Электроаналитические методы

Электроаналитические методы — это класс методов аналитической химии , которые изучают аналит путем измерения потенциала ( вольт ) и/или тока ( ампер ) в электрохимической ячейке, содержащей аналит. ^[1]^[2]^[3]^[4] Эти методы можно разбить на несколько категорий в зависимости от того, какие аспекты клетки контролируются, а какие измеряются. Тремя основными категориями являются потенциометрия (измеряется разность электродных потенциалов), амперометрия (электрический ток является аналитическим сигналом), кулонометрия (регистрируется заряд, прошедший за определенное время).

Потенциометрия

Потенциометрия пассивно измеряет потенциал раствора между двумя электродами, практически не влияя при этом на раствор. Один электрод называется электродом сравнения и имеет постоянный потенциал, а другой является индикаторным электродом, потенциал которого меняется в зависимости от состава образца. Таким образом, разница потенциалов между двумя электродами позволяет оценить состав образца. Фактически, поскольку потенциометрическое измерение является неразрушающим измерением, предполагая, что электрод находится в равновесии с раствором, мы измеряем потенциал раствора. В потенциометрии обычно используются индикаторные электроды, избирательно чувствительные 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 и точность измерения. В водной среде платина часто используется из-за ее высокой переноса электрона , кинетика ^[5] хотя для улучшения кинетики переноса электронов можно использовать электрод, изготовленный из нескольких металлов. ^[6] Наиболее распространенным потенциометрическим электродом на сегодняшний день является электрод со стеклянной мембраной, используемый в pH-метре .

Разновидностью потенциометрии является хронопотенциометрия, заключающаяся в использовании постоянного тока и измерении потенциала в зависимости от времени. Это было инициировано Вебером. ^[7]

Амперометрия

Амперометрия представляет собой совокупность электрохимических методов, в которых ток измеряется как функция независимой переменной, которой обычно является время (в хроноамперометрии) или электродный потенциал (в вольтамперометрии). Хроноамперометрия — это метод, при котором ток измеряется при фиксированном потенциале в разное время с момента начала поляризации. Хроноамперометрию обычно проводят в неперемешиваемом растворе и на неподвижном электроде, т. е. в экспериментальных условиях, исключающих конвекцию как массоперенос к электроду. С другой стороны, вольтамперометрия — это подкласс амперометрии, в которой ток измеряется путем изменения потенциала, приложенного к электроду. В соответствии с формой сигнала, описывающей изменение потенциала в зависимости от времени, определяются различные методы вольтамперометрии.

Хроноамперометрия

При хроноамперометрии к рабочему электроду прикладывают резкий скачок потенциала и измеряют ток как функцию времени. ^[8] Поскольку это не исчерпывающий метод, используются микроэлектроды, и время, необходимое для проведения экспериментов, обычно очень короткое, обычно от 20 мс до 1 с, чтобы не расходовать аналит.

Вольтамперометрия

Вольтамперометрия заключается в приложении постоянного и/или изменяющегося потенциала к поверхности электрода и измерении результирующего тока с помощью трехэлектродной системы. Этот метод может выявить восстановительный потенциал аналита и его электрохимическую реакционную способность . Этот метод в практическом плане является неразрушающим, поскольку на двумерной поверхности рабочего и вспомогательного электродов расходуется лишь очень небольшое количество аналита . На практике раствор аналита обычно утилизируют, поскольку аналит трудно отделить от основного электролита , а для эксперимента требуется небольшое количество аналита. Обычный эксперимент может включать раствор 1–10 мл с концентрацией аналита от 1 до 10 ммоль/л. Более продвинутые вольтамперометрические методы могут работать с микролитровыми объемами и вплоть до наномолярных концентраций. Химически модифицированные электроды используются для анализа органических и неорганических проб.

Полярография

Полярография — это подкласс вольтамперометрии, в котором используется капающий ртутный электрод в качестве рабочего электрода .

