Βολταμετρία από τι αποτελείται, τύπους και εφαρμογές

Το βολταμετρία είναι μια ηλεκτροναλυτική τεχνική που καθορίζει την πληροφόρηση ενός χημικού είδους ή αναλύτη από τα ηλεκτρικά ρεύματα που παράγονται από την παραλλαγή ενός εφαρμοζόμενου δυναμικού. Δηλαδή, η πιθανή Ε (V) που εφαρμόζεται, και ο χρόνος (t), είναι οι ανεξάρτητες μεταβλητές. ενώ η τρέχουσα (Α), η εξαρτώμενη μεταβλητή.

Τα χημικά είδη των συνήθων πρέπει να είναι ηλεκτροστατικά. Τι εννοείς; Σημαίνει ότι πρέπει να χάσετε (οξειδώσετε) ή να κερδίσετε (μειώσετε) τα ηλεκτρόνια. Για να ξεκινήσει η αντίδραση, το ηλεκτρόδιο εργασίας πρέπει να παρέχει το απαραίτητο δυναμικό που καθορίζεται θεωρητικά από την εξίσωση Nernst.

Ένα παράδειγμα βολταμετρίας μπορεί να δει στην παραπάνω εικόνα. Το ηλεκτρόδιο της εικόνας κατασκευάζεται με ίνες άνθρακα, οι οποίες είναι βυθισμένες στο μέσο διάλυσης. Η ντοπαμίνη δεν είναι οξειδωμένη, σχηματίζοντας δύο καρβονυλικές ομάδες C = O (δεξιά πλευρά της χημικής εξίσωσης) εκτός εάν εφαρμοστεί το κατάλληλο δυναμικό.

Αυτό επιτυγχάνεται διενεργώντας σάρωση του Ε με διαφορετικές τιμές, που περιορίζονται από πολλούς παράγοντες όπως το διάλυμα, τα υπάρχοντα ιόντα, το ίδιο ηλεκτρόδιο και η ντοπαμίνη.

Με τη μεταβολή του Ε με το χρόνο, λαμβάνονται δύο γραφήματα: το πρώτο E v t (το μπλε τρίγωνο), και το δεύτερο, η απάντηση C vs t (κίτρινο). Οι μορφές του είναι χαρακτηριστικές για τον προσδιορισμό της ντοπαμίνης στις συνθήκες του πειράματος.

Ευρετήριο

• 1 Τι είναι η βολταμετρία;?
  • 1.1 Βολταμετρικό κύμα
  • 1.2
• 2 Τύποι
  • 2.1 Βολταμετρία παλμών
  • 2.2 Βολταμετρία επαναδιαλυτοποίησης
• 3 Εφαρμογές
• 4 Αναφορές

Τι είναι η βολταμετρία;?

Η βολταμετρία αναπτύχθηκε χάρη στην εφεύρεση της τεχνικής της πολωγραφίας από το Βραβείο Νόμπελ Χημείας του 1922, τον Jaroslav Heyrovsky. Σε αυτό, το ηλεκτρόδιο πτώσης υδραργύρου (EGM) ανανεώνεται συνεχώς και πολώνεται.

Οι αναλυτικές ελλείψεις αυτής της μεθόδου εκείνη την εποχή επιλύθηκαν με τη χρήση και το σχεδιασμό άλλων μικροηλεκτρονίων. Αυτά ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό από υλικό, από άνθρακα, ευγενή μέταλλα, διαμάντια και πολυμερή, μέχρι το σχεδιασμό, τους δίσκους, τους κυλίνδρους, τα φύλλα. και επίσης, με τον τρόπο που αλληλεπιδρούν με τη διάλυση: σταθερή ή περιστροφική.

Όλες αυτές οι λεπτομέρειες προορίζονται να ευνοήσουν την πόλωση του ηλεκτροδίου, η οποία προκαλεί αποσύνθεση του καταγεγραμμένου ρεύματος που είναι γνωστό ως όριο ρεύματος (i₁). Αυτό είναι ανάλογο προς τη συγκέντρωση της αναλυόμενης ουσίας και το ήμισυ της ισχύος Ε (Ε_1/2) για να φτάσει το ήμισυ του εν λόγω ρεύματος (δηλ_1/2) είναι χαρακτηριστικό του είδους.

Κατόπιν, προσδιορίζοντας τις τιμές του Ε_1/2 στην καμπύλη όπου σχεδιάζεται το ρεύμα που λαμβάνεται με την μεταβολή του Ε, που ονομάζεται voltamperogram, Μπορεί να προσδιοριστεί η παρουσία ενός αναλύτη. Δηλαδή, κάθε αναλυτής, λαμβάνοντας υπόψη τις συνθήκες του πειράματος, θα έχει τη δική του τιμή Ε_1/2.

