VOLTAMMETRIJA: KAJ SESTAVLJA, VRSTE IN APLIKACIJE - KEMIJA - 2026

Voltammetry je Elektroanalitička tehnika, ki določa podatke kemikalije ali analita iz električnih tokov, ki jih povzroča spremembo aplikativnega možnih vrst. To pomeni, da sta uporabljeni potencial E (V) in čas (t) neodvisni spremenljivki; medtem ko je tok (A) odvisna spremenljivka.

Kemična vrsta mora biti običajno elektroaktivna. Kaj to pomeni? Pomeni, da mora izgubiti (oksidirati) ali pridobiti (zmanjšati) elektrone. Za začetek reakcije mora delovna elektroda zagotoviti potreben potencial, ki je teoretično določen z Nernstovo enačbo.

Vir: avtor Trina36, iz Wikimedia Commons

Primer voltammetrije je razviden na zgornji sliki. Elektroda na sliki je iz ogljikovih vlaken, ki je potopljena v medij za raztapljanje. Dopamin ne oksidira in tvori dve karbonilni skupini C = O (desna stran kemijske enačbe), razen če se uporabi ustrezen potencial.

To dosežemo s skeniranjem E z različnimi vrednostmi, omejenimi s številnimi dejavniki, kot so raztopina, prisotni ioni, sama elektroda in dopamin.

S spreminjanjem E skozi čas dobimo dva grafa: prvi E vt (modri trikotnik), drugi pa odziv C vs t (rumen). Njihove oblike so značilne za določanje dopamina v pogojih poskusa.

Kaj je voltammetrija?

Voltammetrija je bila razvita po izumu tehnike polarografije s strani 1922 dobitnika Nobelove nagrade za kemijo Jaroslava Heyrovskyja. V njem se elektroda kapljice živega srebra (EGM) nenehno obnavlja in polarizira.

Analitične pomanjkljivosti te metode so takrat reševali z uporabo in oblikovanjem drugih mikroelektrod. Te se zelo razlikujejo v materialu, od ogljika, plemenitih kovin, diamantov in polimerov do oblikovanja, diskov, jeklenk, listov; in tudi na način, kako komunicirajo z raztopino: nepremični ali vrteči.

Vse te podrobnosti so namenjene favoriziranju polarizacije elektrode, kar povzroči razpad registriranega toka, znanega kot mejni tok (i ₁ ). To je sorazmerno s koncentracijo analita in polovica moči E (E _1/2 ) za dosego polovice omenjenega toka (i _1/2 ) je značilna za vrsto.

Nato z določitvijo vrednosti E _1/2 v krivulji, kjer je narisan tok, dobljen z variacijo E, imenovan voltamperogram, lahko ugotovimo prisotnost analita. To pomeni, da bo imel vsak analit glede na pogoje poskusa svojo vrednost E _1/2 .

Voltammetrični val

V voltammetriji delate z mnogimi grafi. Prva od njih je krivulja E vs t, ki omogoča spremljanje uporabljenih potencialnih razlik kot funkcije časa.

Toda istočasno električni tokokrog beleži vrednosti C, ki jih proizvaja analit z izgubo ali pridobivanjem elektronov v bližini elektrode.

Ker je elektroda polarizirana, lahko manj analita razprši iz raztopine vanjo. Na primer, če je elektroda pozitivno napolnjena, bo vrsta X ^- pritegnila vanjo in se bo usmerila proti njej z zgolj elektrostatično privlačnostjo.

Ampak X ^- niste sami: v vašem okolju so prisotni drugi ioni. Nekateri M ⁺ kationi lahko postanejo na poti elektrodi, tako da jo zaprejo v "grozde" pozitivnih nabojev; in tudi N ^- anioni lahko past okoli elektrode in prepreči X ^{- iz} tako doseže.

Vsota teh fizikalnih pojavov povzroči izgubo toka in to opazimo v krivulji C proti E in njeni obliki, podobni obliki S, ki se imenuje sigmoidna oblika. Ta krivulja je znana kot voltammetrični val.

Instrumentacija

Vir: Avtor Stan J Klimas iz Wikimedia Commons

Instrumentacija voltammetrije se razlikuje glede na analit, topilo, vrsto elektrode in uporabo. Toda velika večina temelji na sistemu, ki ga sestavljajo tri elektrode: delujoča (1), pomožna (2) in referenčna (3).

