VOLTAMMETRIJA: NO KĀ TĀ SASTĀV, VEIDI UN PIELIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Voltammetry ir electroanalytical paņēmiens, kas nosaka informāciju par ķīmiskās vielas vai analizējamās no elektrisko strāvu, ko variācijai lietišķās potenciālo sugu radīto. Tas ir, pielietotais potenciāls E (V) un laiks (t) ir neatkarīgi mainīgie; kamēr strāva (A), atkarīgais mainīgais.

Ķīmiskajām sugām parasti jābūt elektroaktīvām. Ko tas nozīmē? Tas nozīmē, ka tai jāzaudē (oksidējas) vai jāiegūst (jāsamazina) elektroni. Lai sāktu reakciju, darba elektrodam jāpiegādā nepieciešamais potenciāls, kas teorētiski noteikts ar Nernsta vienādojumu.

Avots: Autors Trina36, no Wikimedia Commons

Voltammetrijas piemērs ir redzams augšējā attēlā. Attēlā redzamais elektrods ir izgatavots no oglekļa šķiedrām, kas iegremdētas šķīdināšanas vidē. Dopamīns neoksidējas, veidojot divas karbonilgrupas C = O (ķīmiskā vienādojuma labā puse), ja vien netiek piemērots pareizais potenciāls.

To panāk, skenējot E ar dažādām vērtībām, ko ierobežo daudzi faktori, piemēram, šķīdums, esošie joni, tas pats elektrods un dopamīns.

Laika gaitā mainot E, tiek iegūti divi grafiki: pirmais E vt (zilais trīsstūris) un otrais, atbilde C pret t (dzeltenā krāsā). To formas ir raksturīgas dopamīna noteikšanai eksperimenta apstākļos.

Kas ir voltammetrija?

Voltammetrija tika izstrādāta, pateicoties polarogrāfijas tehnikas izgudrojumam, ko 1922. gada Nobela prēmijas ieguvējs ķīmijā ieguva Jaroslavs Heyrovskis. Tajā pastāvīgi atjaunojas un polarizē dzīvsudraba piliena (EGM) elektrodu.

Šīs metodes analītiskie trūkumi tajā laikā tika atrisināti, izmantojot un projektējot citus mikroelektrodus. To materiāls ir ļoti atšķirīgs - no oglekļa, cēlmetāliem, dimanta un polimēriem līdz to dizainam, diskiem, cilindriem, loksnēm; un arī tādā veidā, kādā tie mijiedarbojas ar risinājumu: nekustīgi vai rotējoši.

Visas šīs detaļas ir paredzētas, lai veicinātu elektrodu polarizāciju, kas izraisa reģistrētās strāvas samazināšanos, kas pazīstama kā robežstrāva (i ₁ ). Tas ir proporcionāls analizējamās vielas koncentrācijai, un pusei jaudas E (E _1/2 ), lai sasniegtu pusi no šīs strāvas (i _1/2 ), ir sugai raksturīga.

Pēc tam, nosakot E _1/2 vērtības līknē, kur tiek attēlota ar E mainību iegūtā strāva, ko sauc par voltamperogrammu, var noteikt analizējamās vielas klātbūtni. Tas ir, katrai analizējamai vielai, ņemot vērā eksperimenta apstākļus, būs sava vērtība E _1/2 .

Voltammetriskais vilnis

Voltammetrijā jūs strādājat ar daudziem grafikiem. Pirmais no tiem ir līkne E pret t, kas ļauj izsekot izmantotajām potenciālajām atšķirībām kā laika funkcijai.

Bet tajā pašā laikā elektriskā ķēde reģistrē C vērtības, kuras rada analizējamā viela, pazaudējot vai iegūstot elektronus elektroda tuvumā.

Tā kā elektrods ir polarizēts, mazāk analizējamā viela tajā var difuzēt. Piemēram, ja elektrods ir pozitīvi uzlādēts, suga X ^- pievilks to un tiks virzīta pret to tikai ar elektrostatisko pievilcību.

Bet X ^- jūs neesat viens: jūsu vidē ir arī citi joni. Daži M ⁺ katjoni var iekļūt elektrodā, ievietojot to pozitīvo lādiņu "kopās"; un tāpat, N ^- anjoni var slazds ap elektrodu un novērstu X ^{- no} tā sasniegšanai.

Šo fizisko parādību summa izraisa strāvas zudumu, un tas tiek novērots līknē C pret E un tās formā ir līdzīga S formai, ko sauc par sigmoidālo formu. Šī līkne ir pazīstama kā voltammetriskais vilnis.

Instrumentācija

Avots: Stens J Klims, no Wikimedia Commons

Voltammetrijas instrumenti atšķiras atkarībā no analizējamās vielas, šķīdinātāja, elektrodu veida un pielietojuma. Bet vairums no tiem balstās uz sistēmu, kas sastāv no trim elektrodiem: strādājošā (1), palīgelementa (2) un atsauces (3).

