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. Четырьмя основными категориями являются потенциометрия (измеряется разница потенциалов электродов), амперометрия (электрический ток является аналитическим сигналом), кулонометрия (регистрируется заряд, прошедший в течение определенного времени) и вольтамперометрия (ток ячейки измеряется при активном изменении потенциал клетки).
Потенциометрия [ править ]
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 рН-метре .
Разновидностью потенциометрии является хронопотенциометрия, заключающаяся в использовании постоянного тока и измерении потенциала в зависимости от времени. Это было инициировано Вебером. [7]
Кулонометрия [ править ]
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.
Вольтамперометрия [ править ]
Вольтамперометрия применяет постоянный и/или изменяющийся потенциал на поверхности электрода и измеряет результирующий ток 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 1–10 мл раствора 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 [ править ]
Полярография — это подкласс вольтамперометрии, в котором используется капающий ртутный электрод в качестве рабочего электрода .
Амперометрия [ править ]
Амперометрия представляет собой совокупность электрохимических методов, в которых ток измеряется как функция независимой переменной, которой обычно является 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 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.
Ссылки [ править ]
- ^ 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 г.
Библиография [ править ]
- 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 аналитической электрохимии 2007 . Сеть исследований трансмира. 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 .
Отрасли химии |
|---|