Докторант → Аналитическая химия → Электроаналитические методы ↓
Вольтамметрия и Полярография
Электроаналитические методы — это раздел аналитической химии, который занимается изучением химических свойств и реакций путем измерения электрических свойств. Две основные техники в этой области — это вольтамметрия и полярография. Эти методы незаменимы для понимания электрохимического поведения аналитических веществ, представляющих интерес химических видов. Этот урок охватывает обе техники в подробностях.
Вольтамметрия
Вольтамметрия — это категория электроаналитических методов, используемая для изучения различных электрохимических свойств аналита. Этот метод включает изменение потенциала рабочего электрода и измерение результирующего тока. Данные, полученные в ходе вольтамперометрических экспериментов, могут предоставить ценную информацию о концентрации, редокс-потенциале и кинетических параметрах аналитического вещества.
Основные принципы
- В вольтамметрии устанавливается электрохимическая ячейка с как минимум двумя электродами: рабочим электродом, на котором происходит желаемая реакция, и сравнительным электродом, который поддерживает постоянный потенциал.
- Часто добавляют противоэлектрод, чтобы завершить цепь.
- Потенциал рабочего электрода изменяется линейно со временем, и ток измеряется.
Обычно эксперимент включает сканирование потенциала от начального значения к конечному со скоростью постоянной и измерение тока как функцию потенциала. Результирующий график называется вольтамперограммой.
Применение вольтамметрии
Вольтамметрия используется в самых разных областях, включая:
- Анализ ионов металлов.
- Обнаружение органических соединений.
- Для изучения активности ферментов.
Виды вольтамметрии
Существует несколько вариантов вольтамметрических методов, каждый из которых имеет уникальные модификации общей установки:
Линейная вольтамметрия
В линейной вольтамметрии потенциал повышается или понижается линейно со временем. Форма кривой ток-зависимость от потенциала предоставляет информацию о электрохимических процессах, происходящих на поверхности электрода.
dE/dt = constant
Это решение в модуляции помогает в анализе быстрых процессов переноса электронов.
Циклическая вольтамметрия
В циклической вольтамметрии потенциал сначала изменяется в прямом направлении, а затем возвращается к начальному потенциалу.
E_initial -> E_final -> E_initial
Результат — циклическая вольтамперограмма, которая выявляет редокс-реакции и сопряженные химические реакции.
Форма этих пиков дает информацию о обратимости электрохимических реакций, количестве вовлеченных электронов и кинетическую информацию.
Полярография
Полярография — это специфический вид вольтамметрии с использованием капающего ртутного электрода (КРЭ) или статического капающего ртутного электрода (СКРЭ) в качестве рабочего электрода. Этот метод был изобретен Ярославом Гейровским, который был удостоен Нобелевской премии по химии в 1959 году за свое изобретение.
Принципы полярографии
- Полярография включает применение потенциала к ртутному электроду, который постоянно капает, и запись токовой реакции во время редокс-преобразования аналита.
- Потенциал обычно применяется ступенчато, а не линейно.
Получающаяся полярограмма показывает волновые стъпени, и каждая из которых соответствует различному электрохимическому процессу.
Преимущества полярографии
Полярография полезна по следующим причинам:
- Высокая чувствительность к различным химическим веществам.
- Способность анализировать сложные смеси.
- Способность предоставлять как качественные, так и количественные данные.
Ограничения
Несмотря на многочисленные преимущества, полярография имеет некоторые ограничения, такие как:
- Время анализа относительно медленное из-за использования капающего ртутного электрода.
- Трудности с веществами, которые образуют нерастворимые ртутные соединения.
Применение полярографии
Полярографические методы полезны в нескольких областях:
- Экологическая химия для анализа тяжелых металлов.
- Биологические исследования для изучения кинетики ферментов и взаимодействий лекарств.
- Для обнаружения металлов и других веществ в пищевой химии.
Сравнение и заключение
И вольтамметрия, и полярография являются мощными методами в электроаналитической химии, каждая со своими уникальными сильными сторонами. Выбор одного из них в значительной степени зависит от конкретных требований анализа, таких как природа аналита, необходимая чувствительность и доступность оборудования.
Вольтамметрия предлагает широкий выбор электродов и конфигураций, делая ее очень универсальной. Полярография, с ее отличительным ртутным электродом, особенно преуспевает в анализе следов металлов и может использовать уникальные свойства ртути для предоставления детальной электроаналитической информации. Понимание этих методов и их нюансов лучше помогает химикам и исследователям выбирать подходящий метод для их конкретных аналитических нужд.
Комментарии