Электроаналитические методы - Electroanalytical methods

Электроаналитические методы это класс техники в аналитическая химия которые изучают аналит измеряя потенциал (вольт ) и / или текущий (амперы ) в электрохимическая ячейка содержащий аналит.[1][2][3][4] Эти методы можно разбить на несколько категорий в зависимости от того, какие аспекты ячейки контролируются, а какие измеряются. Три основные категории: потенциометрия (измеряется разность электродных потенциалов), кулонометрия (ток ячейки измеряется во времени), и вольтамперометрия (ток ячейки измеряется при активном изменении потенциала ячейки).

Потенциометрия

Потенциометрия пассивно измеряет потенциал раствора между двумя электродами, практически не влияя на раствор в процессе. Один электрод называется электрод сравнения и имеет постоянный потенциал, а другой - индикаторный электрод, потенциал которого изменяется в зависимости от состава образца. Следовательно, 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. Для потенциометрии обычно используются индикаторные электроды, изготовленные выборочно чувствительны к интересующим ионам, таким как фторид в селективные фторидные электроды, так что потенциал зависит исключительно от Мероприятия Время, необходимое электроду для установления равновесия с раствором, будет влиять на чувствительность или точность измерения. В водной среде часто используют платину из-за ее высокого перенос электронов кинетика,[5] хотя можно использовать электрод, сделанный из нескольких металлов, для улучшения кинетики переноса электронов.[6] Наиболее распространенным потенциометрическим электродом является электрод со стеклянной мембраной, используемый в pH метр.

Одним из вариантов потенциометрии является хронопотенциометрия, которая заключается в использовании постоянного тока и измерении потенциала как функции времени. Это было инициировано Вебером.[7]

Кулонометрия

Основная статья: 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 электроны прошло. Зная количество прошедших электронов, можно указать концентрацию аналита или, если концентрация известна, количество электронов, перенесенных в окислительно-восстановительной реакции. Общие формы кулонометрии включают: объемный электролиз, также известен как Потенциостатическая кулонометрия или кулонометрия с контролируемым потенциалом, а также различные кулонометрические титрования.

Вольтамперометрия

Основная статья: Вольтамперометрия

Вольтамперометрия применяет постоянный и / или переменный потенциал на поверхности электрода и измеряет результирующий ток с помощью трехэлектродной системы. Этот метод может выявить потенциал сокращения аналита и его электрохимическая реактивность. Этот метод с практической точки зрения является неразрушающим, так как только очень небольшое количество аналита расходуется на двумерной поверхности за работой и вспомогательные электроды. На практике растворы аналита обычно утилизируют, так как трудно отделить аналит от объемный электролит 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

Основная статья: Полярография

Полярография - это подкласс вольтамперометрии, в котором используется падающий ртутный электрод как рабочий электрод.

Амперометрия

Основная статья: 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, то есть в экспериментальных условиях, избегая конвекции как массопереноса на электрод. 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. Недавно возникла путаница в отношении правильного использования многих терминов собственно электрохимии / электроанализа, часто из-за распространения электроаналитических методов в областях, где они представляют собой инструмент для использования, не являясь «основной сферой деятельности» исследования.[нужна цитата ] Хотя электрохимики[кто? ] довольны этим, они призывают использовать термины правильно, чтобы избежать фатальных недоразумений.

использованная литература

  1. ^ Скуг, Дуглас А .; Дональд М. Уэст; Ф. Джеймс Холлер (1995-08-25). Основы аналитической химии (7-е изд.). Издатели колледжа Харкорт Брейс. ISBN  978-0-03-005938-4.
  2. ^ Киссинджер, Питер; Уильям Р. Хейнеман (1996-01-23). Лабораторные методы в электроаналитической химии, второе издание, переработанное и дополненное (2-е изд.). CRC. ISBN  978-0-8247-9445-3.
  3. ^ Bard, Allen J .; Ларри Р. Фолкнер (2000-12-18). Электрохимические методы: основы и применение (2-е изд.). Вайли. ISBN  978-0-471-04372-0.
  4. ^ Зоски, Синтия Г. (07.02.2007). Справочник по электрохимии. Elsevier Science. ISBN  978-0-444-51958-0.
  5. ^ Грундл, Тим (1994-02-01). «Обзор современного понимания окислительно-восстановительной способности в естественных неравновесных системах». Атмосфера. 28 (3): 613–626. Bibcode:1994Чмсп..28..613Г. Дои:10.1016/0045-6535(94)90303-4.
  6. ^ Нойхаузер, Т .; Valdinger, I .; Мандлер, Д. (03.09.2013). «Повышенная потенциометрия с помощью металлических наночастиц». Аналитическая химия. 85 (17): 8347–8353. Дои:10.1021 / ac401744w. ISSN  0003-2700. PMID  23947748.
  7. ^ Х. Ф. Вебер, Wied. Ann., 7, 536, 1879 г.

Список используемой литературы

  • 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 аналитической электрохимии, 2007 г.. Transworld Research Network. ISBN  978-81-7895-274-1.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка на сайт)
  • Дахмен, Э.А.М.Ф. (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.