Βολταμετρικό κύμα

Στην βολταμετρία δουλεύουμε με πολλά γραφήματα. Η πρώτη είναι η καμπύλη E vs t, η οποία επιτρέπει να παρακολουθείτε τις πιθανές διαφορές που εφαρμόζονται ως συνάρτηση του χρόνου.

Αλλά ταυτόχρονα, το ηλεκτρικό κύκλωμα καταγράφει τις τιμές C που παράγονται από την αναλυόμενη ουσία όταν χάνει ή κερδίζει ηλεκτρόνια κοντά στο ηλεκτρόδιο.

Επειδή το ηλεκτρόδιο είναι πολωμένο, λιγότερο αναλύτης μπορεί να διαχέεται από τον πυρήνα του διαλύματος σε αυτό. Για παράδειγμα, εάν το ηλεκτρόδιο έχει θετική φόρτιση, το είδος Χ^- θα προσελκύονται και θα κατευθύνονται προς αυτήν με απλή ηλεκτροστατική έλξη.

Αλλά Χ^- δεν είστε μόνοι: υπάρχουν και άλλα ιόντα στο περιβάλλον σας. Μερικά κατιόντα Μ⁺ μπορούν να εμποδίσουν την πορεία τους προς το ηλεκτρόδιο, περικλείοντάς τον σε "συστάδες" θετικών φορτίων. και παρομοίως, ανιόντα Ν^- μπορεί να τυλιχθεί γύρω από το ηλεκτρόδιο και να αποτρέψει το Χ^- έλα σε αυτόν.

Το άθροισμα αυτών των φυσικών φαινομένων προκαλεί την απώλεια ρεύματος και αυτό παρατηρείται στην καμπύλη C έναντι Ε και το σχήμα της είναι παρόμοιο με εκείνο ενός S, που ονομάζεται σιγμοειδής μορφή. Αυτή η καμπύλη είναι γνωστή ως βολταμετρικό κύμα.

Μέσα

Το όργανο μέτρησης της βολταμετρίας ποικίλει ανάλογα με την αναλυόμενη ουσία, τον διαλύτη, τον τύπο του ηλεκτροδίου και την εφαρμογή. Όμως, η συντριπτική τους πλειοψηφία βασίζεται σε ένα σύστημα που αποτελείται από τρία ηλεκτρόδια: ένα εργαζόμενο (1), βοηθητικό (2) και το σημείο αναφοράς (3).

Το κύριο ηλεκτρόδιο αναφοράς που χρησιμοποιείται είναι το ηλεκτρόδιο καλομέλα (ECS). Αυτό, σε συνδυασμό με το ηλεκτρόδιο εργασίας, επιτρέπει τη δημιουργία διαφοράς δυναμικού ΔΕ, καθώς το δυναμικό του ηλεκτροδίου αναφοράς παραμένει σταθερό κατά τη διάρκεια των μετρήσεων.

Από την άλλη πλευρά, το βοηθητικό ηλεκτρόδιο είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο του φορτίου που περνά στο ηλεκτρόδιο εργασίας, προκειμένου να διατηρηθεί εντός των αποδεκτών τιμών Ε. Η ανεξάρτητη μεταβλητή, η διαφορά στο εφαρμοζόμενο δυναμικό, είναι αυτή που λαμβάνεται από το άθροισμα των δυναμικών των ηλεκτροδίων εργασίας και αναφοράς.

Τύποι

Η επάνω εικόνα δείχνει ένα γράφημα E vs t, που ονομάζεται επίσης ένα δυναμικό κύμα για μια γραμμική βαλτομετρία σάρωσης.

Μπορεί να παρατηρηθεί ότι όσο περνάει ο καιρός, οι πιθανότητες αυξάνονται. Με τη σειρά του, αυτή η σάρωση δημιουργεί μια καμπύλη απόκρισης ή το βολταμερρόγραμμα C vs E, του οποίου το σχήμα θα είναι σιγμοειδές. Θα έρθει ένα σημείο όπου, ανεξάρτητα από το πόσο αυξάνεται το Ε, δεν θα υπάρξει αύξηση του ρεύματος.

