Voltammetry היא טכניקה electroanalytical שקובע מידע של חומר כימי או אנליטי מן הזרמים החשמליים שמחולל וריאציה של מינים הפוטנציאל היישומי. כלומר, הפוטנציאל המיושם E (V), והזמן (t), הם המשתנים הבלתי תלויים; בעוד הנוכחי (A), המשתנה התלוי.
המין הכימי חייב להיות אלקטרו-אקטיבי. מה זה אומר? זה אומר שהוא חייב לאבד (להתחמצן) או להשיג (להפחית) אלקטרונים. על מנת שהתגובה תתחיל, על האלקטרודה העובדת לספק את הפוטנציאל הדרוש תיאורטית שנקבע על ידי משוואת נרנסט.
מקור: מאת Trina36, מ- Wikimedia Commons
דוגמא לוולטמטריה ניתן לראות בתמונה למעלה. האלקטרודה בתמונה עשויה מסיבי פחמן, שקועים במדיום הפירוק. דופמין אינו מתחמצן, ויוצר שתי קבוצות קרבוניל C = O (הצד הימני של המשוואה הכימית) אלא אם כן מיושם הפוטנציאל הראוי.
זה מתבצע על ידי סריקת E עם ערכים שונים, מוגבלים על ידי גורמים רבים כמו הפתרון, היונים הנוכחים, האלקטרודה עצמה ודופמין.
על ידי השתנות של E לאורך זמן, מתקבלים שני גרפים: E vt הראשון (המשולש הכחול), והשני, התגובה C לעומת t (צהוב). צורותיהם אופייניות לקביעת הדופמין בתנאי הניסוי.
מהי וולטמטריה?
וולטמטריה פותחה בזכות המצאת טכניקת הפולארוגרפיה על ידי זוכה פרס נובל לכימיה משנת 1922, ירוסלב היירובסקי. בתוכו, האלקטרודה של טיפת הכספית (EGM) מתחדשת ומקטבת ללא הפסקה.
הליקויים האנליטיים בשיטה זו באותה עת נפתרו בעזרת ועיצוב של מיקרו-אלקטרודות אחרות. אלה משתנים מאוד בחומרים, מפחמן, מתכות אצילות, יהלומים ופולימרים, לעיצובם, דיסקים, צילינדרים, סדינים; וגם באופן שבו הם מתקשרים עם הפיתרון: נייחים או מסתובבים.
כל הפרטים הללו נועדו להעדיף את קיטוב האלקטרודה הגורם לדעיכה של הזרם הרשום המכונה זרם הגבול (i 1 ). זה פרופורציונלי לריכוז האנליט, ומחצית הכוח E (E 1/2 ) להשיג מחצית מהזרם האמור (i 1/2 ) הוא מאפיין את המין.
ואז, על ידי קביעת הערכים של E 1/2 בעקומה בה הזרם המתקבל עם הווריאציה של E, הנקרא וולטמפרוגרמה, ניתן לזהות נוכחות של אנליט. כלומר, לכל אנליט, בתנאי הניסוי, יהיה ערך משלו E 1/2 .
גל וולטמטרי
ב וולטמטריה אתה עובד עם גרפים רבים. הראשון מבין אלה הוא עקומת E לעומת t המאפשרת מעקב אחר הפרשי הפוטנציאל המיושמים כפונקציה של זמן.
אך במקביל, המעגל החשמלי מתעד את ערכי ה- C המיוצרים על ידי האנליט על ידי איבוד או השגת אלקטרונים בסביבת האלקטרודה.
מכיוון שהאלקטרודה מקוטבת, פחות אנליט יכול להתפזר מהפתרון לתוכו. לדוגמה, אם האלקטרודה נטענת באופן חיובי, המין X - יימשך אליו ויופנה אליו על ידי משיכה אלקטרוסטטית גרידא.
אבל X - אתה לא לבד: יש עוד יונים בסביבה שלך. כמה קטיוני M + יכולים להפריע לאלקטרודה על ידי סגירתו ב"אשכולות "של מטענים חיוביים; ובדומה, N - אניונים יכול מלכודת סביב האלקטרודה ולמנוע X - מן לכת זה.
סכום התופעות הגופניות הללו גורם לאיבוד זרם, וזה נצפה בעקומת C לעומת E וצורתו דומה לזו של S, המכונה צורת הסיגמואיד. עקומה זו ידועה כגל וולטמטרי.
מִכשׁוּר
מקור: מאת סטן ג'יי קלימאס, מתוך ויקימדיה
מכשור הוולטמטריה משתנה בהתאם לנתח, ממס, סוג האלקטרודה ויישום. עם זאת, הרוב המוחלט מהם מבוסס על מערכת המורכבת משלוש אלקטרודות: אחת עובדת (1), מערכת עזר (2) וציון (3).
