Вольтамперометрия с линейной разверткой - Linear sweep voltammetry

Развертка линейного потенциала

Вольтамперометрия с линейной разверткой это вольтамперометрический метод где ток в рабочий электрод измеряется, пока потенциал между рабочим электродом и электрод сравнения прокручивается линейно во времени.[1][2] Окисление или восстановление видов регистрируется как пик или впадина в текущем сигнале при потенциале, при котором частицы начинают окисляться или восстанавливаться.

Экспериментальный метод

Сравнение токовой характеристики платинового дискового электрода в 1 М серной кислоте, полученной методами линейной циклической вольтамперометрии и лестничной циклической вольтамперометрии. Лестничная вольтамперометрия подавляет нефарадеевскую адсорбцию водорода.

Экспериментальная установка для линейной вольтамперометрии использует потенциостат и трехэлектродную установку для передачи потенциала раствору и контроля его изменения тока. Трехэлектродная установка состоит из рабочего электрода, вспомогательного электрода и электрода сравнения. Потенциостат передает потенциалы через трехэлектродную установку. Через рабочий электрод передается потенциал E. Наклон графика зависимости потенциала от времени называется скоростью сканирования и может варьироваться от мВ / с до 1 000 000 В / с.[3]Рабочий электрод - это один из электродов, на котором происходят реакции окисления / восстановления - процессы, происходящие на этом электроде, являются контролируемыми. Вспомогательный электрод (или противоэлектрод) - это тот, на котором происходит процесс, противоположный тому, который происходит на рабочем электроде. Процессы на этом электроде не отслеживаются. Приведенное ниже уравнение дает пример восстановления, происходящего на поверхности рабочего электрода. Es - потенциал восстановления A (если электролит и электрод находятся в своих стандартных условиях, то этот потенциал является стандартным потенциалом восстановления). Когда E приближается к Es ток на поверхности увеличивается и когда E = Es тогда концентрация [A] = [A−] на поверхности.[4] По мере того как молекулы на поверхности рабочего электрода окисляются / восстанавливаются, они удаляются от поверхности, и новые молекулы входят в контакт с поверхностью рабочего электрода. Поток электронов в электрод или из него вызывает ток. Ток является прямой мерой скорости, с которой электроны обмениваются через границу раздела электрод-электролит. Когда эта скорость становится выше скорости, с которой окисляющие или восстанавливающие частицы могут диффундировать из объема электролита к поверхности электрода, ток выходит на плато или имеет пик.

Восстановление молекулы А на поверхности рабочего электрода.

Вспомогательный электрод и электрод сравнения работают в унисон, чтобы уравновесить заряд, добавляемый или удаляемый рабочим электродом. Вспомогательный электрод уравновешивает рабочий электрод, но чтобы узнать, какой потенциал он должен добавить или удалить, он полагается на электрод сравнения. Электрод сравнения имеет известный восстановительный потенциал. Вспомогательный электрод пытается поддерживать на электроде сравнения определенный восстановительный потенциал, и для этого он должен уравновесить рабочий электрод.[5]

Характеристика

Вольтамперометрия с линейной разверткой может идентифицировать неизвестные виды и определять концентрацию растворов. E1 / 2 может использоваться для идентификации неизвестных видов, в то время как высота ограничивающего тока может определять концентрацию. Чувствительность изменения тока в зависимости от напряжения можно увеличить, увеличив скорость сканирования. Более высокие потенциалы в секунду приводят к большему окислению / восстановлению частиц на поверхности рабочего электрода.

Вариации

Для обратимых реакций можно использовать циклическую вольтамперометрию для получения информации о прямой и обратной реакции. Как и вольтамперометрия с линейной разверткой, циклическая вольтамперометрия применяет линейный потенциал с течением времени, и при определенном потенциале потенциостат будет реверсировать приложенный потенциал и вернуться к начальной точке. Циклическая вольтамперометрия дает информацию о реакциях окисления и восстановления.

Приложения

Хотя циклическая вольтамперометрия применима в большинстве случаев, когда используется вольтамперометрия с линейной разверткой, в некоторых случаях она более полезна. В случаях, когда реакция необратима, циклическая вольтамперометрия не дает никаких дополнительных данных, которые дает нам линейная вольтамперометрия.[6] В одном примере[7] Линейная вольтамперометрия использовалась для изучения прямого производства метана через биокатод. Поскольку образование метана из CO2 является необратимой реакцией, циклическая вольтамперометрия не дала каких-либо явных преимуществ перед вольтамперометрией с линейной разверткой. Эта группа обнаружила, что биокатод производит более высокие плотности тока, чем простой углеродный катод, и что метан может быть получен из постоянного электрического тока без необходимости использования газообразного водорода.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дуглас А. Скуг; Ф. Джеймс Холлер; Стэнли Р. Крауч (27 января 2017 г.). Принципы инструментального анализа. Cengage Learning. С. 658–. ISBN  978-1-305-57721-3.
  2. ^ Nahir, Tal M .; Кларк, Роуз А .; Боуден, Эдмонд Ф. (2002). "Вольтамперометрия с линейной разверткой необратимого переноса электрона в поверхностно-ограниченных объектах с использованием теории Маркуса". Аналитическая химия. 66 (15): 2595–2598. Дои:10.1021 / ac00087a027. ISSN  0003-2700.
  3. ^ Ткань, Брайан М. «Линейная вольтамперометрия». ТЭЦ. Архивировано из оригинал на 24.01.2013.
  4. ^ «Вольтамперометрия». ТЭЦ. Архивировано из оригинал на 2003-06-12.
  5. ^ Кунавес, Сэмюэл П. Вольтамперометрические методы. Справочник инструментальных методов аналитической химии. С. 709–725.
  6. ^ "Приборостроение, исследования сосны. Вольтамперометрия с линейной разверткой". ТЭЦ. 2008.
  7. ^ Ченг, Шаоань; Син, Дефэн; Звоните, Дуглас Ф .; Логан, Брюс Э. (2009). «Прямое биологическое преобразование электрического тока в метан электрометаногенезом». Environ. Sci. Technol. 43: 3953–3958. Bibcode:2009EnST ... 43.3953C. Дои:10.1021 / es803531g. PMID  19544913.