Кулонометрия

Кулонометрия использует приложенный ток или потенциал для полного перевода аналита из одной степени окисления в другую. В этих экспериментах общий пройденный ток измеряется прямо или косвенно, чтобы определить количество прошедших электронов . Знание количества прошедших электронов может указывать на концентрацию аналита или, если концентрация известна, на количество электронов, перенесенных в окислительно-восстановительной реакции. Типичные формы кулонометрии включают объемный электролиз , также известный как потенциостатическая кулонометрия или кулонометрия с контролируемым потенциалом , а также различные кулонометрические титрования.

Ссылки

^ Скуг, Дуглас А.; Дональд М. Уэст; Ф. Джеймс Холлер (25 августа 1995 г.). Основы аналитической химии (7-е изд.). Издательство Harcourt Brace College. ISBN 978-0-03-005938-4 .
^ Киссинджер, Питер; Уильям Р. Хейнеман (23 января 1996 г.). Лабораторные методы в электроаналитической химии, второе издание, переработанное и расширенное (2-е изд.). КПР. ISBN 978-0-8247-9445-3 .
^ Бард, Аллен Дж.; Ларри Р. Фолкнер (18 декабря 2000 г.). Электрохимические методы: основы и приложения (2-е изд.). Уайли. ISBN 978-0-471-04372-0 .
^ Зоски, Синтия Г. (7 февраля 2007 г.). Справочник по электрохимии . Эльзевир Наука. ISBN 978-0-444-51958-0 .
^ Грундл, Тим (1 февраля 1994 г.). «Обзор современного понимания окислительно-восстановительной способности в природных неравновесных системах». Хемосфера . 28 (3): 613–626. Бибкод : 1994Chmsp..28..613G . дои : 10.1016/0045-6535(94)90303-4 .
^ Нойхаузер, Т.; Вальдингер, И.; Мандлер, Д. (3 сентября 2013 г.). «Улучшенная потенциометрия с помощью металлических наночастиц». Аналитическая химия . 85 (17): 8347–8353. дои : 10.1021/ac401744w . ISSN 0003-2700 . ПМИД 23947748 .
^ HF Вебер, Вид. Анна, 7 лет 536 года 1879 года.
^ Бард, Аллен Дж.; Фолкнер, Ларри Р.; Уайт, Генри С. (2022). Электрохимические методы: основы и приложения (Третье изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN 978-1-119-33405-7 .

Библиография

Ван, Джозеф К. (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 .
Озомвна, Кеннет И., изд. (2007). Последние достижения в аналитической электрохимии 2007 . Сеть трансмировых исследований. ISBN 978-81-7895-274-1 .
Дамен, 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 .

[1] Скуг, Дуглас А.; Дональд М. Уэст; Ф. Джеймс Холлер (25 августа 1995 г.). Основы аналитической химии (7-е изд.). Издательство Harcourt Brace College. ISBN 978-0-03-005938-4 .

[2] Киссинджер, Питер; Уильям Р. Хейнеман (23 января 1996 г.). Лабораторные методы в электроаналитической химии, второе издание, переработанное и расширенное (2-е изд.). КПР. ISBN 978-0-8247-9445-3 .

[3] Бард, Аллен Дж.; Ларри Р. Фолкнер (18 декабря 2000 г.). Электрохимические методы: основы и приложения (2-е изд.). Уайли. ISBN 978-0-471-04372-0 .

[4] Зоски, Синтия Г. (7 февраля 2007 г.). Справочник по электрохимии . Эльзевир Наука. ISBN 978-0-444-51958-0 .

[5] Грундл, Тим (1 февраля 1994 г.). «Обзор современного понимания окислительно-восстановительной способности в природных неравновесных системах». Хемосфера . 28 (3): 613–626. Бибкод : 1994Chmsp..28..613G . дои : 10.1016/0045-6535(94)90303-4 .

[6] Нойхаузер, Т.; Вальдингер, И.; Мандлер, Д. (3 сентября 2013 г.). «Улучшенная потенциометрия с помощью металлических наночастиц». Аналитическая химия . 85 (17): 8347–8353. дои : 10.1021/ac401744w . ISSN 0003-2700 . ПМИД 23947748 .

