VOLTAMMETRI: VAD DEN BESTÅR AV, TYPER OCH APPLIKATIONER - KEMI - 2026

Den voltammetri är en elektroanalytisk teknik som bestämmer information av en kemisk eller analyt från de elektriska strömmar som alstras av variationen av en Applied potentiella arter. Det vill säga den tillämpade potentialen E (V) och tiden (t) är de oberoende variablerna; medan aktuell (A), den beroende variabeln.

Den kemiska arten måste vanligtvis vara elektroaktiv. Vad betyder det? Det betyder att den måste förlora (oxidera) eller få (reducera) elektroner. För att reaktionen ska starta måste arbetselektroden tillhandahålla den nödvändiga potentialen som teoretiskt bestäms av Nernst-ekvationen.

Källa: Av Trina36, från Wikimedia Commons

Ett exempel på voltammetri kan ses på bilden ovan. Elektroden i bilden är gjord av kolfiber, som är nedsänkt i upplösningsmediet. Dopamin oxiderar inte och bildar två karbonylgrupper C = O (höger sida om den kemiska ekvationen) om inte den rätta potentialen tillämpas.

Detta åstadkommes genom att skanna E med olika värden, begränsat av många faktorer såsom lösningen, jonerna närvarande, själva elektroden och dopamin.

Genom att variera E med tiden erhålls två grafer: den första E vt (den blå triangeln), och den andra, svaret C vs t (gult). Deras former är karakteristiska för bestämning av dopamin under betingelserna för experimentet.

Vad är voltammetri?

Voltammetri utvecklades tack vare uppfinningen av polarografitekniken av Nobelprisvinnaren 1922 i kemi, Jaroslav Heyrovsky. I den förnyas och polariseras ständigt elektroden för droppen kvicksilver (EGM).

De analytiska bristerna i denna metod vid den tiden löstes med användning och design av andra mikroelektroder. Dessa varierar enormt i material, från kol, ädelmetaller, diamant och polymerer, till sin design, skivor, cylindrar, ark; och också på det sätt som de interagerar med lösningen: stationär eller roterande.

Alla dessa detaljer är avsedda att gynna polariseringen av elektroden, vilket orsakar ett sönderfall av den registrerade strömmen känd som gränsström (i ₁ ). Detta är proportionellt mot koncentrationen av analyt och halva kraften E (E _1/2 ) för att uppnå hälften av nämnda ström (i _1/2 ) är karakteristisk för arten.

Genom att bestämma värdena för E _1/2 i kurvan där strömmen erhållen med variationen av E plottas, kallad ett voltamperogram, kan närvaron av en analyt identifieras. Det vill säga att varje analyt, med tanke på experimentets villkor, kommer att ha sitt eget värde av E _1/2 .

Voltammetrisk våg

I voltammetri arbetar du med många grafer. Den första av dessa är E vs t-kurvan, som tillåter en uppföljning av de tillämpade potentialskillnaderna som en funktion av tiden.

Men samtidigt registrerar den elektriska kretsen C-värden som produceras av analyt genom att förlora eller få elektroner i närheten av elektroden.

Eftersom elektroden är polariserad kan mindre analyt diffundera från lösningen in i den. Till exempel, om elektroden är positivt laddad, kommer arten X ^- att lockas till den och kommer att riktas mot den genom enbart elektrostatisk attraktion.

Men X ^- du är inte ensam: det finns andra joner i din miljö. Vissa M ⁺ -kationer kan komma i vägen för elektroden genom att innesluta den i "kluster" av positiva laddningar; och på samma sätt kan N ^- anjoner fälla runt elektroden och förhindra X ^{- från att} nå den.

Summan av dessa fysiska fenomen gör att strömmen går förlorade, och detta observeras i C vs E-kurvan och dess form liknande den för en S, kallad sigmoidformen. Denna kurva är känd som en voltammetrisk våg.

Instrumentation

Källa: Av Stan J Klimas, från Wikimedia Commons

Instrumentationen för voltammetri varierar beroende på analyt, lösningsmedel, typ av elektrod och applikation. Men de allra flesta av dem är baserade på ett system som består av tre elektroder: en för arbete (1), hjälp (2) och referens en (3).

