VOLTAMMETRIA: MIBŐL ÁLL, TÍPUSAI ÉS ALKALMAZÁSAI - KÉMIA - 2025

A voltammetria egy elektroanalitikus módszer, amely meghatározza a vegyi anyag vagy az analit információját az alkalmazott potenciális fajok változása által generált elektromos áramok alapján. Vagyis az alkalmazott E (V) potenciál és az idő (t) a független változók; míg áram (A), a függő változó.

A kémiai fajoknak rendszerint elektroaktivitással kell rendelkezniük. Mit jelent? Ez azt jelenti, hogy el kell veszítenie (oxidálnia) vagy megszereznie (redukálnia) elektronokat. A reakció elindításához a működő elektródnak meg kell adnia a szükséges potenciált, amelyet elméletileg a Nernst egyenlet határoz meg.

Forrás: Trina36, a Wikimedia Commonsból

A fenti képen látható a voltammetriás példa. A képen látható elektróda szénszálakból készül, amelyeket az oldóközegbe merítünk. A dopamin nem oxidál, két C = O karbonilcsoportot képezve (a kémiai egyenlet jobb oldala), hacsak nem alkalmazzák a megfelelő potenciált.

Ezt úgy lehet elérni, hogy E-t különböző értékekkel szkennel be, amelyeket számos tényező korlátoz, például az oldat, a jelenlévő ionok, az elektród és a dopamin.

Az E változtatásával az idő függvényében két gráfot kapunk: az első E vt (kék háromszög), a második pedig a C vs t (sárga) válasz. Formaik jellemzőek a dopamin meghatározására a kísérlet körülményei között.

Mi a voltammetria?

A voltammetriát az 1922-es kémiai Nobel-díjas Jaroslav Heyrovsky, a polarográfiai technika feltalálásának köszönhetően fejlesztették ki. Ebben a higanycsepp (EGM) elektródja folyamatosan megújul és polarizálódik.

Ennek a módszernek az analitikai hiányosságai akkoriban más mikroelektródák alkalmazásával és megtervezésével oldódtak meg. Anyagok óriási mértékben különböznek, a szén, a nemesfémek, a gyémánt és a polimerek, a kialakításukig, a tárcsákig, a hengerekig, a lapokig; valamint a megoldással való kölcsönhatásuk módjában: álló vagy forgó.

Ezeknek a részleteknek az célja az elektróda polarizációjának elősegítése, amely a határáramnak (i ₁) nevezett regisztrált áram csökkenését okozza. Ez arányos az analit koncentrációjával, és az E (E _1/2) teljesítmény felének elérése az említett áram (i _1/2) felének eléréséhez a fajra jellemző.

Ezután az E _1/2 értékének a görbén történő meghatározásával, amelyen az E variációval kapott áramot ábrázolják, és ezt egy voltamperogramnak nevezzük, azonosítható az analit jelenléte. Vagyis minden elemzésnek, a kísérlet körülményeit figyelembe véve, saját értéke E _{1/2 lesz}.

Voltammetrikus hullám

A voltammetriában sok grafikonnal dolgozik. Ezek közül az első az E vs t görbe, amely lehetővé teszi az alkalmazott potenciálkülönbségek nyomon követését az idő függvényében.

Ugyanakkor az elektromos áramkör rögzíti az elemzés által előállított C értékeket azáltal, hogy elektronokat veszítnek el vagy nyernek az elektród közelében.

Mivel az elektróda polarizált, kevesebb elem képes diffundálni az oldatból bele. Például, ha az elektróda pozitív töltésű, a faj X ^- lesz vonzza, és fog irányulni, hogy puszta elektrosztatikus vonzás.

De X ^- nem vagy egyedül: más ionok is vannak a környezetében. Egyes M ⁺ kationok akadályozhatják az elektródot, ha pozitív töltések "klaszterébe" zárják őket; és hasonlóképpen, N ^- anionok csapda körül az elektróda és Prevent X ^{- a} eléri azt.

Ezeknek a fizikai jelenségeknek az összege az áram elvesztését eredményezi, és ez megfigyelhető a C vs E görbében és alakjában, amely hasonló az S alakjához, az úgynevezett szigmoid alakhoz. Ezt a görbét voltammetrikus hullámnak nevezzük.

Hangszerelés

Forrás: Stan J Klimas, a Wikimedia Commonsból

A voltammetria műszerezése az analit, az oldószer, az elektród típusa és az alkalmazás függvényében változhat. De ezek túlnyomó többsége három elektródból álló rendszeren alapul: egy működőképes (1), egy kiegészítő (2) és egy referencia (3).

