ВОЛЬТАМЕТРІЯ: З ЧОГО СКЛАДАЄТЬСЯ, ТИПИ ТА ЗАСТОСУВАННЯ - ХІМІЯ

Вольтамперометрии є електроаналітичні методом , який визначає інформацію хімічної речовини або аналіт від електричних струмів , що генеруються зміною прикладеного потенціалу видів. Тобто прикладний потенціал E (V) і час (t) - незалежні змінні; в той час як струм (A), залежна змінна.

Хімічні види, як правило, повинні бути електроактивними. Що це означає? Це означає, що він повинен втратити (окислити) або набрати (зменшити) електрони. Для початку реакції робочий електрод повинен подавати необхідний потенціал, теоретично визначений рівнянням Нернста.

Джерело: Автор Trina36, з Wikimedia Commons

Приклад вольтаметрії можна побачити на зображенні вище. Електрод на зображенні виконаний з вуглецевих волокон, які занурені в середовище розчинення. Дофамін не окислюється, утворюючи дві карбонільні групи C = O (права частина хімічного рівняння), якщо не застосовується належний потенціал.

Це досягається шляхом сканування Е з різними значеннями, обмеженими багатьма факторами, такими як розчин, наявні іони, сам електрод та дофамін.

Змінюючи E за часом, виходять два графіки: перший E vt (синій трикутник), а другий - відповідь C vs t (жовтий). Їх форми характерні для визначення дофаміну в умовах експерименту.

Що таке вольтамметрія?

Вольтамметрія була розроблена завдяки винайденню техніки полярографії переможцем Нобелівської премії з хімії 1922 р. Ярославом Гейровським. У ньому електрод краплі ртуті (ЕГМ) постійно оновлюється та поляризується.

Аналітичні недоліки цього методу на той час були вирішені із застосуванням та проектуванням інших мікроелектродів. Вони сильно відрізняються за матеріалами - від вуглецю, благородних металів, алмазів та полімерів, до їх конструкції, дисків, циліндрів, аркушів; а також способом взаємодії з рішенням: нерухомим або обертовим.

Усі ці деталі призначені для сприяння поляризації електрода, що викликає розпад зареєстрованого струму, відомий як граничний струм (i ₁ ). Це пропорційно концентрації аналіту, і половина сили E (E _1/2 ) для досягнення половини зазначеного струму (i _1/2 ) характерна для виду.

Потім, визначивши значення E _1/2 у кривій, де побудовано струм, отриманий зі зміною E, називається вольтамперограмою, наявність аналіту можна ідентифікувати. Тобто, кожен аналітик, враховуючи умови експерименту, матиме власне значення E _1/2 .

Вольтамметрична хвиля

У вольтамметрії ви працюєте з багатьма графіками. Перша з них - крива E vs t, яка дозволяє прослідкувати застосовані різниці потенціалів як функції часу.

Але в той же час електрична схема записує значення C, вироблені аналітом, втрачаючи або набираючи електрони поблизу електрода.

Оскільки електрод поляризований, менше аналіту може дифундувати з розчину в нього. Наприклад, якщо електрод позитивно заряджений, вид X ^- його притягує і спрямовує до нього простим електростатичним притяганням.

Але X ^- ви не самотні: у вашому оточенні присутні й інші іони. Деякі катіони М ⁺ можуть перешкоджати електроду, укладаючи його в «скупчення» позитивних зарядів; і аналогічно, N ^- аніони можуть захоплювати електрод і не давати X ^- потрапити до нього.

Сума цих фізичних явищ призводить до втрати струму, і це спостерігається на кривій С vs Е і за формою, подібною до форми S, званої сигмоподібною формою. Ця крива відома як вольтаметрична хвиля.

Приладобудування

Джерело: Автор Stan J Klimas, з Wikimedia Commons

Прилади вольтамперометрії змінюються залежно від аналіту, розчинника, типу електрода та застосування. Але переважна більшість з них базується на системі, що складається з трьох електродів: робочого (1), допоміжного (2) та опорного (3).

Основним використовуваним електродом є каломельний електрод (ECS). Це разом з робочим електродом дає змогу встановити різницю потенціалів ΔE, оскільки потенціал опорного електрода залишається постійним під час вимірювань.

