전압 전류는 인가 된 전위 종의 변동에 의해 발생 된 전기 전류에서 화학적 또는 피 분석 정보를 결정하는 electroanalytical 기술이다. 즉, 적용된 전위 E (V)와 시간 (t)은 독립 변수입니다. 현재 (A), 종속 변수.
화학 종은 일반적으로 전기 활성이어야합니다. 무슨 뜻인가요? 그것은 전자를 잃거나 (산화) 얻거나 (감소해야 함) 의미합니다. 반응이 시작 되려면 작동 전극이 Nernst 방정식에 의해 이론적으로 결정된 필요한 전위를 공급해야합니다.
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전압 전류 법의 예는 위의 이미지에서 볼 수 있습니다. 이미지의 전극은 탄소 섬유로 만들어져 용해 매체에 담겨 있습니다. 도파민은 산화되지 않아 적절한 전위가 적용되지 않는 한 두 개의 카르보닐기 C = O (화학 방정식의 오른쪽)를 형성합니다.
이것은 용액, 존재하는 이온, 전극 자체 및 도파민과 같은 많은 요인에 의해 제한되는 다른 값으로 E를 스캔하여 수행됩니다.
시간에 따라 E를 변화 시키면 첫 번째 E vt (파란색 삼각형)와 두 번째 그래프 인 응답 C 대 t (노란색)가 얻어집니다. 그들의 형태는 실험 조건에서 도파민을 결정하는 특징입니다.
전압 전류 법이란?
Voltammetry는 1922 년 노벨 화학상 수상자 인 Jaroslav Heyrovsky가 폴라로그래피 기술을 발명 한 덕분에 개발되었습니다. 그 안에서 수은 방울 (EGM)의 전극은 지속적으로 재생되고 분극됩니다.
당시이 방법의 분석적 결함은 다른 미세 전극의 사용과 설계로 해결되었습니다. 이들은 탄소, 귀금속, 다이아몬드 및 폴리머에서 디자인, 디스크, 실린더, 시트에 이르기까지 재료가 엄청나게 다양합니다. 또한 솔루션과 상호 작용하는 방식 : 고정 또는 회전.
이러한 모든 세부 사항은 전극의 분극화에 유리하여 제한 전류 (i 1 ) 로 알려진 등록 된 전류의 감쇠를 유발하기위한 것 입니다. 이것은 분석 물질의 농도에 비례하며, 상기 전류의 절반 (i 1/2 ) 을 달성하기위한 전력 E (E 1/2 )의 절반은 종의 특징입니다.
그런 다음 E 의 변화로 얻은 전류가 플롯되는 곡선에서 E 1/2 의 값을 결정함으로써 , 분석 물질의 존재를 식별 할 수 있습니다. 즉, 실험 조건이 주어지면 각 분석 물은 자체 값 E 1/2을 갖습니다 .
전압 전류 파
전압 전류 법에서는 많은 그래프로 작업합니다. 첫 번째는 E vs t 곡선으로, 적용된 전위차를 시간 함수로 추적 할 수 있습니다.
그러나 동시에 전기 회로는 전극 근처에서 전자를 잃거나 얻음으로써 분석 물이 생성 한 C 값을 기록합니다.
전극이 분극화되어 있기 때문에 더 적은 분석 물질이 용액에서 전극으로 확산 될 수 있습니다. 전극이 양으로 대전되는 경우, 예를 들어, 종 X는 - 그것에 흡착되며 단순한 정전 흡착하여 지향된다.
그러나 X는 - 당신은 혼자가 아닙니다 : 사용자 환경에 존재하는 다른 이온이 존재한다. 일부 M + 양이온 은 전극을 양전하의 "클러스터"로 둘러 싸서 전극을 방해 할 수 있습니다. 마찬가지로, N - 음이온 수있는 전극 방지 X 주위 트랩 들 - 그 도달.
이러한 물리적 현상의 합으로 인해 전류가 손실되며, 이는 C 대 E 곡선 및 S와 유사한 모양 인 S 자 모양에서 관찰됩니다. 이 곡선을 전압 전류 파라고합니다.
