- voltammetry คืออะไร?
- คลื่นโวลแทมเมตริก
- เครื่องมือวัด
- ประเภท
- โวลต์มิเตอร์แบบพัลส์
- โวลต์การละลายใหม่
- การประยุกต์ใช้งาน
- อ้างอิง
voltammetryเป็นเทคนิค electroanalytical ที่กำหนดข้อมูลของสารเคมีหรือวิเคราะห์จากกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยรูปแบบของที่ใช้สายพันธุ์ที่มีศักยภาพ นั่นคือศักย์ที่ประยุกต์ใช้ E (V) และเวลา (t) เป็นตัวแปรอิสระ ในขณะที่กระแส (A) ตัวแปรตาม
โดยปกติแล้วชนิดของสารเคมีจะต้องมีฤทธิ์ไฟฟ้า หมายความว่าอย่างไร? หมายความว่าจะต้องสูญเสีย (ออกซิไดซ์) หรือได้รับ (ลด) อิเล็กตรอน เพื่อให้ปฏิกิริยาเริ่มต้นอิเล็กโทรดที่ใช้งานจะต้องจัดหาศักยภาพที่จำเป็นซึ่งกำหนดตามทฤษฎีโดยสมการ Nernst
ที่มา: โดย Trina36 จาก Wikimedia Commons
ตัวอย่างของโวลต์แอมมิเตอร์สามารถดูได้จากภาพด้านบน อิเล็กโทรดในภาพทำจากเส้นใยคาร์บอนซึ่งแช่อยู่ในตัวกลางการละลาย โดปามีนไม่ออกซิไดซ์สร้างกลุ่มคาร์บอนิลสองกลุ่ม C = O (ด้านขวาของสมการทางเคมี) เว้นแต่จะใช้ศักยภาพที่เหมาะสม
สิ่งนี้ทำได้โดยการสแกน E ด้วยค่าที่แตกต่างกันซึ่งถูก จำกัด ด้วยปัจจัยหลายอย่างเช่นสารละลายไอออนที่มีอยู่อิเล็กโทรดเองและโดพามีน
ด้วยการเปลี่ยนแปลง E เมื่อเวลาผ่านไปจะได้รับกราฟสองกราฟ: E vt แรก (สามเหลี่ยมสีน้ำเงิน) และที่สองการตอบสนอง C vs t (สีเหลือง) รูปแบบของพวกเขาเป็นลักษณะเฉพาะสำหรับการกำหนดโดปามีนภายใต้เงื่อนไขของการทดลอง
voltammetry คืออะไร?
Voltammetry ได้รับการพัฒนาด้วยการคิดค้นเทคนิคโพลากราฟิคโดย Jaroslav Heyrovsky ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี พ.ศ. 2465 ในนั้นอิเล็กโทรดของการลดลงของปรอท (EGM) จะได้รับการต่ออายุและโพลาไรซ์อย่างต่อเนื่อง
ข้อบกพร่องในการวิเคราะห์ของวิธีนี้ในเวลานั้นได้รับการแก้ไขด้วยการใช้และการออกแบบไมโครอิเล็กโทรดอื่น ๆ สิ่งเหล่านี้แตกต่างกันอย่างมากในวัสดุตั้งแต่คาร์บอนโลหะมีตระกูลเพชรและโพลีเมอร์ไปจนถึงการออกแบบแผ่นดิสก์กระบอกสูบแผ่น และวิธีที่พวกเขาโต้ตอบกับโซลูชัน: หยุดนิ่งหรือหมุน
รายละเอียดทั้งหมดนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสนับสนุนการโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรดซึ่งทำให้เกิดการสลายตัวของกระแสไฟฟ้าที่ลงทะเบียนซึ่งเรียกว่ากระแส จำกัด (i 1 ) นี่เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของเครื่องวิเคราะห์และครึ่งหนึ่งของพลังงาน E (E 1/2 ) เพื่อให้ได้ครึ่งหนึ่งของกระแสไฟฟ้าดังกล่าว (i 1/2 ) เป็นลักษณะของสายพันธุ์
จากนั้นโดยการกำหนดค่าของ E 1/2ในเส้นโค้งที่มีการพล็อตกระแสที่ได้จากการแปรผันของ E เรียกว่าโวลแทมเพอโรแกรมสามารถระบุการมีอยู่ของตัววิเคราะห์ได้ นั่นคือแต่ละวิเคราะห์กำหนดเงื่อนไขของการทดลองจะมีค่าของตัวเองของ E 1/2
