Voltammetria, mitä se koostuu, tyypit ja sovellukset

voltammetrian on sähköanalyyttinen tekniikka, joka määrittää kemiallisen aineen tai analyytin informaation käytetyn potentiaalin vaihtelun aiheuttamista sähkövirroista. Toisin sanoen sovellettu potentiaali E (V) ja aika (t) ovat riippumattomia muuttujia; kun nykyinen (A), riippuva muuttuja.

Tavallisten kemiallisten lajien on oltava sähköaktiivisia. Mitä tarkoitat? Se tarkoittaa, että sinun täytyy menettää (hapettaa) tai saada (vähentää) elektroneja. Jotta reaktio käynnistyy, työelektrodin täytyy toimittaa Nernst-yhtälön teoreettisesti määrittämä tarvittava potentiaali.

Esimerkki voltammetriasta on nähtävissä yllä olevassa kuvassa. Kuvan elektrodi valmistetaan hiilikuiduista, jotka upotetaan liukenemisväliaineeseen. Dopamiinia ei hapeteta, jolloin muodostuu kaksi karbonyyliryhmää C = O (kemiallisen yhtälön oikea puoli), ellei sovelleta sopivaa potentiaalia.

Tämä saavutetaan suorittamalla E: n pyyhkäisy eri arvoilla, joita rajoittavat monet tekijät, kuten liuos, läsnä olevat ionit, sama elektrodi ja dopamiini.

Vaihtelemalla E ajan myötä saadaan kaksi kuvaa: ensimmäinen E v t (sininen kolmio) ja toinen vastaus C vs t (keltainen). Sen muodot ovat ominaisia ​​dopamiinin määrittämiselle kokeilun olosuhteissa.

indeksi

• 1 Mikä on voltammetria??
  • 1.1 Voltammetrinen aalto
  • 1.2 Instrumentointi
• 2 tyyppiä
  • 2.1 Pulse voltammetria
  • 2.2 Uudelleen liuottamisen volttimetria
• 3 Sovellukset
• 4 Viitteet

Mikä on voltammetria??

Voltammetriaa kehitettiin polarografiatekniikan keksimisen avulla vuonna 1922 Kemian Nobel-palkinnolla Jaroslav Heyrovsky. Siinä elohopean pudotuselektrodi (EGM) uusitaan ja polarisoidaan jatkuvasti.

Tämän menetelmän analyyttiset puutteet selvitettiin muiden mikroelektrodien käytön ja suunnittelun avulla. Ne vaihtelevat suuresti materiaalista, kivihiilestä, jalometalleista, timanteista ja polymeereistä, niiden suunnittelusta, levyistä, sylintereistä, levyistä; ja samalla tavalla kuin ne ovat vuorovaikutuksessa liukenemisen kanssa: kiinteät tai pyörivät.

Kaikki nämä yksityiskohdat on tarkoitettu suosimaan elektrodin polarisaatiota, joka aiheuttaa rajavirran (i₁). Tämä on verrannollinen analyytin pitoisuuteen ja puoleen tehosta E (E_1/2) saavuttamaan puolet mainitusta virrasta (i_1/2) on ominaista lajille.

Sitten määritetään arvot E_1/2 käyrässä, jossa piirretään E: n muunnoksella saatu virta, kutsutaan voltammogrammi, Analyytin läsnäolo voidaan tunnistaa. Toisin sanoen jokaisella analyytillä on kokeilun olosuhteet huomioon ottaen oma E-arvo_1/2.

Voltammetrinen aalto

Voltammetriassa työskentelemme monien kaavioiden avulla. Ensimmäinen on käyrä E vs t, joka sallii mahdollisten erojen seurannan ajan funktiona.

Samalla sähköpiiri rekisteröi analyytin tuottamat C-arvot menettämättä tai saamasta elektroneja elektrodin läheisyydessä..

Koska elektrodi on polarisoitu, vähemmän analyytti voi diffundoitua liuoksen ytimeen. Esimerkiksi jos elektrodilla on positiivinen varaus, laji X^- se houkuttelee sitä ja ohjataan siihen pelkästään sähköstaattisella vetovoimalla.

Mutta X^- et ole yksin: on ympäristössäsi muitakin ioneja. Jotkut kationit M⁺ ne voivat estää niiden kulkemisen elektrodiin liittämällä se positiivisten varausten "klustereihin"; ja samoin anionit N^- voidaan kelata elektrodin ympärille ja estää X: n^- tule hänelle.

Näiden fysikaalisten ilmiöiden summa aiheuttaa virran katoamisen, ja tämä havaitaan käyrässä C vs E ja sen muoto on samanlainen kuin S, jota kutsutaan sigmoidimuodoksi. Tätä käyrää kutsutaan voltametriseksi aalloksi.

instrumentit

Voltammetrian instrumentointi vaihtelee analyytin, liuottimen, elektrodin tyypin ja levityksen mukaan. Suurin osa niistä perustuu järjestelmään, joka koostuu kolmesta elektrodista: yksi työ (1), apu (2) ja viite (3).