אלקטרודת ההתייחסות העיקרית המשמשת היא אלקטרודת הקלומל (ECS). זה, יחד עם האלקטרודה העובדת, מאפשרת לקבוע הבדל פוטנציאלי ΔE, מכיוון שהפוטנציאל של אלקטרודת הייחוס נשאר קבוע במהלך המדידות.
מצד שני, האלקטרודה העזרתית אחראית על בקרת המטען העובר לאלקטרודה העובדת, על מנת לשמור עליה בערכי E מקובלים. המשתנה הבלתי תלוי, הפרש הפוטנציאל המיושם, הוא זה שמתקבל על ידי הוספת פוטנציאל אלקטרודות העבודה וההפניה.
סוגים
מקור: מאת domdomegg, מ- Wikimedia Commons
בתמונה למעלה נראה עלילת E vs t, המכונה גם צורת גל פוטנציאלית עבור וולטמטריה ליניארית.
ניתן לראות שככל שעובר הזמן הפוטנציאל גדל. בתורו, הגרלה הזו יוצרת עקומת תגובה או וולטמפרוגרמה C לעומת E שצורתה תהיה sigmoid. תגיע נקודה בה לא משנה כמה E תגדל, לא תהיה עלייה בזרם.
ניתן להסיק מסוגים אחרים של וולטמטריה מגרף זה. אֵיך? שינוי הגל הפוטנציאלי E לעומת t באמצעות פעימות פוטנציאליות פתאומיות בעקבות דפוסים מסוימים. כל תבנית קשורה לסוג של וולטמטריה, והיא כוללת תיאוריה ותנאים ניסויים משלה.
דופק וולטמטריה
בסוג זה של וולטמטריה ניתן לנתח תערובות של שניים אנליטים או יותר שערכיהם E 1/2 קרובים זה לזה מאוד. לפיכך, ניתן לזהות אנליט עם E 1/2 של 0.04V בחברה של אחר עם E 1/2 של 0.05V. ואילו ב voltammetry טאטא ליניארי, ההבדל צריך להיות גדול מ 0.2V.
לכן יש רגישות גבוהה יותר ומגבלות גילוי נמוכות יותר; כלומר ניתן לקבוע אנליטים בריכוזים נמוכים מאוד.
גלים של פוטנציאלים יכולים להיות בעלי דפוסים דמויי מדרגות, מדרגות נוטות ומשולשים. האחרון תואם וולטמטטריה מחזורית (קורות חיים עבור ראשי תיבות שלה באנגלית, תמונה ראשונה).
ב- CV, פוטנציאל E מוחל בכיוון אחד, חיובי או שלילי, ואז, בערך מסוים של E בזמן t, אותו פוטנציאל מוחל שוב אך בכיוון ההפוך. כאשר בוחנים את וולטאמפרוגרמות שנוצרו, המקסימה חושפת את נוכחותם של מתווכים בתגובה כימית.
וולטמטריה מחדש
זה יכול להיות מסוג אנודי או קתודי. זה מורכב מההתייחסות האלקטרונית של האנליט על אלקטרודת כספית. אם האנליט הוא יון מתכתי (כמו Cd 2+ ), נוצר אמלגם; ואם זה אניון, (כמו MoO 4 2– ) מלח כספית בלתי מסיס.
לאחר מכן, מוחלים קטניות של פוטנציאלים כדי לקבוע את הריכוז והזהות של המין האלקטרופוזיציוני. לפיכך, האמלגם נפתר מחדש, ממש כמו מלחי הכספית.
יישומים
- וולטמטטריה מחדש של אנודיקה מחדש משמשת לקביעת ריכוז המתכות המומסות בנוזל.
זה מאפשר ללמוד את הקינטיקה של תהליכי רדוקס או ספיחה, במיוחד כאשר האלקטרודות משתנות לגילוי אנליטי ספציפי.
-בסיס תיאורטי שלה נעשה שימוש לייצור חיישני ביו. בעזרת אלה ניתן לקבוע את נוכחותן וריכוזן של מולקולות ביולוגיות, חלבונים, שומנים, סוכרים וכו '.
בסופו של דבר הוא מגלה את השתתפות המתווכים במנגנוני התגובה.
הפניות
- González M. (22 בנובמבר 2010). וולטמטריה. התאושש מ: quimica.laguia2000.com
- Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M. .. (2002). ניתוח אלקטרוכימי. כתב העת לאבחון ביולוגי, 51 (1), 18-27. התאושש מ- scielo.isciii.es
- כימיה ומדע. (18 ביולי 2011). וולטמטריה. התאושש מ: laquimicaylaciencia.blogspot.com
- קווירטה א '(16 בפברואר 2017). וולטמטריה מחזורית. התאושש מ: chem.libretexts.org
- סמואל פ. קונאבס. (sf). טכניקות וולטמטריות. . אוניברסיטת טאפטס. התאושש מ: brown.edu
- Day R. & Underwood A. כימיה אנליטית כמותית (מהדורה חמישית). פרסון הול פרנסיס.