- Hva er voltammetri?
- Voltammetrisk bølge
- instrumentering
- typer
- Puls voltammetri
- Gjenoppløsnings voltammetri
- applikasjoner
- referanser
Den voltametri er en electroanalytical teknikk som bestemmer informasjon av en kjemisk eller analytt fra de elektriske strømmer som genereres av den variant av en påtrykte potensiale art. Det vil si at det anvendte potensialet E (V), og tiden (t), er de uavhengige variablene; mens strøm (A), den avhengige variabelen.
De kjemiske artene må vanligvis være elektroaktive. Hva betyr det? Det betyr at den må miste (oksidere) eller få (redusere) elektroner. For at reaksjonen skal starte, må arbeidselektroden levere det nødvendige potensialet teoretisk bestemt av Nernst-ligningen.
Kilde: Av Trina36, fra Wikimedia Commons
Et eksempel på voltammetri kan sees på bildet over. Elektroden på bildet er laget av karbonfibre, som er nedsenket i oppløsningsmediet. Dopamin oksiderer ikke og danner to karbonylgrupper C = O (høyre side av den kjemiske ligningen) med mindre riktig potensial blir brukt.
Dette oppnås ved å skanne E med forskjellige verdier, begrenset av mange faktorer som løsningen, tilstedeværende ioner, selve elektroden og dopamin.
Ved å variere E over tid, oppnås to grafer: den første E vt (den blå trekanten), og den andre, responsen C vs t (gul). Formene deres er karakteristiske for bestemmelse av dopamin under betingelsene for eksperimentet.
Hva er voltammetri?
Voltammetri ble utviklet takket være oppfinnelsen av polarografiteknikken av Nobelprisvinneren i kjemi fra 1922, Jaroslav Heyrovsky. I den blir elektroden til kvikksølldråpen (EGM) stadig fornyet og polarisert.
De analytiske manglene ved denne metoden på det tidspunktet ble løst ved bruk og design av andre mikroelektroder. Disse varierer enormt i materiale, fra karbon, edelmetaller, diamant og polymerer, til utforming, skiver, sylindere, plater; og også på den måten de samhandler med løsningen: stasjonær eller roterende.
Alle disse detaljene er ment å favorisere polarisering av elektroden, noe som forårsaker et forfall av den registrerte strømmen kjent som grensestrøm (i 1 ). Dette er proporsjonalt med konsentrasjonen av analytten, og halvparten av kraften E (E 1/2 ) for å oppnå halvparten av nevnte strøm (i 1/2 ) er karakteristisk for arten.
Ved å bestemme verdiene til E 1/2 i kurven der strømmen oppnådd med variasjonen av E er plottet, kalt et voltamperogram, kan tilstedeværelsen av en analyt identifiseres. Det vil si at hver analyt, gitt betingelsene for eksperimentet, vil ha sin egen verdi på E 1/2 .
Voltammetrisk bølge
I voltammetri jobber du med mange grafer. Den første av disse er E vs t-kurven, som tillater en oppfølging av de anvendte potensialforskjellene som en funksjon av tiden.
Men samtidig registrerer den elektriske kretsen C-verdiene produsert av analytten ved å miste eller få elektroner i nærheten av elektroden.
Fordi elektroden er polarisert, kan mindre analyt diffundere fra løsningen inn i den. For eksempel, hvis elektroden er positivt ladet, vil arten X - bli tiltrukket av den og vil bli rettet mot den ved bare elektrostatisk tiltrekning.
Men X - du er ikke alene: det er andre ioner til stede i miljøet ditt. Noen M + -kationer kan komme i veien for elektroden ved å omslutte den i "klynger" av positive ladninger; og på samme måte kan N - anioner felle rundt elektroden og forhindre at X - når den.
Summen av disse fysiske fenomenene fører til at strøm går tapt, og dette blir observert i C vs E-kurven og dens form som ligner den på en S, kalt sigmoidformen. Denne kurven er kjent som en voltammetrisk bølge.
instrumentering
Kilde: Av Stan J Klimas, fra Wikimedia Commons
Instrumenteringen av voltammetri varierer i henhold til analyt, løsningsmiddel, type elektrode og påføring. Men de aller fleste av dem er basert på et system som består av tre elektroder: en for arbeid (1), hjelpestøtte (2) og referansesystemet (3).
