VOLTAMMETRY: KUNG ANO ANG BINUBUO NITO, MGA URI AT APLIKASYON - CHEMISTRY - 2025

Ang voltammetry ay isang pamamaraan ng electroanalytical na tumutukoy sa impormasyon ng isang kemikal o analyte mula sa mga de-koryenteng alon na nabuo sa pamamagitan ng pagkakaiba-iba ng isang inilalapat na potensyal na species. Iyon ay, ang inilapat na potensyal na E (V), at ang oras (t), ay ang mga malayang variable; habang kasalukuyang (A), ang dependant variable.

Ang mga kemikal na species ay dapat na karaniwang electroactive. Ano ang ibig sabihin nito? Nangangahulugan ito na dapat itong mawala (mag-oxidize) o makakuha (bawasan) ang mga electron. Para magsimula ang reaksyon, ang nagtatrabaho elektrod ay dapat magbigay ng kinakailangang potensyal na teoretikal na tinukoy ng Nernst equation.

Pinagmulan: Ni Trina36, mula sa Wikimedia Commons

Ang isang halimbawa ng voltammetry ay makikita sa imahe sa itaas. Ang elektrod sa imahe ay gawa sa mga carbon fibers, na kung saan ay nalubog sa medium ng paglusaw. Ang Dopamine ay hindi nag-oxidize, na bumubuo ng dalawang pangkat na carbonyl C = O (kanang bahagi ng equation ng kemikal) maliban kung ang tamang potensyal ay inilalapat.

Ginagawa ito sa pamamagitan ng pag-scan sa E na may iba't ibang mga halaga, na limitado sa pamamagitan ng maraming mga kadahilanan tulad ng solusyon, ang mga ion na naroroon, ang elektrod mismo, at dopamine.

Sa pamamagitan ng pag-iba-iba ng E sa paglipas ng panahon, nakuha ang dalawang mga graph: ang unang E vt (ang asul na tatsulok), at ang pangalawa, ang tugon C vs t (dilaw). Ang kanilang mga form ay katangian para sa pagtukoy ng dopamine sa ilalim ng mga kondisyon ng eksperimento.

Ano ang voltammetry?

Ang Voltammetry ay binuo salamat sa pag-imbento ng diskarteng polarograpiya ng 1922 Nobel Prize na nagwagi sa kimika, Jaroslav Heyrovsky. Sa loob nito, ang elektrod ng pagbagsak ng mercury (EGM) ay palaging pinapabago at pinapaputi.

Ang mga kakulangan sa analytical ng pamamaraang ito sa oras na iyon ay nalutas sa paggamit at disenyo ng iba pang mga microelectrodes. Ang mga ito ay magkakaiba-iba sa materyal, mula sa carbon, marangal na metal, brilyante at polimer, sa kanilang disenyo, disc, cylinders, sheet; at din, sa paraan kung saan nakikipag-ugnay sila sa solusyon: nakatigil o umiikot.

Ang lahat ng mga detalyeng ito ay inilaan upang pumabor sa polariseysyon ng elektrod, na nagiging sanhi ng isang pagkabulok ng rehistradong kasalukuyang kilala bilang limit na kasalukuyang (i ₁ ). Ito ay proporsyonal sa konsentrasyon ng analyte, at kalahati ng kapangyarihan E (E _1/2 ) upang makamit ang kalahati ng sinabi ng kasalukuyang (i _1/2 ) ay katangian ng mga species.

Pagkatapos, sa pamamagitan ng pagtukoy ng mga halaga ng E _1/2 sa curve kung saan ang kasalukuyang nakuha na may pagkakaiba-iba ng E ay naka-plot, na tinatawag na isang voltamperogram, ang pagkakaroon ng isang analyte ay maaaring matukoy. Iyon ay, ang bawat analyte, na ibinigay ng mga kondisyon ng eksperimento, ay magkakaroon ng sariling halaga ng E _1/2 .

Voltammetric na alon

Sa voltammetry nagtatrabaho ka sa maraming mga graph. Ang una sa mga ito ay ang curve ng E vs t, na nagbibigay-daan sa isang follow-up ng mga inilapat na potensyal na pagkakaiba bilang isang pag-andar ng oras.

Ngunit sa parehong oras, ang electrical circuit ay nagtatala ng mga halaga ng C na ginawa ng analyte sa pamamagitan ng pagkawala o pagkuha ng mga electron sa paligid ng elektrod.

Dahil ang elektrod ay polarized, mas mababa ang analyte ay maaaring magkalat mula sa solusyon sa loob nito. Halimbawa, kung ang elektrod ay positibong sisingilin, ang mga species X ^- ay maaakit dito at idirekta patungo dito sa pamamagitan lamang ng pang-akit ng electrostatic.

Ngunit X ^{- hindi} ka nag-iisa: may iba pang mga ions na naroroon sa iyong kapaligiran. Ang ilang mga M ⁺ cations ay maaaring makuha sa paraan ng elektrod sa pamamagitan ng pagsasama nito sa "mga kumpol" ng mga positibong singil; at gayon din, ang N ^- anion ay maaaring mag-trap sa paligid ng elektrod at maiwasan ang X ^{- mula sa pag-} abot nito.

Ang kabuuan ng mga pisikal na phenomena na ito ay nagiging sanhi ng pagkawala ng kasalukuyang, at ito ay sinusunod sa curve C vs E at ang hugis nito na katulad ng isang S, na tinatawag na hugis ng sigmoid. Ang curve na ito ay kilala bilang isang voltammetric wave.

