Электроаналитические методы - это класс методов в аналитической химии, которые изучают аналит путем измерения потенциала ( вольт ) и / или тока ( амперы ) в электрохимической ячейке, содержащей аналит. [1] [2] [3] [4] Эти методы можно разбить на несколько категорий в зависимости от того, какие аспекты ячейки контролируются, а какие измеряются. Три основных категории: потенциометрия (измеряется разность электродных потенциалов), кулонометрия (ток ячейки измеряется во времени) ивольтамперометрия (ток ячейки измеряется при активном изменении потенциала ячейки).
Потенциометрия
Потенциометрия пассивно измеряет потенциал раствора между двумя электродами, при этом очень мало влияя на раствор. Один электрод называется электродом сравнения и имеет постоянный потенциал, а другой - индикаторным электродом, потенциал которого изменяется в зависимости от состава образца. Следовательно, разность потенциалов между двумя электродами дает оценку состава образца. Фактически, поскольку потенциометрическое измерение - это неразрушающее измерение, предполагая, что электрод находится в равновесии с раствором, мы измеряем потенциал раствора. В потенциометрии обычно используются индикаторные электроды, которые избирательно чувствительны к интересующему иону, например, к фториду во фторид-селективных электродах , так что потенциал зависит исключительно от активности этого интересующего иона. Время, необходимое электроду для установления равновесия с раствором, влияет на чувствительность или точность измерения. В водной среде часто используется платина из-за ее высокой кинетики переноса электронов [5], хотя для улучшения кинетики переноса электронов можно использовать электрод, сделанный из нескольких металлов. [6] Наиболее распространенным потенциометрическим электродом на сегодняшний день является электрод со стеклянной мембраной, используемый в pH-метре .
Одним из вариантов потенциометрии является хронопотенциометрия, которая заключается в использовании постоянного тока и измерении потенциала как функции времени. Это было инициировано Вебером. [7]
Кулонометрия
Кулонометрия использует приложенный ток или потенциал для полного преобразования аналита из одной степени окисления в другую. В этих экспериментах полный пропускаемый ток измеряется прямо или косвенно, чтобы определить количество прошедших электронов . Зная количество прошедших электронов, можно указать концентрацию аналита или, если концентрация известна, количество электронов, перенесенных в окислительно-восстановительной реакции. Распространенные формы кулонометрии включают электролиз в объеме , также известный как потенциостатическая кулонометрия или кулонометрия с контролируемым потенциалом , а также различные кулонометрические титрования.
Вольтамперометрия
Вольтамперометрия применяет постоянный и / или переменный потенциал на поверхности электрода и измеряет результирующий ток с помощью трехэлектродной системы. Этот метод может выявить восстановительный потенциал аналита и его электрохимическую реактивность . Этот метод с практической точки зрения является неразрушающим, поскольку только очень небольшое количество аналита расходуется на двумерной поверхности рабочего и вспомогательного электродов . На практике растворы аналита обычно утилизируют, поскольку трудно отделить аналит от основного электролита, и для эксперимента требуется небольшое количество аналита. Обычный эксперимент может включать 1–10 мл раствора с концентрацией аналита от 1 до 10 ммоль / л. Химически модифицированные электроды используются для анализа органических и неорганических образцов.
Полярография
Полярография - это подкласс вольтамперометрии, в котором в качестве рабочего электрода используется падающий ртутный электрод .
Амперометрия
Амперометрия - это термин, обозначающий все электрохимические методы, в которых ток измеряется как функция независимой переменной, которой обычно являются время или потенциал электрода. Хроноамперометрия - это метод, при котором ток измеряется при фиксированном потенциале в разное время с момента начала поляризации. Хроноамперометрию обычно проводят в растворе без перемешивания и на неподвижном электроде, т. Е. В экспериментальных условиях, избегая конвекции как массопереноса к электроду. С другой стороны, вольтамперометрия является подклассом амперометрии, в которой ток измеряется путем изменения потенциала, приложенного к электроду. В соответствии с формой волны, которая описывает способ изменения потенциала в зависимости от времени, определяются различные методы вольтамперометрии.
Рекомендации
- ^ Скуг, Дуглас А .; Дональд М. Уэст; Ф. Джеймс Холлер (1995-08-25). Основы аналитической химии (7-е изд.). Издательство колледжа Харкорт Брейс. ISBN 978-0-03-005938-4.
- ^ Киссинджер, Питер; Уильям Р. Хейнеман (1996-01-23). Лабораторные методы в электроаналитической химии, второе издание, исправленное и дополненное (2-е изд.). CRC. ISBN 978-0-8247-9445-3.
- ^ Bard, Allen J .; Ларри Р. Фолкнер (2000-12-18). Электрохимические методы: основы и приложения (2-е изд.). Вайли. ISBN 978-0-471-04372-0.
- ^ Зоски, Синтия Г. (07.02.2007). Справочник по электрохимии . Elsevier Science. ISBN 978-0-444-51958-0.
- ^ Грундл, Тим (1994-02-01). «Обзор современного понимания окислительно-восстановительной способности в естественных, неравновесных системах». Chemosphere . 28 (3): 613–626. Bibcode : 1994Chmsp..28..613G . DOI : 10.1016 / 0045-6535 (94) 90303-4 .
- ^ Нойхаузер, Т .; Valdinger, I .; Мандлер, Д. (03.09.2013). «Повышенная потенциометрия с помощью металлических наночастиц». Аналитическая химия . 85 (17): 8347–8353. DOI : 10.1021 / ac401744w . ISSN 0003-2700 . PMID 23947748 .
- ↑ HF Weber, Wied. Ann., 7, 536, 1879 г.
Библиография
- Ван, Джозеф С. (2000). Аналитическая электрохимия . Чичестер: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-28272-3.
- Юбер Х. Жиро (2004). Аналитическая и физическая электрохимия . [Лозанна: EPFL. ISBN 978-0-8247-5357-3.
- Под редакцией Кеннета И. Озомвны (2007). Последние достижения в аналитической электрохимии 2007 . Transworld Research Network. ISBN 978-81-7895-274-1.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
- Дахмен, EAMF (1986). Электроанализ: теория и приложения в водных и неводных средах и в автоматизированном химическом контроле . Амстердам: Эльзевир. ISBN 978-0-444-42534-8.
- Бонд, А. Кертис (1980). Современные полярографические методы в аналитической химии . Нью-Йорк: М. Деккер. ISBN 978-0-8247-6849-2.