- Какво е волтаметрия?
- Волтаметрична вълна
- инструментация
- Видове
- Пулсова волтаметрия
- Волтаметрия за повторно разтваряне
- Приложения
- Препратки
В волтамерия е electroanalytical техника, която определя информация на химически или аналит от електрическите токове, генерирани от колебанията на приложен потенциални видове. Тоест, приложеният потенциал E (V) и времето (t) са независимите променливи; докато ток (A), зависимата променлива.
Химическите видове обикновено трябва да бъдат електроактивни. Какво означава? Това означава, че той трябва да загуби (окисли) или да спечели (редуцира) електрони. За да започне реакцията, работещият електрод трябва да подава необходимия потенциал, теоретично определен от уравнението на Нернст.
Източник: От Trina36, от Wikimedia Commons
Пример за волтаметрия може да се види на изображението по-горе. Електродът на изображението е направен от въглеродни влакна, който е потопен в разтварящата среда. Допаминът не се окислява, образувайки две карбонилни групи С = О (дясна страна на химичното уравнение), освен ако не се приложи подходящият потенциал.
Това се постига чрез сканиране на Е с различни стойности, ограничени от много фактори като разтвора, присъстващите йони, самия електрод и допамин.
Чрез промяна на E във времето се получават две графики: първата E vt (синият триъгълник), а втората - отговора C vs t (жълт). Формите им са характерни за определяне на допамин при условията на експеримента.
Какво е волтаметрия?
Волтаметрията е разработена благодарение на изобретението на техниката на полярография от носителя на Нобеловата награда за химия от 1922 г. Ярослав Хейровски. В него електродът на капката живак (EGM) постоянно се обновява и поляризира.
Аналитичните недостатъци на този метод по онова време са решени с използването и проектирането на други микроелектроди. Те варират изключително много в материала - от въглерод, благородни метали, диамант и полимери, до техния дизайн, дискове, цилиндри, листове; а също и по начина, по който те взаимодействат с решението: неподвижно или въртящо се.
Всички тези подробности са предназначени да благоприятстват поляризацията на електрода, което причинява разпад на регистрирания ток, известен като пределен ток (i 1). Това е пропорционално на концентрацията на аналита и половината мощност E (E 1/2) за постигане на половината от споменатия ток (i 1/2) е характерна за вида.
След това чрез определяне на стойностите на E 1/2 в кривата, където е начертан токът, получен с изменението на Е, наречен волтамперограма, може да се идентифицира наличието на аналит. Тоест, всеки аналитен, предвид условията на експеримента, ще има собствена стойност E 1/2.
Волтаметрична вълна
Във волтаметрията работите с много графики. Първата от тях е кривата E срещу t, която позволява проследяване на приложените потенциални разлики като функция на времето.
Но в същото време електрическата верига записва стойностите на C, произведени от аналита чрез загуба или набиране на електрони в близост до електрода.
Тъй като електродът е поляризиран, по-малко аналит може да дифундира от разтвора в него. Например, ако електродът е положително зареден, вид X - ще бъде привлечен към него и ще бъде насочен към него чрез просто електростатично привличане.
Но X - не сте сами: в вашата среда има и други йони. Някои катиони M + могат да попречат на електрода, като го затворят в „струпвания“ с положителни заряди; и по същия начин, N - анионите могат да се хванат около електрода и да попречат на X - да достигне до него.
Сумата от тези физически явления води до загуба на ток и това се наблюдава в кривата C срещу E и нейната форма, подобна на тази на S, наречена сигмоидна форма. Тази крива е известна като волтаметрична вълна.
инструментация
Източник: От Stan J Klimas, от Wikimedia Commons
Приборът на волтаметрията варира в зависимост от аналита, разтворителя, вида на електрода и приложението. Но огромното мнозинство от тях се основава на система, състояща се от три електрода: работещ (1), спомагателен (2) и референтен (3).
