquimicaylaciencia.blogspot.com
  4. Quiroga A. (16. februára 2017). Cyklická voltametria. Zdroj: chem.libretexts.org
  5. Samuel P. Kounaves. (N. D.). Voltammetrické techniky. [PDF]. Tufts University. Zdroj: brown.edu
  6. Deň R. & Underwood A. Kvantitatívna analytická chémia (piate vydanie). PEARSON Prentice Hall.