VOLTAMETRIA: Z ČOHO POZOSTÁVA, TYPY A APLIKÁCIE - CHÉMIA - 2024

Voltametria je elektroanalytické technika, ktorá určuje informácie o chemickej látky alebo analytov z elektrických prúdov generovaných variácií aplikovaného možných druhov. To znamená, že aplikovaný potenciál E (V) a čas (t) sú nezávislé premenné; zatiaľ čo prúd (A), závislá premenná.

Chemický druh musí byť obyčajne elektroaktívny. Čo to znamená? To znamená, že musí stratiť (oxidovať) alebo získať (znížiť) elektróny. Aby mohla reakcia začať, pracovná elektróda musí dodať potrebný potenciál teoreticky určený Nernstovou rovnicou.

Zdroj: Trina36, z Wikimedia Commons

Príklad voltametrie je uvedený na obrázku vyššie. Elektróda na obrázku je vyrobená z uhlíkových vlákien, ktoré sú ponorené do rozpúšťacieho média. Dopamín neoxiduje a vytvára dve karbonylové skupiny C = O (pravá strana chemickej rovnice), pokiaľ nie je uplatnený vhodný potenciál.

Toto sa dosiahne skenovaním E s rôznymi hodnotami, obmedzenými mnohými faktormi, ako je roztok, prítomné ióny, samotná elektróda a dopamín.

Zmenou E v priebehu času sa získajú dva grafy: prvý E vt (modrý trojuholník) a druhý, reakcia C vs t (žltá). Ich formy sú charakteristické pre stanovenie dopamínu v podmienkach experimentu.

Čo je voltametria?

Voltametria bola vyvinutá vďaka vynálezu polarografickej techniky víťazom Nobelovej ceny za rok 1922 v chémii Jaroslavom Heyrovským. V ňom sa elektróda kvapky ortuti (EGM) neustále obnovuje a polarizuje.

Analytické nedostatky tejto metódy boli v tom čase vyriešené použitím a konštrukciou iných mikroelektród. Tieto materiály sa veľmi líšia materiálom, od uhlíka, vzácnych kovov, diamantov a polymérov, až po ich konštrukciu, disky, valce, listy; a tiež spôsobom, akým interagujú s riešením: stacionárne alebo rotačné.

Všetky tieto detaily sú určené na podporu polarizácie elektródy, ktorá spôsobuje rozpad registrovaného prúdu, ktorý sa nazýva limitný prúd (i ₁ ). To je úmerné koncentrácii analytu a polovica výkonu E (E _1/2 ) na dosiahnutie polovice uvedeného prúdu (i _1/2 ) je charakteristická pre daný druh.

Potom stanovením hodnôt E _1/2 v krivke, kde je vynesený prúd získaný so zmenou E, nazývaný voltamperogram, je možné identifikovať prítomnosť analytu. To znamená, že každý analyt bude mať vzhľadom na podmienky experimentu svoju vlastnú hodnotu E _1/2 .

Voltametrická vlna

Vo voltametrii pracujete s mnohými grafmi. Prvým z nich je krivka E verz t, ktorá umožňuje sledovanie aplikovaných potenciálnych rozdielov ako funkcie času.

Elektrický obvod súčasne zaznamenáva hodnoty C produkované analytom stratou alebo získaním elektrónov v blízkosti elektródy.

Pretože je elektróda polarizovaná, môže z roztoku do nej difundovať menej analytov. Napríklad, ak je elektróda pozitívne nabitá, pritiahne sa k nej druh X ^- a nasmeruje sa k nej jednoduchou elektrostatickou príťažlivosťou.

Ale X ^- nie ste sami: vo vašom prostredí sú prítomné ďalšie ióny. Niektoré katióny M ^{+ sa} môžu dostať do cesty elektródy tým, že ju uzavrú do „zhlukov“ kladných nábojov; a podobne, N ^- anióny sa môžu zachytiť okolo elektródy a zabrániť X ^{- v jej} dosiahnutí.

Súčet týchto fyzikálnych javov spôsobuje stratu prúdu, a to sa pozoruje v krivke C vs E a jej tvar je podobný tvaru S, ktorý sa nazýva sigmoidný tvar. Táto krivka sa nazýva voltametrická vlna.

inštrumentácie

Zdroj: Stan J Klimas z Wikimedia Commons

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

Hlavnou použitou referenčnou elektródou je kalomelová elektróda (ECS). To spolu s pracovnou elektródou umožňuje zistiť potenciálny rozdiel ΔE, pretože potenciál referenčnej elektródy zostáva počas merania konštantný.