Galvenais izmantotais atsauces elektrods ir kalomelu elektrods (ECS). Tas kopā ar darba elektrodu ļauj noteikt potenciāla starpību ΔE, jo mērījumu laikā atsauces elektrodu potenciāls paliek nemainīgs.

No otras puses, palīgelektrods ir atbildīgs par lādiņa, kas nonāk uz darba elektrodu, kontroli, lai tas nepārsniegtu pieļaujamās E vērtības. Neatkarīgais mainīgais, pielietotā potenciāla starpība, ir tāds, kas iegūts, saskaitot darba un atsauces elektrodu potenciālus.

Veidi

Avots: Autors domdomegg, no Wikimedia Commons

Augšējā attēlā parādīts E vs t grafiks, ko sauc arī par potenciālo viļņu formu lineārai slaucīšanas voltammetrijai.

Var redzēt, ka, laikam ejot, potenciāls palielinās. Šis slānis savukārt rada reakcijas līkni vai voltamperogrammu C pret E, kuras forma būs sigmoid. Pienāks brīdis, kad neatkarīgi no tā, cik palielinās E, strāva nepalielināsies.

No šī grafika var secināt par citiem voltammetrijas veidiem. Kā? Potenciālā viļņa E un t modificēšana, izmantojot pēkšņus potenciāla impulsus, ievērojot noteiktus modeļus. Katrs modelis ir saistīts ar voltammetrijas veidu, un tas ietver savu teoriju un eksperimentālos apstākļus.

Impulsu voltammetrija

Šāda veida voltammetrijā var analizēt divu vai vairāku analītu maisījumus, kuru E _1/2 vērtības ir ļoti tuvu viena otrai. Tādējādi, analīta ar E _1/2 no 0.04V var identificēt kompānijā otru ar E _1/2 no 0.05V. Tā kā lineārā slaucīšanas voltammetrijā starpībai jābūt lielākai par 0,2 V.

Tāpēc ir augstāka jutība un zemākas noteikšanas robežas; tas ir, analizējamās vielas var noteikt ļoti zemās koncentrācijās.

Potenciālu viļņiem var būt kāpnēm līdzīgi raksti, slīpas kāpnes un trīsstūri. Pēdējais atbilst cikliskai voltammetrijai (CV tā akronīms angļu valodā, pirmais attēls).

CV CV tiek pielietots vienā virzienā, pozitīvs vai negatīvs, un pēc tam ar noteiktu E vērtību laikā t, tas pats potenciāls tiek pielietots atkal, bet pretējā virzienā. Pētot radītās voltamperogrammas, maksimumi atklāj starpnieku klātbūtni ķīmiskajā reakcijā.

Šķīdināšanas voltammetrija

Tas var būt anodisks vai katodisks. Tas sastāv no analizējamās vielas elektroduizlādes uz dzīvsudraba elektrodu. Ja analizējamā viela ir metāla jons (piemēram, Cd ²⁺ ), veidosies amalgama; un ja tas ir anjons (piemēram, MoO ₄ ^2– ) nešķīstošs dzīvsudraba sāls.

Pēc tam tiek izmantoti potenciālu impulsi, lai noteiktu elektrolītiski nogulsnēto sugu koncentrāciju un identitāti. Tādējādi amalgama tiek izšķīdināta tāpat kā dzīvsudraba sāļi.

Lietojumprogrammas

-Anodiskā atkārtotas izšķīdināšanas voltammetrija tiek izmantota, lai noteiktu izšķīdušo metālu koncentrāciju šķidrumā.

-Tas ļauj izpētīt redoksa vai adsorbcijas procesu kinētiku, it īpaši, ja elektrodi ir modificēti, lai noteiktu noteiktu analizējamo vielu.

-Tā teorētiskā bāze ir izmantota biosensoru ražošanai. Ar to palīdzību var noteikt bioloģisko molekulu, olbaltumvielu, tauku, cukuru utt. Klātbūtni un koncentrāciju.

-Visbeidzot, tas atklāj starpnieku dalību reakcijas mehānismos.

Atsauces

1. González M. (2010. gada 22. novembris). Voltammetrija. Atgūts no: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M .. (2002). Elektroķīmiskā analīze. Bioloģiskās diagnostikas žurnāls, 51 (1), 18–27. Atgūts no vietnes scielo.isciii.es
3. Ķīmija un zinātne. (2011. gada 18. jūlijs). Voltammetrija. Atgūts no: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga A. (2017. gada 16. februāris). Cikliskā voltammetrija. Atgūts no: chem.libretexts.org
5. Samuels P. Kounaves. (sf). Voltammetriskās tehnikas. . Tufta universitāte. Atgūts no: brown.edu
6. Diena R. & Underwood A. Kvantitatīvā analītiskā ķīmija (5. izd.). PEARSON Prentice zāle.