Από αυτό το γράφημα μπορούν να συναχθούν άλλοι τύποι βολταμετρίας. Πώς; Τροποποίηση του δυναμικού κύματος Ε έναντι t μέσω ξαφνικών παλμών δυναμικού μετά από ορισμένα πρότυπα. Κάθε πρότυπο σχετίζεται με έναν τύπο βολταμετρίας και περιλαμβάνει τη δική του θεωρία και πειραματικές συνθήκες.

Παλμική βολταμετρία

Σε αυτόν τον τύπο της βολταμετρίας μπορεί να αναλυθούν μείγματα δύο ή περισσοτέρων αναλυτών των οποίων οι τιμές Ε_1/2 Είναι πολύ κοντά ο ένας στον άλλο. Έτσι, ένας αναλύτης με τον Ε_1/2 Το 0.04V μπορεί να αναγνωριστεί στην εταιρεία άλλου με ένα E_1/2 από 0,05V. Ενώ βρίσκεται σε γραμμική βαλβιμετρία σάρωσης, η διαφορά πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 0,2V.

Επομένως, υπάρχει μεγαλύτερη ευαισθησία και χαμηλότερα όρια ανίχνευσης. δηλαδή, οι αναλύτες μπορούν να προσδιοριστούν σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις.

Τα πιθανά κύματα μπορούν να έχουν μοτίβα όπως σκάλες, απότομες σκάλες και τρίγωνα. Η τελευταία αντιστοιχεί στην κυκλική βολταμετρία (CV για το ακρωνύμιο της στην αγγλική, πρώτη εικόνα).

Στο βιογραφικό σημείωμα ένα δυναμικό Ε εφαρμόζεται με μια έννοια, θετικό ή αρνητικό, και στη συνέχεια, σε μια ορισμένη τιμή του Ε στο χρόνο t, το ίδιο δυναμικό εφαρμόζεται ξανά αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση. Κατά τη μελέτη των παραγόμενων βολταμογράφων, τα μέγιστα αποκαλύπτουν την παρουσία ενδιαμέσων σε μια χημική αντίδραση.

Βολταμετρία επαναδιαλύσεως

Αυτό μπορεί να είναι του ανοδικού ή καθοδικού τύπου. Αποτελείται από την ηλεκτροαπόθεση του αναλύτη σε ηλεκτρόδιο υδραργύρου. Εάν η αναλυόμενη ουσία είναι μεταλλικό ιόν (όπως το Cd)²⁺), θα σχηματιστεί ένα αμάλγαμα. και αν είναι ένα ανιόν, (όπως ο MoO₄^2-) αδιάλυτο άλας υδραργύρου.

Στη συνέχεια, εφαρμόζονται παλμοί δυναμικών για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης και της ταυτότητας των ηλεκτροαποθηκευμένων ειδών. Έτσι, το αμάλγαμα επαναδιαλύεται, καθώς και τα άλατα υδραργύρου.

Εφαρμογές

-Η βολταμετρία της ανοδικής επαναδιάλυσης χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης των μετάλλων που διαλύονται στο ρευστό.

-Επιτρέπει τη μελέτη της κινητικής των διαδικασιών οξειδοαναγωγής ή προσρόφησης, ειδικά όταν τα ηλεκτρόδια τροποποιούνται για να ανιχνεύσουν έναν συγκεκριμένο αναλύτη.

-Η θεωρητική της βάση έχει χρησιμεύσει στην κατασκευή βιοαισθητήρων. Με αυτά, μπορεί να προσδιοριστεί η παρουσία και συγκέντρωση βιολογικών μορίων, πρωτεϊνών, λιπών, σακχάρων κλπ.

-Τέλος, ανιχνεύει τη συμμετοχή των μεσαζόντων στους μηχανισμούς αντίδρασης.

Αναφορές

1. González M. (22 Νοεμβρίου 2010). Βολταμετρία Ανακτήθηκε από: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, Ε., & Vivó, Μ. (2002). Ηλεκτροχημική ανάλυση Journal of Biological Diagnostics, 51 (1), 18-27. Ανάκτηση από το scielo.isciii.es
3. Χημεία και Επιστήμη (18 Ιουλίου 2011). Βολταμετρία Ανάκτηση από: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga Α. (16 Φεβρουαρίου 2017). Κυκλική Βολταμετρία. Ανακτήθηκε από: chem.libretexts.org
5. Σαμουήλ Π. Κουνάους. (s.f.). Βολταμετρικές Τεχνικές. [PDF] Πανεπιστήμιο Tufts. Ανακτήθηκε από: brown.edu
6. Ημέρα R. & Underwood Α. Ποσοτική Αναλυτική Χημεία (πέμπτη έκδοση). PEARSON Prentice Hall.