Käytetty pääasiallinen vertailuelektrodi on kalomelielektrodi (ECS). Tämä yhdessä työelektrodin kanssa mahdollistaa mahdollisen eron AE määrittämisen, koska vertailuelektrodin potentiaali pysyy vakiona mittausten aikana.

Toisaalta apuelektrodi on vastuussa työelektrodiin kulkevan kuorman ohjaamisesta sen pitämiseksi hyväksyttävissä E-arvoissa. Riippumaton muuttuja, sovelletun potentiaalin ero, on se, joka saadaan työ- ja referenssielektrodien potentiaalien summasta.

tyyppi

Ylempi kuva esittää käyrää E vs t, jota kutsutaan myös potentiaaliseksi aalloksi lineaarisen pyyhkäisyn voltametriaa varten.

Voidaan havaita, että ajan myötä potentiaaliset korotukset lisääntyvät. Tämä pyyhkäisy puolestaan ​​tuottaa vastekäyrän tai voltamperogrammin C vs E, jonka muoto on sigmoid. Tulee kohta, jossa, riippumatta siitä, kuinka paljon E kasvaa, nykyinen ei lisäänny.

Tästä kaaviosta voidaan päätellä muun tyyppisiä voltammetriaa. Miten? Mahdollisen aallon E muuntaminen tiettyjen kuvioiden jälkeen potentiaalin äkillisten pulssien avulla. Kukin kuvio on liitetty jännitemittarityyppiin ja sisältää sen oman teorian ja koeolosuhteet.

Pulse voltammetria

Tämän tyyppisessä voltametriassa voidaan analysoida kahden tai useamman analyytin seoksia, joiden arvot ovat E_1/2 Ne ovat hyvin lähellä toisiaan. Joten analyytti, jossa on E_1/2 0,04V voidaan tunnistaa toisen yrityksen yrityksessä_1/2 0,05 V. Lineaarisen pyyhkäisyn voltametriassa erotuksen on oltava suurempi kuin 0,2 V.

Siksi on suurempi herkkyys ja alemmat havaitsemisrajat; eli analyytit voidaan määrittää hyvin pieninä pitoisuuksina.

Mahdollisilla aaltoilla voi olla portaita, jyrkkiä portaita ja kolmioita. Jälkimmäinen vastaa syklistä voltammetriaa (englanninkielinen lyhenne CV, ensimmäinen kuva).

CV: ssä potentiaalia E käytetään mielessä, positiivisena tai negatiivisena, ja sitten tietyllä E-arvolla ajan t aikana sovelletaan samaa potentiaalia taas, mutta vastakkaiseen suuntaan. Kun tutkitaan syntyneitä voltammogrammeja, maksimit paljastavat välittäjien läsnäolon kemiallisessa reaktiossa.

Uudelleenliuottamisen voltammetria

Tämä voi olla anodista tai katodista tyyppiä. Se koostuu analyytin sähköstaatiosta elohopeaelektrodille. Jos analyytti on metalli-ioni (kuten Cd)²⁺), muodostuu amalgaami; ja jos se on anioni (kuten MoO₄^2-) liukenematon elohopean suola.

Sitten käytetään potentiaalipulsseja elektrodipositiivisten lajien pitoisuuden ja identiteetin määrittämiseksi. Näin ollen amalgaami liuotetaan uudelleen, samoin kuin elohopean suolat.

sovellukset

-Nesteessä liuotettujen metallien konsentraation määrittämiseksi käytetään anodisen uudelleensolvoinnin voltametriaa.

-Sen avulla voidaan tutkia redox- tai adsorptioprosessien kinetiikkaa, erityisesti silloin, kun elektrodeja modifioidaan spesifisen analyytin havaitsemiseksi.

-Sen teoreettinen perusta on ollut biosensorien valmistuksessa. Näiden avulla voidaan määrittää biologisten molekyylien, proteiinien, rasvojen, sokerien jne. Läsnäolo ja pitoisuus.

-Lopuksi se havaitsee välittäjien osallistumisen reaktiomekanismeihin.

viittaukset

1. González M. (22. marraskuuta 2010). Voltammetrian. Haettu osoitteesta: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., ja Vivó, M ... (2002). Sähkökemiallinen analyysi Journal of Biological Diagnostics, 51 (1), 18 - 27. Palautettu scielo.isciii.es
3. Kemia ja tiede (18. heinäkuuta 2011). Voltammetrian. Palautettu: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga A. (16. helmikuuta 2017). Cyclic Voltammetry. Haettu osoitteesta: chem.libretexts.org
5. Samuel P. Kounaves. (N.D.). Voltammetriset tekniikat. [PDF]. Tuftsin yliopisto. Haettu osoitteesta: brown.edu
6. Päivä R. & Underwood A. Kvantitatiivinen analyyttinen kemia (viides ed.). PEARSON Prentice Hall.