Электроаналитические методы
Аналитические методы в химии

Электроаналитические методы — это класс методов в 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 ячейки контролируются и какие измеряются. Три основные категории — потенциометрия (измеряется разность электродных потенциалов), амперометрия (аналитическим сигналом является электрический ток), кулонометрия (регистрируется заряд, прошедший за определенное время).

Потенциометрия

Потенциометрия пассивно измеряет потенциал раствора между двумя электродами, влияя на раствор очень мало в процессе. Один электрод называется электродом сравнения и имеет постоянный потенциал, в то время как другой является индикаторным электродом, потенциал которого изменяется в зависимости от состава образца. Таким образом, разность потенциалов между двумя электродами дает оценку состава образца. Фактически, поскольку потенциометрическое измерение является неразрушающим измерением, предполагая, что электрод находится в равновесии с раствором, мы измеряем потенциал раствора. Потенциометрия обычно использует индикаторные электроды, сделанные селективно чувствительными к интересующему иону, например, фториду во фторид-селективных электродах , так что потенциал зависит исключительно от активности этого интересующего иона. Время, которое требуется электроду для установления равновесия с раствором, будет влиять на чувствительность или точность измерения. В водной среде платина часто используется из-за ее высокой кинетики переноса электронов , [5] хотя электрод, изготовленный из нескольких металлов, может использоваться для улучшения кинетики переноса электронов. [6] Наиболее распространенным потенциометрическим электродом на сегодняшний день является стеклянный мембранный электрод, используемый в pH-метре .

Вариантом потенциометрии является хронопотенциометрия, которая заключается в использовании постоянного тока и измерении потенциала как функции времени. Она была инициирована Вебером . [ 7]

Амперометрия

Амперометрия обозначает совокупность электрохимических методов, в которых ток измеряется как функция независимой переменной, которая обычно является временем (в хроноамперометрии) или потенциалом электрода (в вольтамперометрии). Хроноамперометрия — это метод, в котором ток измеряется при фиксированном потенциале в разное время с момента начала поляризации. Хроноамперометрия обычно проводится в неперемешиваемом растворе и на фиксированном электроде, т. е. в экспериментальных условиях, избегающих конвекции как переноса массы к электроду. С другой стороны, вольтамперометрия — это подкласс амперометрии, в котором 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.

Хроноамперометрия

В хроноамперометрии на рабочем электроде применяется внезапный скачок потенциала, и ток измеряется как функция времени. [8] Поскольку это не исчерпывающий метод, используются микроэлектроды, а количество времени, используемое для проведения экспериментов, обычно очень короткое, как правило, от 20 мс до 1 с, чтобы не расходовать аналит.

Вольтамперометрия

Вольтамперометрия заключается в приложении постоянного и/или переменного потенциала к поверхности электрода и измерении результирующего тока 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 потребляется на двумерной поверхности рабочего и вспомогательного электродов . На практике раствор аналита обычно утилизируется, поскольку его 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 объемами микролитров и вплоть до наномолярных концентраций. Химически модифицированные электроды используются для анализа органических и неорганических образцов.

Полярография

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

Кулонометрия

Кулонометрия использует приложенный ток или потенциал для полного преобразования аналита из одного состояния окисления в другое. В этих экспериментах полный прошедший ток измеряется напрямую или косвенно для определения числа прошедших электронов . Знание числа прошедших электронов может указывать на концентрацию аналита или, когда концентрация известна, на число электронов, переданных 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

  1. ^ Скуг, Дуглас А.; Дональд М. Уэст; Ф. Джеймс Холлер (1995-08-25). Основы аналитической химии (7-е изд.). Издательство Harcourt Brace College Publishers. ISBN 978-0-03-005938-4.
  2. ^ Киссинджер, Питер; Уильям Р. Хайнеман (1996-01-23). ​​Лабораторные методы в электроаналитической химии, второе издание, исправленное и расширенное (2-е изд.). CRC. ISBN 978-0-8247-9445-3.
  3. ^ Бард, Аллен Дж.; Ларри Р. Фолкнер (2000-12-18). Электрохимические методы: основы и применение (2-е изд.). Wiley. ISBN 978-0-471-04372-0.
  4. ^ Зоски, Синтия Г. (2007-02-07). Справочник по электрохимии . Elsevier Science. ISBN 978-0-444-51958-0.
  5. ^ Грундл, Тим (1994-02-01). «Обзор современного понимания окислительно-восстановительной способности в природных неравновесных системах». Chemosphere . 28 (3): 613–626. Bibcode : 1994Chmsp..28..613G. doi : 10.1016/0045-6535(94)90303-4.
  6. ^ Нойхаузер, Т.; Валдингер, И.; Мандлер, Д. (2013-09-03). «Улучшенная потенциометрия с помощью металлических наночастиц». Аналитическая химия . 85 (17): 8347–8353. doi :10.1021/ac401744w. ISSN  0003-2700. PMID  23947748.
  7. ^ HF Вебер, Вид. Анна, 7 лет 536 года, 1879 г.
  8. ^ Бард, Аллен Дж.; Фолкнер, Ларри Р.; Уайт, Генри С. (2022). Электрохимические методы: основы и применение (Третье изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley. ISBN 978-1-119-33405-7.

Библиография

  • Ван, Джозеф С. (2000). Аналитическая электрохимия . Чичестер: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-28272-3.
  • Hubert H. Girault (2004). Аналитическая и физическая электрохимия . [Лозанна: EPFL. ISBN 978-0-8247-5357-3.
  • Ozomwna, Kenneth I., ред. (2007). Последние достижения в аналитической электрохимии 2007. Transworld Research Network. ISBN 978-81-7895-274-1.
  • Дамен, EAMF (1986). Электроанализ: теория и применение в водных и неводных средах и в автоматизированном химическом контроле . Амстердам: Elsevier. 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.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Электроаналитические_методы&oldid=1242533464"