A fő referenciaelektród a kalomel-elektróda (ECS). Ez a működő elektróddal együtt lehetővé teszi az ΔE potenciálkülönbség megállapítását, mivel a referencia-elektróda potenciálja állandó marad a mérések során.

Másrészről, a segédelektróda felel a munkaelektródra jutó töltés vezérléséért, hogy az elfogadható E-értéken belül maradjon. A független változó, az alkalmazott potenciálkülönbség az, amelyet a munka- és a referenciaelektródok potenciáljának összeadásával kapunk.

típusai

Forrás: Domdomegg, a Wikimedia Commonsból

A fenti kép egy E vs t diagramot mutat, amelyet potenciálhullám alaknak is nevezünk a lineáris söpörés voltammetriája szempontjából.

Látható, hogy az idő múlásával a potenciál növekszik. Ez viszont egy válaszgörbét vagy C és E voltamperogramot hoz létre, amelynek alakja szigmoid. Eljön az a pont, ahol nem számít, mennyit növekszik az E, az áram nem fog növekedni.

Ez a grafikon más típusú voltammetriát is levezethet. Hogyan? Az E és t potenciálhullám módosítása hirtelen potenciálimpulzusok segítségével, bizonyos mintákat követve. Mindegyik minta egy bizonyos típusú voltammetriához van társítva, és magában foglalja a saját elméletét és a kísérleti körülményeket.

Impulzusmérő

Az ilyen típusú voltammetria esetén két vagy több olyan analit elegyeit lehet elemezni, amelyek E _1/2- értéke nagyon közel áll egymáshoz. Így egy analit, amelynek E _1/2 értéke 0,04 V, azonosítható egy másik társaságban, amelynek E _1/2 értéke 0,05 V. Míg a lineáris söpörésű voltammetriában a különbségnek nagyobbnak kell lennie, mint 0,2 V.

Ezért vannak nagyobb érzékenység és alacsonyabb detektálási határok; vagyis az analitok nagyon alacsony koncentrációkban meghatározhatók.

A potenciálhullámok lépcsőszerű mintázatúak, ferde lépcsők és háromszögek lehetnek. Ez utóbbi a ciklikus voltammetriának felel meg (CV rövidítése angolul, első kép).

A CV-ben az E potenciált egy irányban alkalmazzák, pozitív vagy negatív irányban, majd egy bizonyos E értéknél t idõben ugyanazt a potenciált alkalmazzák, de ellentétes irányban. A generált voltamperogramok tanulmányozásakor a maximumok felfedik a közvetítők jelenlétét egy kémiai reakcióban.

Újraoldódási voltammetria

Ez lehet anódos vagy katódos típusú. A vizsgálandó anyag higany-elektródon történő elektro-lerakódásából áll. Ha az analit fémion (például Cd2 ⁺), amalgám képződik; és ha ez egy anion (például a MoO ₄ ^2–), akkor oldhatatlan higanysó.

Ezután a potenciálimpulzusokat alkalmazzuk az elektródon lerakódott fajok koncentrációjának és azonosságának meghatározására. Így az amalgám újra feloldódik, akárcsak a higanysók.

Alkalmazások

-Anodikus újbóli oldódási voltammetriát használnak az oldott fémek koncentrációjának meghatározására a folyadékban.

- Ez lehetővé teszi a redox vagy az adszorpciós folyamatok kinetikájának tanulmányozását, különösen akkor, ha az elektródokat módosítják egy adott analit kimutatására.

-Ez az elméleti alapot használták a bioszenzorok gyártásához. Ezekkel meg lehet határozni a biológiai molekulák, fehérjék, zsírok, cukrok stb. Jelenlétét és koncentrációját.

-Végül felismeri a közvetítők részvételét a reakció mechanizmusában.

Irodalom

1. González M. (2010. november 22.). Voltammetria. Helyreállítva: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., és Vivó, M. (2002). Elektrokémiai elemzés. Journal of Biological Diagnosis, 51 (1), 18–27. Helyreállítva a scielo.isciii.es webhelyről
3. Kémia és tudomány. (2011. július 18.). Voltammetria. Helyreállítva: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga A. (2017. február 16). Ciklikus voltammetria. Helyreállítva: chem.libretexts.org
5. Samuel P. Kounaves. (Sf). Voltammetrikus technikák.. Tufts Egyetem. Helyreállítva: brown.edu
6. R. és Underwood nap. A. Kvantitatív analitikai kémia (5. kiadás). PEARSON Prentice Hall.