VOLTAMMETRY: NÓ BAO GỒM NHỮNG GÌ, CÁC LOẠI VÀ ỨNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các voltammetry là một kỹ thuật electroanalytical xác định thông tin của một loại hóa chất hoặc chất phân tích từ các dòng điện tạo ra bởi các biến thể của một loài có tiềm năng ứng dụng. Tức là, điện thế áp dụng E (V), và thời gian (t), là các biến độc lập; trong khi hiện tại (A), biến phụ thuộc.

Các loại hóa chất thông thường phải có tính điện. Nó có nghĩa là gì? Nó có nghĩa là nó phải mất (oxy hóa) hoặc tăng (giảm) electron. Để phản ứng bắt đầu, điện cực làm việc phải cung cấp điện thế cần thiết được xác định về mặt lý thuyết bởi phương trình Nernst.

Nguồn: Bởi Trina36, từ Wikimedia Commons

Ví dụ về đo voltammetry có thể được nhìn thấy trong hình trên. Điện cực trong hình ảnh được làm bằng sợi carbon, được nhúng vào môi trường hòa tan. Dopamine không bị oxi hóa, tạo thành hai nhóm cacbonyl C = O (vế phải của phương trình hóa học) trừ khi áp dụng thế thích hợp.

Điều này được thực hiện bằng cách quét E với các giá trị khác nhau, bị giới hạn bởi nhiều yếu tố như dung dịch, các ion hiện diện, bản thân điện cực và dopamine.

Bằng cách thay đổi E theo thời gian, thu được hai đồ thị: E vt thứ nhất (tam giác màu xanh lam) và đồ thị thứ hai, phản ứng C vs t (màu vàng). Các dạng của chúng là đặc trưng để xác định dopamine trong các điều kiện của thí nghiệm.

Voltammetry là gì?

Phép đo Voltammetry được phát triển nhờ phát minh ra kỹ thuật phân cực của người đoạt giải Nobel hóa học năm 1922, Jaroslav Heyrovsky. Trong đó, điện cực của giọt thủy ngân (EGM) liên tục được đổi mới và phân cực.

Những khiếm khuyết về phân tích của phương pháp này tại thời điểm đó đã được giải quyết với việc sử dụng và thiết kế các vi điện cực khác. Chúng khác nhau rất nhiều về chất liệu, từ carbon, kim loại quý, kim cương và polyme, đến thiết kế của chúng, đĩa, hình trụ, tấm; và cả, theo cách mà chúng tương tác với dung dịch: đứng yên hoặc quay.

Tất cả những chi tiết này nhằm tạo lợi ích cho sự phân cực của điện cực, điều này gây ra sự phân rã của dòng điện đăng ký được gọi là dòng điện giới hạn (i ₁ ). Điều này tỷ lệ với nồng độ của chất phân tích và một nửa công suất E (E _1/2 ) để đạt được một nửa dòng điện nói trên (i _1/2 ) là đặc trưng của loài.

Sau đó, bằng cách xác định các giá trị của E _1/2 trong đường cong nơi dòng điện thu được với sự biến thiên của E được vẽ, gọi là biểu đồ điện thế, có thể xác định được sự có mặt của chất phân tích. Tức là, mỗi chất phân tích, với các điều kiện của thí nghiệm, sẽ có giá trị riêng của nó là E _1/2 .

Sóng điện áp

Trong phép đo vôn, bạn làm việc với nhiều đồ thị. Đầu tiên trong số này là đường cong E vs t, cho phép theo dõi sự khác biệt tiềm năng được áp dụng như một hàm của thời gian.

Nhưng đồng thời, mạch điện ghi lại các giá trị C do chất phân tích tạo ra bằng cách làm mất hoặc đạt được các electron trong vùng lân cận của điện cực.

Vì điện cực là phân cực, ít chất phân tích có thể khuếch tán từ dung dịch vào nó. Ví dụ, nếu điện cực tích điện dương, loài X ^- sẽ bị hút vào nó và sẽ hướng về nó bằng lực hút tĩnh điện đơn thuần.

Nhưng X ^- bạn không đơn độc: có những ion khác hiện diện trong môi trường của bạn. Một số cation M ⁺ có thể cản trở điện cực bằng cách bao bọc nó trong các "cụm" điện tích dương; và tương tự như vậy, N ^- anion có thể mắc kẹt xung quanh điện cực và ngăn cản X ^- tiếp cận nó.

Tổng của các hiện tượng vật lý này làm cho dòng điện bị mất đi, và điều này được quan sát thấy trong đường cong C vs E và hình dạng của nó tương tự như hình chữ S, được gọi là hình dạng sigmoid. Đường cong này được gọi là sóng vôn.

Thiết bị đo đạc

Nguồn: Bởi Stan J Klimas, từ Wikimedia Commons

Thiết bị đo điện thế thay đổi tùy theo chất phân tích, dung môi, loại điện cực và ứng dụng. Tuy nhiên, phần lớn chúng dựa trên một hệ thống được tạo thành từ ba điện cực: một điện cực hoạt động (1), một điện cực phụ (2) và một điện cực chuẩn (3).