수단
출처 : Stan J Klimas, Wikimedia Commons
전압 전류 법의 기기는 분석 물, 용매, 전극 유형 및 응용 분야에 따라 다릅니다. 그러나 대부분은 작동하는 전극 (1), 보조 전극 (2) 및 기준 전극 (3)의 세 개의 전극으로 구성된 시스템을 기반으로합니다.
사용되는 주요 기준 전극은 Calomel 전극 (ECS)입니다. 이것은 작동 전극과 함께 기준 전극의 전위가 측정 중에 일정하게 유지되기 때문에 전위차 ΔE를 설정할 수 있습니다.
한편, 보조 전극은 허용 가능한 E 값 내에서 유지하기 위해 작업 전극으로 전달되는 전하를 제어하는 역할을합니다. 독립 변수 인 적용된 전위차는 작업 전극과 기준 전극의 전위를 더하여 얻은 값입니다.
종류
출처 : Wikimedia Commons의 domdomegg 작성
위의 이미지는 선형 스위프 전압 전류 법의 잠재적 파형이라고도하는 E 대 t 플롯을 보여줍니다.
시간이 지남에 따라 잠재력이 증가한다는 것을 알 수 있습니다. 차례로이 스위프는 모양이 시그 모이 드가 될 응답 곡선 또는 전압 전류계 C 대 E를 생성합니다. E가 아무리 증가해도 전류는 증가하지 않는 지점이 올 것입니다.
이 그래프에서 다른 유형의 전압 전류 법을 추론 할 수 있습니다. 어떻게? 특정 패턴을 따르는 갑작스러운 전위 펄스를 통해 전위파 E 대 t를 수정합니다. 각 패턴은 전압 전류 법의 유형과 연관되며 자체 이론 및 실험 조건을 포함합니다.
펄스 전압 전류 법
이러한 유형의 전압 전류 법에서는 E 1/2 값 이 서로 매우 가까운 두 개 이상의 분석 물질의 혼합물을 분석 할 수 있습니다 . 따라서, E와의 분석 1/2 0.04V의는 E와 다른 사람의 회사에서 확인 할 수있다 1/2 0.05V의. 선형 스위프 전압 전류 법에서는 차이가 0.2V보다 커야합니다.
따라서 더 높은 감도와 더 낮은 검출 한계가 있습니다. 즉, 매우 낮은 농도에서 분석 물을 측정 할 수 있습니다.
잠재력의 파동은 계단과 같은 패턴, 경사 계단 및 삼각형을 가질 수 있습니다. 후자는 순환 전압 전류 법 (영어로 된 CV, 첫 번째 이미지)에 해당합니다.
CV에서는 전위 E가 양 또는 음의 한 방향으로 적용된 다음 시간 t의 특정 E 값에서 동일한 전위가 다시 적용되지만 반대 방향으로 적용됩니다. 생성 된 전압 전류도를 연구 할 때 최대 값은 화학 반응에서 매개체의 존재를 나타냅니다.
재용 해 전압 전류 법
이것은 양극 또는 음극 유형일 수 있습니다. 수은 전극에 분석 물의 전착으로 구성됩니다. 분석 물이 금속 이온 (예 : Cd 2+ )이면 아말감이 형성됩니다. 음이온 인 경우 (예 : MoO 4 2– ) 불용성 수 은염입니다.
그런 다음 전위의 펄스를 적용하여 전착 된 종의 농도와 정체성을 결정합니다. 따라서 아말감은 수 은염처럼 재용 해됩니다.
응용
-양극 재용 해 전압 전류 법은 유체에 용해 된 금속의 농도를 결정하는 데 사용됩니다.
-특히 특정 분석 물을 검출하기 위해 전극을 수정 한 경우 산화 환원 또는 흡착 공정의 동역학을 연구 할 수 있습니다.
-이론적 기반은 바이오 센서 제조에 사용되었습니다. 이를 통해 생물학적 분자, 단백질, 지방, 당 등의 존재와 농도를 확인할 수 있습니다.
-마지막으로 반응 메커니즘에서 중개자의 참여를 감지합니다.
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