З іншого боку, допоміжний електрод відповідає за управління зарядом, який переходить на робочий електрод, з тим, щоб утримувати його в межах прийнятних значень E. Незалежна змінна, застосована різниця потенціалів - це та, отримана шляхом додавання потенціалів робочих та опорних електродів.

Типи

Джерело: Автор domdomegg, з Вікісховища

На зображенні, наведеному вище, зображено графік E vs t, який також називають потенційною формою хвилі для лінійної вольтамперометрії.

Видно, що з плином часу потенціал збільшується. У свою чергу, цей загін генерує криву відгуку або вольтамперограму C проти E, форма якої буде сигмоподібною. Настане момент, коли незалежно від того, на скільки E збільшується, збільшення струму не буде.

Інші типи вольтамперометрії можна зробити з цього графіка. Як? Модифікація потенціальної хвилі E проти t за допомогою раптових потенційних імпульсів за певними моделями. Кожна закономірність пов'язана з типом вольтаметрії і охоплює власну теорію та експериментальні умови.

Імпульсна вольтаметрія

У цьому типі вольтамперометрії можна проаналізувати суміші двох або більше аналітів, значення E _1/2 яких дуже близькі один до одного. Таким чином, аналіт з E _1/2 0,04V можна ідентифікувати в компанії іншого з E _1/2 0,05V. В той час, коли в лінійній зачисній вольтаметрії різниця повинна бути більшою, ніж 0,2 В.

Тому існують більш висока чутливість і нижчі межі виявлення; тобто аналіти можна визначати при дуже низьких концентраціях.

Хвилі потенціалів можуть мати схожі візерунки, похилі сходи та трикутники. Останнє відповідає циклічній вольтамметрії (CV за її абревіатурою англійською мовою, перше зображення).

У CV потенціал E застосовується в одному напрямку, позитивному чи негативному, і тоді, при певному значенні E за час t, той же потенціал застосовується знову, але в зворотному напрямку. Вивчаючи створені вольтамперограми, максимуми виявляють наявність посередників у хімічній реакції.

Вольтаметрія для повторного розчинення

Це може бути анодний або катодний тип. Він складається з електроосадження аналіту на ртутному електроді. Якщо аналітом є іон металу (наприклад, Cd ²⁺ ), утворюється амальгама; і якщо це аніон, (наприклад, MoO ₄^2– ) нерозчинна ртутна сіль.

Потім застосовують імпульси потенціалів для визначення концентрації та ідентичності електродепонованого виду. Таким чином, амальгама повторно розчиняється, як і ртутні солі.

Програми

-Анодна вогнеметрія для повторного розчинення використовується для визначення концентрації розчинених металів у рідині.

-Дозволяє вивчати кінетику процесів окислювально-відновної чи адсорбційної дії, особливо коли електроди модифіковані для виявлення конкретного аналіту.

- Його теоретична база була використана для виготовлення біосенсорів. За допомогою них можна визначити наявність та концентрацію біологічних молекул, білків, жирів, цукрів тощо.

-Зрештою, він виявляє участь посередників у механізмах реакції.

Список літератури

Гонсалес М. (22 листопада 2010 р.). Вольтаметрія. Відновлено з: quimica.laguia2000.com
Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M .. (2002). Електрохімічний аналіз. Журнал біологічної діагностики, 51 (1), 18-27. Відновлено з scielo.isciii.es
Хімія та наука. (18 липня 2011 р.). Вольтаметрія. Відновлено з: laquimicaylaciencia.blogspot.com
Кірога А. (16 лютого 2017 р.). Циклічна вольтамметрія. Відновлено з: chem.libretexts.org
Самуель П. Кунавес. (sf). Вольтамметричні методи. . Туфтський університет. Відновлено з: brown.edu
День Р. та Андервуд А. Кількісна аналітична хімія (5-е видання). PEARSON Prentice Hall.

ВОЛЬТАМЕТРІЯ: З ЧОГО СКЛАДАЄТЬСЯ, ТИПИ ТА ЗАСТОСУВАННЯ - ХІМІЯ - 2025