Den viktigste referanseelektroden som brukes er calomel elektrode (ECS). Dette, sammen med arbeidselektroden, gjør det mulig å etablere en potensiell forskjell ΔE, siden potensialet til referanseelektroden forblir konstant under målingene.
På den annen side er hjelpeelektroden ansvarlig for å kontrollere ladningen som går til arbeidselektroden, for å holde den innenfor de akseptable E-verdiene. Den uavhengige variabelen, den anvendte potensialforskjellen, er den som oppnås ved å legge til potensialene til arbeids- og referanseelektrodene.
typer
Kilde: Av domdomegg, fra Wikimedia Commons
Bildet over viser et E vs t-plott, også kalt en potensiell bølgeform for lineær feie voltammetri.
Man ser at når tiden går øker potensialet. I sin tur genererer dette sveipet en responskurve eller voltamperogram C vs E hvis form vil være sigmoid. Det vil komme et punkt hvor uansett hvor mye E øker, det ikke vil være noen økning i strømmen.
Andre typer voltammetri kan utledes fra denne grafen. Hvordan? Endre potensialbølgen E vs t ved hjelp av plutselige potensielle pulser som følger visse mønstre. Hvert mønster er assosiert med en type voltammetri, og omfatter sin egen teori og eksperimentelle forhold.
Puls voltammetri
I denne typen voltammetri kan blandinger av to eller flere analytter hvis E 1/2- verdier er veldig nær hverandre analyseres . Dermed kan en analyt med en E 1/2 på 0,04V identifiseres i selskap med en annen med en E 1/2 på 0,05V. Mens lineær sveipespenning, må forskjellen være større enn 0,2V.
Derfor er det høyere følsomhet og lavere deteksjonsgrenser; det vil si at analytter kan bestemmes ved veldig lave konsentrasjoner.
Bølger med potensialer kan ha trappliknende mønstre, skrå trapper og trekanter. Det siste tilsvarer syklisk voltammetri (CV for sin forkortelse på engelsk, første bilde).
I CV blir et potensielt E brukt i en retning, positiv eller negativ, og deretter, til en viss verdi av E på tidspunktet t, blir det samme potensialet brukt igjen, men i motsatt retning. Når du studerer de genererte voltamperogramene, avslører maksima forekomsten av mellommenn i en kjemisk reaksjon.
Gjenoppløsnings voltammetri
Dette kan være av anodisk eller katodisk type. Den består av elektroavsetningen av analytten på en kvikksølvelektrode. Hvis analytten er et metallion (for eksempel Cd 2+ ), vil det dannes et amalgam; og hvis det er et anion, (som MoO 4 2– ), et uoppløselig kvikksølvsalt.
Deretter blir pulser av potensialer brukt for å bestemme konsentrasjonen og identiteten til den elektroavsatte art. Dermed blir amalgamet gjenoppløst, akkurat som kvikksølvsaltene.
applikasjoner
-Anodisk gjenoppløsnings voltametri brukes for å bestemme konsentrasjonen av oppløste metaller i væske.
-Det tillater å studere kinetikken til redoks eller adsorpsjonsprosesser, spesielt når elektrodene er modifisert for å oppdage en spesifikk analyt.
-Den teoretiske basen har blitt brukt til fremstilling av biosensorer. Med disse kan tilstedeværelsen og konsentrasjonen av biologiske molekyler, proteiner, fett, sukker etc. bestemmes.
-Finalt oppdager det deltakelse fra mellommenn i reaksjonsmekanismene.
referanser
- González M. (22. november 2010). Voltammetri. Gjenopprettet fra: quimica.laguia2000.com
- Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M .. (2002). Elektrokjemisk analyse. Journal of Biologisk diagnose, 51 (1), 18-27. Gjenopprettet fra scielo.isciii.es
- Kjemi og vitenskap. (18. juli 2011). Voltammetri. Gjenopprettet fra: laquimicaylaciencia.blogspot.com
- Quiroga A. (16. februar 2017). Syklisk voltammetri. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org
- Samuel P. Kounaves. (SF). Voltammetriske teknikker. . Tufts University. Gjenopprettet fra: brown.edu
- Day R. & Underwood A. Kvantitativ analytisk kjemi (5. utg.). PEARSON Prentice Hall.