VOLTAMMETRY: APA YANG TERDIRI DARIPADA, JENIS DAN APLIKASI - KIMIA - 2025

The voltammetri adalah teknik Elektrokimia yang menentukan maklumat bahan kimia atau analit dari arus elektrik yang dihasilkan oleh perubahan spesies berpotensi gunaan. Iaitu, potensi yang diaplikasikan E (V), dan masa (t), adalah pemboleh ubah tidak bersandar; sementara semasa (A), pemboleh ubah bersandar.

Spesies kimia mestilah elektroaaktif. Apakah maksudnya? Ini bermaksud bahawa ia mesti kehilangan (mengoksidakan) atau mendapatkan (mengurangkan) elektron. Untuk tindak balas bermula, elektrod berfungsi mesti menyediakan potensi yang diperlukan secara teoritis yang ditentukan oleh persamaan Nernst.

Sumber: Oleh Trina36, dari Wikimedia Commons

Contoh voltammetri dapat dilihat pada gambar di atas. Elektrod dalam gambar terbuat dari serat karbon, yang direndam dalam medium pembubaran. Dopamine tidak mengoksidakan, membentuk dua kumpulan karbonil C = O (sebelah kanan persamaan kimia) kecuali potensi yang betul digunakan.

Ini dicapai dengan mengimbas E dengan nilai yang berbeza, dibatasi oleh banyak faktor seperti larutan, ion yang ada, elektrod itu sendiri, dan dopamin.

Dengan mengubah E dari masa ke masa, dua graf diperoleh: E vt pertama (segitiga biru), dan yang kedua, tindak balas C vs t (kuning). Bentuknya adalah ciri untuk menentukan dopamin dalam keadaan eksperimen.

Apa itu voltammetri?

Voltammetri dikembangkan berkat penemuan teknik polarografi oleh pemenang Hadiah Nobel 1922 dalam bidang kimia, Jaroslav Heyrovsky. Di dalamnya, elektrod penurunan merkuri (EGM) sentiasa diperbaharui dan terpolarisasi.

Kekurangan analisis kaedah ini pada masa itu diselesaikan dengan penggunaan dan reka bentuk mikroelektrod lain. Bahan ini sangat berbeza dalam bahan, dari karbon, logam mulia, berlian dan polimer, hingga reka bentuknya, cakera, silinder, kepingan; dan juga, dengan cara mereka berinteraksi dengan penyelesaian: pegun atau berputar.

Semua butiran ini bertujuan untuk memihak kepada polarisasi elektrod, yang menyebabkan kerosakan arus berdaftar yang dikenali sebagai arus had (i ₁ ). Ini berkadar dengan kepekatan analit, dan separuh daya E (E _1/2 ) untuk mencapai separuh arus yang disebutkan (i _1/2 ) adalah ciri spesies.

Kemudian, dengan menentukan nilai-nilai E _1/2 pada lengkung di mana arus yang diperoleh dengan variasi E diplot, disebut voltamperogram, kehadiran analit dapat dikenal pasti. Maksudnya, setiap analit, berdasarkan syarat eksperimen, akan mempunyai nilai E _{1/2 sendiri} .

Gelombang voltan

Dalam voltammetri anda bekerja dengan banyak graf. Yang pertama adalah kurva E vs t, yang memungkinkan tindak lanjut perbezaan potensi yang berlaku sebagai fungsi masa.

Tetapi pada masa yang sama, litar elektrik mencatat nilai C yang dihasilkan oleh analit dengan kehilangan atau memperoleh elektron di sekitar elektrod.

Kerana elektrod terpolarisasi, kurang analit yang dapat meresap dari larutan ke dalamnya. Sebagai contoh, jika elektrod bermuatan positif, spesies X ^- akan tertarik kepadanya dan akan diarahkan ke arahnya dengan tarikan elektrostatik semata-mata.

Tetapi X ^- anda tidak keseorangan: terdapat ion lain di persekitaran anda. Sebilangan kation M ⁺ dapat menghalangi elektrod dengan memasukkannya ke dalam "kluster" muatan positif; dan begitu juga, N ^- anion dapat menjebak elektrod dan mencegah X ^- mencapainya.

Jumlah fenomena fizikal ini menyebabkan arus hilang, dan ini diperhatikan dalam lekuk C vs E dan bentuknya serupa dengan bentuk S, yang disebut bentuk sigmoid. Lengkung ini dikenali sebagai gelombang voltammetrik.

Instrumentasi

Sumber: Oleh Stan J Klimas, dari Wikimedia Commons

Instrumentasi voltammetri berbeza mengikut analit, pelarut, jenis elektrod dan aplikasi. Tetapi, sebahagian besar dari mereka didasarkan pada sistem yang terdiri dari tiga elektrod: satu berfungsi (1), satu tambahan (2) dan satu rujukan (3).