Основният използван референтен електрод е каломеловият електрод (ECS). Това, заедно с работния електрод, позволява да се установи потенциална разлика ΔE, тъй като потенциалът на референтния електрод остава постоянен по време на измерванията.
От друга страна, спомагателният електрод е отговорен за контрола на заряда, който преминава към работния електрод, за да го поддържа в рамките на приемливите стойности на Е. Независимата променлива, приложената разлика в потенциала, е тази, получена чрез добавяне на потенциалите на работните и референтните електроди.
Видове
Източник: От domdomegg, от Wikimedia Commons
Изображението по-горе показва график на E срещу t, наричан също потенциална форма на вълната за линейна волтаметрия.
Вижда се, че с течение на времето потенциалът се увеличава. На свой ред, този преглед генерира крива на отговор или волтамперограма С срещу Е, чиято форма ще бъде сигмоидна. Ще дойде момент, в който колкото и да се увеличава Е, няма да има увеличение на тока.
Други видове волтаметрия могат да се направят от тази графика. Как? Промяна на потенциалната вълна E спрямо t с внезапни потенциални импулси, следващи определени модели. Всеки модел е свързан с вид волтаметрия и обхваща собствена теория и експериментални условия.
Пулсова волтаметрия
При този тип волтаметрия могат да бъдат анализирани смеси от два или повече аналити, чиито стойности E 1/2 са много близки една до друга. По този начин, аналит с Е 1/2 от 0,04 V може да бъде идентифициран в компанията на друг с Е 1/2 от 0,05 V. Като има предвид, че при линейна волтаметрия, чистата разлика трябва да е по-голяма от 0,2V.
Следователно има по-висока чувствителност и по-ниски граници на откриване; т. е. аналитите могат да бъдат определени при много ниски концентрации.
Вълните от потенциали могат да имат стъпаловидни шарки, наклонени стълби и триъгълници. Последното съответства на цикличната волтаметрия (CV за съкращението му на английски, първо изображение).
В CV се прилага потенциал Е в една посока, положителна или отрицателна, и след това при определена стойност на Е във времето t, същия потенциал се прилага отново, но в обратна посока. При изучаване на генерираните волтамперограми максимумите разкриват наличието на посредници в химическа реакция.
Волтаметрия за повторно разтваряне
Това може да бъде от аноден или катоден тип. Състои се от електроосаждане на аналита върху живачен електрод. Ако аналитът е метален йон (като Cd 2+), ще се образува амалгама; и ако е анион, (като MoO 4 2–) неразтворима живачна сол.
След това се прилагат импулси от потенциали за определяне на концентрацията и идентичността на електродепозирания вид. По този начин, амалгамата се разтваря отново, точно както живачните соли.
Приложения
-Анодна волметрия за повторно разтваряне се използва за определяне на концентрацията на разтворени метали в течност.
-Позволява да се изучава кинетиката на окислително-възстановителните или адсорбционните процеси, особено когато електродите са модифицирани за откриване на специфичен аналит.
-Теоретичната му база е използвана за производството на биосензори. С тях може да се определи наличието и концентрацията на биологични молекули, протеини, мазнини, захари и др.
-Накрая, той открива участието на посредници в механизмите за реакция.
Препратки
- Гонсалес М. (22 ноември 2010 г.). Волтамерия. Възстановено от: quimica.laguia2000.com
- Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M.. (2002). Електрохимичен анализ. Списание за биологична диагноза, 51 (1), 18-27. Възстановени от scielo.isciii.es
- Химия и наука. (18 юли 2011 г.). Волтамерия. Възстановени от: laquimicaylaciencia.blogspot.com
- Quiroga A. (16 февруари 2017 г.). Циклична волтаметрия. Възстановено от: chem.libretexts.org
- Самуел П. Кунавес. (SF). Волтаметрични техники., Университет Туфтс. Възстановено от: brown.edu
- Day R. & Underwood A. Количествена аналитична химия (5-то издание). PEARSON Prentice Hall.