Điện cực so sánh chính được sử dụng là điện cực calomel (ECS). Điều này, cùng với điện cực làm việc, có thể thiết lập chênh lệch điện thế ΔE, vì điện thế của điện cực so sánh không đổi trong quá trình đo.

Mặt khác, điện cực phụ có nhiệm vụ kiểm soát điện tích truyền đến điện cực làm việc, để giữ nó trong giá trị E có thể chấp nhận được. Biến độc lập, hiệu điện thế áp dụng, là biến số thu được bằng cách cộng các điện thế của điện cực làm việc và điện cực chuẩn.

Các loại

Nguồn: Bởi domdomegg, từ Wikimedia Commons

Hình trên cho thấy đồ thị E vs t, còn được gọi là dạng sóng tiềm năng cho phép đo vôn quét tuyến tính.

Có thể thấy rằng khi thời gian trôi qua, tiềm năng tăng lên. Đổi lại, quá trình quét này tạo ra một đường cong phản ứng hoặc biểu đồ biểu đồ đường cong C vs E có hình dạng sẽ là sigmoid. Sẽ đến một thời điểm mà cho dù E tăng bao nhiêu thì dòng điện cũng không tăng.

Các dạng đo vôn khác có thể được suy ra từ đồ thị này. Làm sao? Điều chỉnh sóng tiềm năng E so với t bằng các xung điện thế đột ngột theo các mẫu nhất định. Mỗi mẫu được liên kết với một loại phép đo vôn và bao gồm lý thuyết và điều kiện thực nghiệm của riêng nó.

Đo điện áp xung

Trong loại phép đo vôn kế này, có thể phân tích hỗn hợp của hai hoặc nhiều chất phân tích có giá trị E _1/2 rất gần nhau. Do đó, một chất phân tích có E _1/2 là 0,04V có thể được xác định trong công ty của một chất khác có E _1/2 là 0,05V. Trong khi ở phép đo điện áp quét tuyến tính, sự khác biệt phải lớn hơn 0,2V.

Do đó, có độ nhạy cao hơn và giới hạn phát hiện thấp hơn; nghĩa là chất phân tích có thể được xác định ở nồng độ rất thấp.

Sóng tiềm năng có thể có các mẫu giống cầu thang, cầu thang nghiêng và hình tam giác. Cái sau tương ứng với phép đo vôn theo chu kỳ (CV cho từ viết tắt của nó bằng tiếng Anh, hình ảnh đầu tiên).

Trong CV, điện thế E được đặt theo một hướng, dương hoặc âm, và sau đó, tại một giá trị nhất định của E tại thời điểm t, điện thế tương tự được đặt lại nhưng theo hướng ngược lại. Khi nghiên cứu các biểu đồ biểu đồ được tạo ra, cực đại cho thấy sự hiện diện của các chất trung gian trong một phản ứng hóa học.

Phép đo độ phân giải lại

Đây có thể là loại anốt hoặc catốt. Nó bao gồm sự lắng đọng điện của chất phân tích trên điện cực thủy ngân. Nếu chất phân tích là một ion kim loại (chẳng hạn như Cd ²⁺ ), một hỗn hống sẽ tạo thành; và nếu nó là anion, (chẳng hạn như MoO ₄ ^2– ) là muối thủy ngân không hòa tan.

Sau đó, các xung điện thế được áp dụng để xác định nồng độ và đặc điểm nhận dạng của các loài được nuôi dưỡng bằng điện. Do đó, hỗn hống bị phân hủy lại, giống như muối thủy ngân.

Các ứng dụng

- Phép đo độ phân giải khử độc lập được sử dụng để xác định nồng độ của kim loại hòa tan trong chất lỏng.

-Cho phép nghiên cứu động học của quá trình oxy hóa khử hoặc quá trình hấp phụ, đặc biệt là khi các điện cực được sửa đổi để phát hiện một chất phân tích cụ thể.

-Cơ sở lý thuyết của nó đã được sử dụng để sản xuất cảm biến sinh học. Với những thứ này, có thể xác định được sự hiện diện và nồng độ của các phân tử sinh học, protein, chất béo, đường, v.v.

-Cuối cùng, nó phát hiện sự tham gia của các trung gian trong các cơ chế phản ứng.

Người giới thiệu

1. González M. (ngày 22 tháng 11 năm 2010). Voltammetry. Phục hồi từ: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M. (2002). Phân tích điện hóa. Tạp chí Chẩn đoán Sinh học, 51 (1), 18-27. Phục hồi từ scielo.isciii.es
3. Hóa học và Khoa học. (Ngày 18 tháng 7 năm 2011). Voltammetry. Đã khôi phục từ: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga A. (ngày 16 tháng 2 năm 2017). Đo Voltammet theo chu kỳ. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
5. Samuel P. Kounaves. (sf). Kỹ thuật đo Voltammetric. . Đại học Tufts. Phục hồi từ: brown.edu
6. Day R. & Underwood A. Hóa học phân tích định lượng (xuất bản lần thứ 5). Sảnh Prentice của PEARSON.