Glavna uporabljena elektroda je kalomelna elektroda (ECS). To skupaj z delovno elektrodo omogoča določitev razlike potenciala ΔE, saj potencial referenčne elektrode med meritvami ostane stalen.

Po drugi strani je pomožna elektroda zadolžena za nadzor naboja, ki prehaja na delovno elektrodo, da se ohrani znotraj sprejemljivih vrednosti E. Neodvisna spremenljivka, uporabljena potencialna razlika, je tista, ki jo dobimo z dodajanjem potencialov delovnih in referenčnih elektrod.

Vrste

Vir: Avtor domdomegg, iz Wikimedia Commons

Zgornja slika prikazuje E-t ploskev, ki se imenuje tudi potencialna valovna oblika za linearno pomikanje voltammetrije.

Vidimo, da s časom potencial narašča. Ta preklop ustvari krivuljo odziva ali voltamperogram C proti E, katerega oblika bo sigmoidna. Prišla bo točka, ko ne glede na to, koliko se poveča E, ne bo povečanja toka.

Iz tega grafa je mogoče sklepati na druge vrste voltammetrije. Kako? Spreminjanje potencialnega vala E proti t z nenadnimi potencialnimi impulzi po določenih vzorcih. Vsak vzorec je povezan z vrsto voltammetrije in zajema lastno teorijo in eksperimentalne pogoje.

Pulzna voltammetrija

Pri tej vrsti voltammetrije lahko analiziramo mešanice dveh ali več analitov, katerih vrednosti E _1/2 so zelo blizu drug drugemu. Tako lahko analit z E _1/2 0,04V identificiramo v družbi drugega z E _1/2 0,05V. Medtem ko je pri linearni pomični voltammetriji razlika mora biti večja od 0,2 V.

Zato obstajajo višje občutljivosti in nižje meje zaznave; to pomeni, da se analiti lahko določijo v zelo nizkih koncentracijah.

Valovi potencialov imajo lahko stopničaste vzorce, nagnjene stopnice in trikotnike. Slednje ustreza ciklični voltammetriji (življenjepis je v angleščini akronim, prva slika).

V CV-ju se potencial E uporabi v eno smer, pozitivno ali negativno, nato pa se pri določeni vrednosti E v času t spet uporabi isti potencial, vendar v nasprotni smeri. Pri preučevanju ustvarjenih voltamperogramov maksime razkrivajo prisotnost posrednikov v kemijski reakciji.

Voltammetrija z ponovno raztopino

Ta je lahko anodnega ali katodnega tipa. Sestavljen je iz elektrodepozicije analita na živosrebrni elektrodi. Če je analit kovinski ion (kot je Cd ²⁺ ), se bo oblikoval amalgam; in če je anion, (na primer MoO ₄ ^2– ), netopna živosrebrna sol.

Nato se uporabijo impulzi potencialov za določitev koncentracije in identitete elektrodeponirane vrste. Tako je amalgam ponovno raztopljen, tako kot živosrebrne soli.

Prijave

-Adomska redisolucijska voltammetrija se uporablja za določanje koncentracije raztopljenih kovin v tekočini.

-Omogoča preučevanje kinetike redoks ali adsorpcijskih procesov, zlasti kadar so elektrode spremenjene tako, da odkrijejo določen analit.

-Za izdelavo biosenzorjev je bila uporabljena njegova teoretična osnova. S temi je mogoče določiti prisotnost in koncentracijo bioloških molekul, beljakovin, maščob, sladkorja itd.

-Nazadnje zazna sodelovanje posrednikov v reakcijskih mehanizmih.

Reference

1. González M. (22. november 2010). Voltammetrija. Pridobljeno: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M .. (2002). Elektrokemijska analiza. Časopis za biološko diagnostiko, 51 (1), 18–27. Pridobljeno iz scielo.isciii.es
3. Kemija in znanost. (18. julij 2011). Voltammetrija. Pridobljeno: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga A. (16. februar 2017). Ciklična voltammetrija. Pridobljeno: chem.libretexts.org
5. Samuel P. Kounaves. (sf). Voltammetrične tehnike. . Univerza Tufts. Pridobljeno: rjava.edu
6. Dan R. & Underwood A. Kvantitativna analitična kemija (5. izd.). Dvorana PEARSON Prentice.