คลื่นโวลแทมเมตริก
ใน voltammetry คุณทำงานกับกราฟจำนวนมาก ประการแรกคือเส้นโค้ง E vs t ซึ่งช่วยให้สามารถติดตามผลความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นได้ตามฟังก์ชันของเวลา
แต่ในขณะเดียวกันวงจรไฟฟ้าจะบันทึกค่า C ที่เกิดจากเครื่องวิเคราะห์โดยการสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอนในบริเวณใกล้เคียงกับอิเล็กโทรด
เนื่องจากอิเล็กโทรดเป็นโพลาไรซ์จึงทำให้สารวิเคราะห์น้อยสามารถแพร่กระจายจากสารละลายเข้าไปในนั้นได้ ตัวอย่างเช่นหากอิเล็กโทรดมีประจุบวกสายพันธุ์ X -จะถูกดึงดูดเข้าหาและจะถูกนำไปยังขั้วนั้นด้วยแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตเท่านั้น
แต่ X -คุณไม่ได้อยู่คนเดียว แต่มีไอออนอื่น ๆ อยู่ในสิ่งแวดล้อมของคุณ ไอออนบวก M +บางตัวสามารถเข้าไปขวางอิเล็กโทรดได้โดยการล้อมรอบไว้ใน "กลุ่ม" ของประจุบวก และในทำนองเดียวกัน N -แอนไอออนสามารถดักจับรอบอิเล็กโทรดและป้องกันไม่ให้ X -เข้าถึงได้
ผลรวมของปรากฏการณ์ทางกายภาพเหล่านี้ทำให้กระแสสูญหายและสังเกตได้ในเส้นโค้ง C เทียบกับ E และมีรูปร่างคล้ายกับ S เรียกว่ารูปร่างซิกมอยด์ เส้นโค้งนี้เรียกว่าคลื่นโวลแทมเมตริก
เครื่องมือวัด
ที่มา: โดย Stan J Klimas จาก Wikimedia Commons
เครื่องมือวัดโวลต์แทมมิเตอร์จะแตกต่างกันไปตามตัววิเคราะห์ตัวทำละลายประเภทของอิเล็กโทรดและการใช้งาน แต่ส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับระบบที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดสามตัวคือหนึ่ง (1) ที่ใช้งานได้หนึ่งตัวเสริม (2) และหนึ่งอ้างอิง (3)
อิเล็กโทรดอ้างอิงหลักที่ใช้คืออิเล็กโทรดคาโลเมล (ECS) สิ่งนี้ร่วมกับอิเล็กโทรดที่ใช้งานได้ทำให้สามารถสร้างความต่างศักย์ΔEได้เนื่องจากศักยภาพของอิเล็กโทรดอ้างอิงยังคงคงที่ในระหว่างการวัด
ในทางกลับกันอิเล็กโทรดเสริมทำหน้าที่ควบคุมประจุที่ส่งผ่านไปยังอิเล็กโทรดที่ใช้งานได้เพื่อให้อยู่ในค่า E ที่ยอมรับได้ ตัวแปรอิสระคือความต่างศักย์ประยุกต์ที่ได้จากการเพิ่มศักยภาพของอิเล็กโทรดที่ใช้งานได้และอิเล็กโทรดอ้างอิง
ประเภท
ที่มา: โดย domdomegg จาก Wikimedia Commons
ภาพด้านบนแสดงพล็อต E vs t หรือเรียกว่ารูปคลื่นที่เป็นไปได้สำหรับโวลต์มิเตอร์แบบกวาดเชิงเส้น
จะเห็นได้ว่าเมื่อเวลาผ่านไปศักยภาพจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันการกวาดนี้จะสร้างเส้นโค้งการตอบสนองหรือโวลแทมเพอโรแกรม C vs E ซึ่งรูปร่างจะเป็นซิกมอยด์ จะมีจุดที่ไม่ว่า E จะเพิ่มขึ้นเท่าไรก็จะไม่มีกระแสเพิ่มขึ้น
voltammetry ประเภทอื่น ๆ สามารถอนุมานได้จากกราฟนี้ อย่างไร? การแก้ไขคลื่นศักย์ E vs t โดยใช้พัลส์ศักย์ฉับพลันตามรูปแบบบางอย่าง แต่ละรูปแบบมีความเกี่ยวข้องกับโวลต์มิเตอร์ประเภทหนึ่งและครอบคลุมทฤษฎีและเงื่อนไขการทดลองของตัวเอง