Elektrod rujukan utama yang digunakan adalah elektrod calomel (ECS). Ini, bersama dengan elektrod kerja, memungkinkan untuk mewujudkan perbezaan potensi ΔE, kerana potensi elektrod rujukan tetap berterusan semasa pengukuran.

Sebaliknya, elektrod tambahan bertugas mengawal cas yang mengalir ke elektrod berfungsi, untuk memastikannya berada dalam nilai E yang boleh diterima. Pemboleh ubah bebas, perbezaan potensi yang digunakan, adalah yang diperoleh dengan menambahkan potensi elektrod kerja dan rujukan.

Jenis-Jenis

Sumber: Oleh domdomegg, dari Wikimedia Commons

Gambar di atas menunjukkan plot E vs t, juga disebut bentuk gelombang berpotensi untuk voltametri sapuan linear.

Ini dapat dilihat bahawa seiring berjalannya waktu, potensi meningkat. Pada gilirannya, sapuan ini menghasilkan keluk tindak balas atau voltamperogram C vs E yang bentuknya akan menjadi sigmoid. Akan ada titik di mana tidak kira berapa banyak E meningkat, tidak akan ada kenaikan arus.

Jenis voltammetri lain dapat disimpulkan dari grafik ini. Bagaimana? Mengubah gelombang berpotensi E vs t dengan denyutan berpotensi tiba-tiba mengikut corak tertentu. Setiap corak dikaitkan dengan jenis voltammetri, dan merangkumi teori dan keadaan eksperimennya sendiri.

Voltammetri nadi

Dalam voltametri jenis ini, campuran dua atau lebih analit yang nilai E _1/2 sangat dekat antara satu sama lain dapat dianalisis . Oleh itu, analit dengan E _1/2 dari 0,04V dapat dikenal pasti dalam syarikat yang lain dengan E _1/2 dari 0,05V. Manakala dalam voltammetri sapuan linear, perbezaannya mestilah lebih besar daripada 0.2V.

Oleh itu, terdapat kepekaan yang lebih tinggi dan had pengesanan yang lebih rendah; iaitu, analisis dapat ditentukan pada kepekatan yang sangat rendah.

Gelombang berpotensi dapat memiliki pola seperti tangga, tangga condong, dan segitiga. Yang terakhir ini sesuai dengan voltammetri siklik (CV untuk akronimnya dalam bahasa Inggeris, gambar pertama).

Dalam CV, potensi E diterapkan dalam satu arah, positif atau negatif, dan kemudian, pada nilai E tertentu dalam waktu t, potensi yang sama diterapkan lagi tetapi ke arah yang berlawanan. Semasa mengkaji voltamperogram yang dihasilkan, maksima mendedahkan kehadiran perantara dalam tindak balas kimia.

Voltammetri redissolution

Ini boleh menjadi jenis anodik atau katodik. Ia terdiri daripada elektrodeposisi analit pada elektrod merkuri. Sekiranya analit adalah ion logam (seperti Cd ²⁺ ), amalgam akan terbentuk; dan jika ia adalah anion, (seperti MoO ₄ ^2– ) garam merkuri yang tidak larut.

Kemudian, denyutan potensi digunakan untuk menentukan kepekatan dan identiti spesies elektrodeposit. Oleh itu, amalgam dilarutkan semula, seperti garam merkuri.

Permohonan

- Voltammetri redissolution anodik digunakan untuk menentukan kepekatan logam terlarut dalam cecair.

-Membolehkan mempelajari kinetik proses redoks atau penjerapan, terutamanya apabila elektrod diubah suai untuk mengesan analit tertentu.

-Basis teorinya telah digunakan untuk pembuatan biosensor. Dengan ini, kehadiran dan kepekatan molekul biologi, protein, lemak, gula, dan lain-lain dapat ditentukan.

-Akhirnya, ia mengesan penyertaan perantara dalam mekanisme tindak balas.

Rujukan

1. González M. (22 November 2010). Voltammetri. Dipulihkan dari: quimica.laguia2000.com
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M. (2002). Analisis elektrokimia. Jurnal Diagnosis Biologi, 51 (1), 18-27. Dipulihkan dari scielo.isciii.es
3. Kimia dan Sains. (18 Julai 2011). Voltammetri. Dipulihkan dari: laquimicaylaciencia.blogspot.com
4. Quiroga A. (16 Februari 2017). Voltammetri kitaran. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org
5. Samuel P. Kounaves. (sf). Teknik Voltammetrik. . Universiti Tufts. Dipulihkan dari: brown.edu
6. Day R. & Underwood A. Kimia Analitik Kuantitatif (edisi ke-5). Dewan Prentice PEARSON.