[7] HF Вебер, Вид. Анна, 7 лет 536 года 1879 года.

[8] Бард, Аллен Дж.; Фолкнер, Ларри Р.; Уайт, Генри С. (2022). Электрохимические методы: основы и приложения (Третье изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN 978-1-119-33405-7 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

v т и Аналитическая химия
Instrumentation	Atomic absorption spectrometer Flame emission spectrometer Gas chromatograph High-performance liquid chromatograph Infrared spectrometer Mass spectrometer Melting point apparatus Microscope Optical spectrometer Spectrophotometer
Techniques	Calorimetry Chromatography Electroanalytical methods Gravimetric analysis Ion mobility spectrometry Mass spectrometry Spectroscopy Titration
Sampling	Coning and quartering Dilution Dissolution Filtration Masking Pulverization Sample preparation Separation process Sub-sampling
Calibration	Chemometrics Calibration curve Matrix effect Internal standard Standard addition Isotope dilution
Prominent publications	Analyst Analytica Chimica Acta Analytical and Bioanalytical Chemistry Analytical Chemistry Analytical Biochemistry
Category Commons Portal WikiProject

v т и Отрасли химии
Glossary of chemical formulae List of biomolecules List of inorganic compounds Periodic table
Analytical	Instrumental chemistry Electroanalytical methods Spectroscopy IR Raman UV-Vis NMR Mass spectrometry EI ICP MALDI Separation process Chromatography GC HPLC Crystallography Characterization Titration Wet chemistry Calorimetry Elemental analysis
Theoretical	Quantum chemistry Computational chemistry Mathematical chemistry Molecular modelling Molecular mechanics Molecular dynamics Molecular geometry VSEPR theory
Physical	Electrochemistry Spectroelectrochemistry Photoelectrochemistry Thermochemistry Chemical thermodynamics Surface science Interface and colloid science Micromeritics Cryochemistry Sonochemistry Structural chemistry Chemical physics Molecular physics Femtochemistry Chemical kinetics Spectroscopy Photochemistry Spin chemistry Microwave chemistry Equilibrium chemistry Mechanochemistry
Inorganic	Coordination chemistry Magnetochemistry Organometallic chemistry Organolanthanide chemistry Cluster chemistry Solid-state chemistry Ceramic chemistry
Organic	Stereochemistry Alkane stereochemistry Physical organic chemistry Organic reactions Organic synthesis Retrosynthetic analysis Enantioselective synthesis Total synthesis / Semisynthesis Fullerene chemistry Polymer chemistry Petrochemistry Dynamic covalent chemistry
Biological	Biochemistry Molecular biology Cell biology Chemical biology Bioorthogonal chemistry Medicinal chemistry Pharmacology Clinical chemistry Neurochemistry Bioorganic chemistry Bioorganometallic chemistry Bioinorganic chemistry Biophysical chemistry
Interdisciplinarity	Nuclear chemistry Radiochemistry Radiation chemistry Actinide chemistry Cosmochemistry / Astrochemistry / Stellar chemistry Geochemistry Biogeochemistry Photogeochemistry Environmental chemistry Atmospheric chemistry Ocean chemistry Clay chemistry Carbochemistry Food chemistry Carbohydrate chemistry Food physical chemistry Agricultural chemistry Soil chemistry Chemistry education Amateur chemistry General chemistry Clandestine chemistry Forensic chemistry Forensic toxicology Post-mortem chemistry Nanochemistry Supramolecular chemistry Chemical synthesis Green chemistry Click chemistry Combinatorial chemistry Biosynthesis Chemical engineering Stoichiometry Materials science Metallurgy Ceramic engineering Polymer science
See also	History of chemistry Nobel Prize in Chemistry Timeline of chemistry of element discoveries "The central science" Chemical reaction Catalysis Chemical element Chemical compound Atom Molecule Ion Chemical substance Chemical bond Alchemy Quantum mechanics
Category Commons Portal WikiProject