Na druhej strane pomocná elektróda je zodpovedná za riadenie náboja, ktorý prechádza na pracovnú elektródu, aby sa udržala v prijateľných hodnotách E. Nezávislá premenná, aplikovaný rozdiel potenciálu, je tá, ktorá sa získa pripočítaním potenciálov pracovných a referenčných elektród.

druhy

Zdroj: Domdomegg, z Wikimedia Commons

Obrázok hore ukazuje graf E vs t, tiež nazývaný potenciálny priebeh pre lineárnu metódu voltametrie.

Je vidieť, že s postupom času sa potenciál zvyšuje. Na druhej strane toto rozmítanie vytvára krivku odozvy alebo voltamperogram C verzus E, ktorého tvar bude sigmoidný. Príde bod, v ktorom nezáleží na tom, koľko E sa zvýši, v súčasnom období nedôjde k zvýšeniu.

Z tohto grafu je možné odvodiť ďalšie typy voltametrie. Ako? Modifikácia potenciálnej vlny E vs t pomocou náhlych potenciálnych impulzov sledujúcich určité vzory. Každý model je spojený s určitým typom voltametrie a zahŕňa jeho vlastnú teóriu a experimentálne podmienky.

Pulzná voltametria

Pri tomto type voltametrie sa môžu analyzovať zmesi dvoch alebo viacerých analytov, ktorých hodnoty E1 _/2 sú veľmi blízko pri sebe. Analyt s E _1/2 0,04 V sa teda môže identifikovať v spoločnosti iného s E _1/2 0,05 V. Zatiaľ čo pri lineárnom rozmítaní voltametrie musí byť rozdiel väčší ako 0,2V.

Preto existuje vyššia citlivosť a nižšie detekčné limity; to znamená, že analyty môžu byť stanovené pri veľmi nízkych koncentráciách.

Vlny potenciálov môžu mať schodiskové vzory, šikmé schody a trojuholníky. Ten zodpovedá cyklickej voltametrii (CV pre jeho skratku v angličtine, prvý obrázok).

Vo CV je potenciál E aplikovaný v jednom smere, pozitívny alebo negatívny, a potom sa pri určitej hodnote E v čase t aplikuje ten istý potenciál znova, ale v opačnom smere. Pri štúdiu generovaných voltamperogramov maximá odhalia prítomnosť medziproduktov v chemickej reakcii.

Voltametria opätovného rozpustenia

Môže to byť anodický alebo katodický typ. Pozostáva z elektrolytického nanášania analytu na ortuťovú elektródu. Ak je analytom kovový ión (napríklad Cd2 ⁺ ), vytvorí sa amalgám; a ak je to anión (napr. MoO ₄ ^2– ), nerozpustná soľ ortuti.

Potom sa aplikujú impulzy potenciálov na určenie koncentrácie a identity elektrodepozitných druhov. Amalgám sa teda znovu rozpustí, rovnako ako soli ortuti.

aplikácia

- Na stanovenie koncentrácie rozpustených kovov v tekutine sa používa anodická voltametria pri opätovnom rozpúšťaní.

- Umožňuje študovať kinetiku redoxných alebo adsorpčných procesov, najmä ak sú elektródy modifikované tak, aby detegovali špecifický analyt.

- Jej teoretická základňa sa používa na výrobu biosenzorov. Pomocou nich je možné určiť prítomnosť a koncentráciu biologických molekúl, proteínov, tukov, cukrov atď.

- Nakoniec zistí účasť sprostredkovateľov na reakčných mechanizmoch.

Referencie

1. González M. (22. november 2010). Voltametria. Obnovené z: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E. a Vivó, M .. (2002). Elektrochemická analýza. Journal of Biological Diagnosis, 51 (1), 18-27. Obnovené zo stránky scielo.isciii.es
3. Chémia a veda. (18. júla 2011). Voltametria. Získané z: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga A. (16. februára 2017). Cyklická voltametria. Obnovené z: chem.libretexts.org
5. Samuel P. Kounaves. (SF). Voltametrické techniky. , Univerzita Tufts. Získané z: brown.edu
6. Deň R. a Underwood A. Kvantitatívna analytická chémia (5. vydanie). PEARSON Prentice Hall.