Den viktigaste referenselektroden som används är calomelelektroden (ECS). Detta tillsammans med arbetselektroden gör det möjligt att upprätta en potentialskillnad ΔE, eftersom potentialen för referenselektroden förblir konstant under mätningarna.

Å andra sidan är hjälpelektroden ansvarig för att styra laddningen som passerar till arbetselektroden för att hålla den inom de acceptabla E-värdena. Den oberoende variabeln, den tillämpade potentialskillnaden, är den som erhålls genom att lägga till potentialen för arbets- och referenselektroderna.

typer

Källa: Av domdomegg, från Wikimedia Commons

Bilden ovan visar en E vs t-plott, även kallad en potentiell vågform för linjär svepvolymmetri.

Det kan ses att när tiden går ökar potentialen. I sin tur genererar detta svep en svarkurva eller voltamperogram C vs E vars form kommer att vara sigmoid. Det kommer att komma en punkt där oavsett hur mycket E ökar, det kommer inte att öka strömmen.

Andra typer av voltammetri kan härledas från denna graf. Hur? Modifiera den potentiella vågen E vs t med hjälp av plötsliga potentiella pulser som följer vissa mönster. Varje mönster är associerat med en typ av voltammetri och omfattar sin egen teori och experimentella förhållanden.

Puls voltammetri

I denna typ av voltammetri kan blandningar av två eller flera analytter vars E 1 _/2- värden är mycket nära varandra analyseras . Således kan en analyt med en E _1/2 av 0,04 V identifieras i sällskap med en annan med en E _1/2 av 0,05 V. Medan linjär svepvolymmetri måste skillnaden vara större än 0,2V.

Därför finns det högre känslighet och lägre detektionsgränser; dvs analyter kan bestämmas vid mycket låga koncentrationer.

Vågor med potential kan ha trappliknande mönster, lutande trappor och trianglar. Det senare motsvarar cyklisk voltammetri (CV för dess förkortning på engelska, första bilden).

I CV appliceras en potential E i en riktning, positiv eller negativ, och sedan vid ett visst värde på E vid tidpunkten t tillämpas samma potential igen men i motsatt riktning. När man studerar de genererade voltamperogrammen avslöjar maxima förekomsten av mellanhänder i en kemisk reaktion.

Återupplösnings voltammetri

Detta kan vara av anodisk eller katodisk typ. Den består av elektrodavsättningen av analyt på en kvicksilverelektrod. Om analytet är en metalljon (såsom Cd ²⁺ ), bildas ett amalgam; och om det är en anjon (som MoO ₄ ^2– ) ett olösligt kvicksilversalt.

Sedan appliceras pulser av potentialer för att bestämma koncentrationen och identiteten hos den elektroavlagda arten. Således upplöses amalgamet, precis som kvicksilversalter.

tillämpningar

-Anodisk återupplösnings voltammetri används för att bestämma koncentrationen av upplösta metaller i vätska.

-Det tillåter att studera kinetiken för redox eller adsorptionsprocesser, särskilt när elektroderna modifieras för att detektera en specifik analyt.

-Den teoretiska basen har använts för tillverkning av biosensorer. Med dessa kan närvaron och koncentrationen av biologiska molekyler, proteiner, fetter, socker, etc. bestämmas.

-Slutligen upptäcker det mellanhändernas deltagande i reaktionsmekanismerna.

referenser

1. González M. (22 november 2010). Voltammetri. Återställd från: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M. (2002). Elektrokemisk analys. Journal of Biologisk diagnos, 51 (1), 18-27. Återställdes från scielo.isciii.es
3. Kemi och vetenskap. (18 juli 2011). Voltammetri. Återställd från: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga A. (16 februari 2017). Cyklisk voltammetri. Återställd från: chem.libretexts.org
5. Samuel P. Kounaves. (Sf). Voltammetriska tekniker. . Tufts universitet. Återställd från: brown.edu
6. Day R. & Underwood A. Kvantitativ analytisk kemi (5: e upplagan). PEARSON Prentice Hall.