โวลต์มิเตอร์แบบพัลส์
ในโวลต์แทมเมทรีประเภทนี้สามารถวิเคราะห์ส่วนผสมของตัววิเคราะห์สองตัวขึ้นไปที่มีค่า E 1/2อยู่ใกล้กันมาก ดังนั้นจึงสามารถระบุตัววิเคราะห์ที่มี E 1/2ของ 0.04V ใน บริษัท อื่นด้วย E 1/2ของ 0.05V ในขณะที่โวลต์มิเตอร์แบบกวาดเชิงเส้นความแตกต่างต้องมากกว่า 0.2V
ดังนั้นจึงมีความไวสูงและขีด จำกัด การตรวจจับที่ต่ำกว่า นั่นคือการวิเคราะห์สามารถกำหนดได้ที่ความเข้มข้นต่ำมาก
คลื่นแห่งศักย์อาจมีรูปแบบคล้ายขั้นบันไดบันไดเอียงและสามเหลี่ยม ตัวหลังสอดคล้องกับโวลต์มิเตอร์แบบวนรอบ (CV สำหรับตัวย่อในภาษาอังกฤษภาพแรก)
ใน CV ค่าศักย์ E ถูกนำไปใช้ในทิศทางเดียวบวกหรือลบจากนั้นที่ค่าหนึ่งของเวลา t ค่าศักย์เดียวกันจะถูกนำไปใช้อีกครั้ง แต่ในทิศทางตรงกันข้าม เมื่อศึกษา voltamperograms ที่สร้างขึ้น maxima จะเปิดเผยการมีอยู่ของตัวกลางในปฏิกิริยาเคมี
โวลต์การละลายใหม่
ซึ่งอาจเป็นประเภท anodic หรือ cathodic ประกอบด้วยอิเล็กโทรดการวางตำแหน่งของเครื่องวิเคราะห์บนอิเล็กโทรดปรอท ถ้าเครื่องวิเคราะห์เป็นไอออนโลหะ (เช่น Cd 2+ ) อมัลกัมจะก่อตัวขึ้น และถ้าเป็นแอนไอออน (เช่น MoO 4 2– ) เกลือปรอทที่ไม่ละลายน้ำ
จากนั้นพัลส์ของศักย์จะถูกนำไปใช้เพื่อกำหนดความเข้มข้นและเอกลักษณ์ของสปีชีส์ที่ได้รับการปลดปล่อยด้วยไฟฟ้า ดังนั้นอมัลกัมจึงถูกละลายใหม่เช่นเดียวกับเกลือของปรอท
การประยุกต์ใช้งาน
-Anodic redissolution voltammetry ใช้เพื่อกำหนดความเข้มข้นของโลหะที่ละลายในของเหลว
- อนุญาตให้ศึกษาจลนศาสตร์ของกระบวนการรีดอกซ์หรือการดูดซับโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการปรับเปลี่ยนอิเล็กโทรดเพื่อตรวจจับการวิเคราะห์เฉพาะ
- มีการใช้ฐานทางทฤษฎีสำหรับการผลิตไบโอเซนเซอร์ ด้วยเหตุนี้จึงสามารถระบุการมีอยู่และความเข้มข้นของโมเลกุลทางชีววิทยาโปรตีนไขมันน้ำตาล ฯลฯ ได้
- สุดท้ายตรวจพบการมีส่วนร่วมของตัวกลางในกลไกการเกิดปฏิกิริยา
อ้างอิง
- González M. (22 พฤศจิกายน 2553). โวลแทมมิเตอร์ สืบค้นจาก: quimica.laguia2000.com
- Gómez-Biedma, S. , Soria, E. , & Vivó, M .. (2002). การวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้า วารสารการวินิจฉัยทางชีววิทยา, 51 (1), 18-27. กู้คืนจาก scielo.isciii.es
- เคมีและวิทยาศาสตร์. (18 กรกฎาคม 2554). โวลแทมมิเตอร์ สืบค้นจาก: laquimicaylaciencia.blogspot.com
- Quiroga A. (16 กุมภาพันธ์ 2017). วัฏจักรโวลต์มิเตอร์ สืบค้นจาก: chem.libretexts.org
- ซามูเอลพี. คูนาเวส (เอสเอฟ) เทคนิคโวลแทมเมตริก. . มหาวิทยาลัยทัฟส์ กู้คืนจาก: brown.edu
- Day R. & Underwood A. เคมีวิเคราะห์เชิงปริมาณ (ฉบับที่ 5) PEARSON Prentice Hall.