Instrumentasyon

Pinagmulan: Ni Stan J Klimas, mula sa Wikimedia Commons

Ang instrumento ng voltammetry ay nag-iiba ayon sa analyte, solvent, uri ng elektrod at aplikasyon. Ngunit, ang karamihan sa mga ito ay batay sa isang sistema na binubuo ng tatlong mga electrodes: isang nagtatrabaho (1), isang pandiwang pantulong (2) at isang sanggunian (3).

Ang pangunahing sanggunian na ginamit na elektrod ay ang calomel electrode (ECS). Ito, kasama ang gumaganang elektrod, posible upang magtatag ng isang potensyal na pagkakaiba Δ, dahil ang potensyal ng sanggunian na elektrod ay nananatiling pare-pareho sa panahon ng mga pagsukat.

Sa kabilang banda, ang katulong na elektrod ay nasa kontrol ng pagkontrol sa singil na ipinapasa sa gumaganang elektrod, upang mapanatili ito sa loob ng katanggap-tanggap na mga halaga ng E. Ang independiyenteng variable, ang inilapat na potensyal na pagkakaiba, ay ang nakuha sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga potensyal ng mga electrodes na gumagana at sanggunian.

Mga Uri

Pinagmulan: Sa pamamagitan ng domdomegg, mula sa Wikimedia Commons

Ang imahe sa itaas ay nagpapakita ng isang plot ng E vs t, na tinatawag ding isang potensyal na pag-anyo ng alon para sa linear sweep voltammetry.

Ito ay makikita na sa paglipas ng oras, ang mga potensyal na pagtaas. Kaugnay nito, ang walisin na ito ay bumubuo ng isang curve ng tugon o voltamperogram C vs E na ang hugis ay magiging sigmoid. May darating na isang punto kung saan kahit gaano karami ang pagtaas ng E, walang pagtaas sa kasalukuyang.

Ang iba pang mga uri ng voltammetry ay maaaring ibukod mula sa grapikong ito. Paano? Ang pagbabago ng potensyal na alon E vs t sa pamamagitan ng biglaang mga potensyal na pulso kasunod ng ilang mga pattern. Ang bawat pattern ay nauugnay sa isang uri ng voltammetry, at sumasaklaw sa sarili nitong teorya at mga pang-eksperimentong kondisyon.

Pulse voltammetry

Sa ganitong uri ng voltammetry, ang mga mixtures ng dalawa o higit pang mga analyte na ang E _{1/2 na mga} halaga ay napakalapit sa bawat isa ay maaaring masuri . Kaya, ang isang analyte na may isang E _1/2 ng 0.04V ay maaaring makilala sa kumpanya ng isa pang may E _1/2 ng 0.05V. Samantalang sa linear sweep voltammetry, ang pagkakaiba ay dapat na higit sa 0.2V.

Samakatuwid, mayroong mas mataas na sensitivity at mas mababang mga limitasyon ng pagtuklas; iyon ay, ang mga analyt ay maaaring matukoy sa napakababang konsentrasyon.

Ang mga alon ng mga potensyal ay maaaring magkaroon ng mga pattern na tulad ng hagdanan, mga hilig na hagdan, at tatsulok. Ang huli ay tumutugma sa cyclic voltammetry (CV para sa acronym nito sa Ingles, unang imahe).

Sa CV, ang isang potensyal na E ay inilalapat sa isang direksyon, positibo o negatibo, at pagkatapos, sa isang tiyak na halaga ng E sa oras t, ang parehong potensyal ay inilalapat muli ngunit sa kabaligtaran ng direksyon. Kapag pinag-aaralan ang mga voltamperograms na nabuo, ipinahayag ng maxima ang pagkakaroon ng mga tagapamagitan sa isang reaksyon ng kemikal.

Redissolution voltammetry

Maaari itong maging ng uri ng anodic o cathodic. Binubuo ito ng electrodeposition ng analyte sa isang mercury electrode. Kung ang analyte ay isang metal ion (tulad ng Cd ²⁺ ), isang amalgam ang bubuo; at kung ito ay isang anion, (tulad ng MoO ₄ ^2- ) isang hindi matutunaw na mercury salt.

Pagkatapos, ang mga pulses ng mga potensyal ay inilalapat upang matukoy ang konsentrasyon at pagkakakilanlan ng mga species ng electrodeposited. Kaya, ang amalgam ay na-redissolved, tulad ng mercury salts.

Aplikasyon

-Anodic redissolution voltammetry ay ginagamit upang matukoy ang konsentrasyon ng mga natunaw na metal sa likido.

-Pinahihintulutan nitong pag-aralan ang mga kinetika ng redox o mga proseso ng adsorption, lalo na kapag ang mga electrodes ay binago upang makita ang isang tukoy na analyte.

-Ang teoretikal na batayan ay ginamit para sa paggawa ng mga biosensors. Sa mga ito, ang pagkakaroon at konsentrasyon ng mga biological molecule, protina, taba, asukal, atbp.

- Sa kabuuan, nakita nito ang pakikilahok ng mga tagapamagitan sa mga mekanismo ng reaksyon.

Mga Sanggunian

1. González M. (Nobyembre 22, 2010). Voltammetry. Nabawi mula sa: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M .. (2002). Pagsusuri ng elektrokimikal. Journal of Biological Diagnosis, 51 (1), 18-27. Nabawi mula sa scielo.isciii.es
3. Chemistry at Science. (Hulyo 18, 2011). Voltammetry. Nabawi mula sa: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga A. (Pebrero 16, 2017). Cyclic Voltammetry. Nabawi mula sa: chem.libretexts.org
5. Samuel P. Kounaves. (sf). Mga Teknolohiya ng Voltammetric. . Tufts University. Nabawi mula sa: brown.edu
6. Araw R. & Underwood A. Quantitative Analytical Chemistry (Ika-5 ed.). PEARSON Prentice Hall.