و القياس الفولطي هو أسلوب التحليل الكهربائي هو الذي يحدد المعلومات من مادة كيميائية أو تحليلها من التيارات الكهربائية التي يولدها تباين الأنواع المحتملة التطبيقية. أي أن الإمكانية المطبقة E (V) والوقت (t) هي المتغيرات المستقلة ؛ بينما التيار (أ) ، المتغير التابع.
يجب أن تكون الأنواع الكيميائية عادةً ذات نشاط كهربائي. ماذا تعني؟ وهذا يعني أنه يجب أن تفقد (تتأكسد) أو تكتسب (تقلل) الإلكترونات. لكي يبدأ التفاعل ، يجب أن يوفر القطب العامل الإمكانات الضرورية المحددة نظريًا بواسطة معادلة Nernst.
المصدر: بقلم Trina36 ، من ويكيميديا كومنز
يمكن رؤية مثال على الفولتميتر في الصورة أعلاه. القطب في الصورة مصنوع من ألياف الكربون ، وهو مغمور في وسط الذوبان. لا يتأكسد الدوبامين ، مكونًا مجموعتين من الكربونيل C = O (الجانب الأيمن من المعادلة الكيميائية) ما لم يتم تطبيق الجهد المناسب.
يتم تحقيق ذلك عن طريق مسح E بقيم مختلفة ، مقيدة بالعديد من العوامل مثل المحلول ، والأيونات الموجودة ، والقطب الكهربائي نفسه ، والدوبامين.
من خلال تغيير E بمرور الوقت ، يتم الحصول على رسمين بيانيين: الأول E vt (المثلث الأزرق) ، والثاني ، الاستجابة C مقابل t (الأصفر). أشكالها مميزة لتحديد الدوبامين في ظل ظروف التجربة.
ما هو الفولتميتر؟
تم تطوير Voltammetry بفضل اختراع تقنية الاستقطاب من قبل الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1922 ، ياروسلاف هيروفسكي. في ذلك ، يتم تجديد واستقطاب قطب قطرة الزئبق (EGM) باستمرار.
تم حل أوجه القصور التحليلية لهذه الطريقة في ذلك الوقت باستخدام وتصميم أقطاب ميكروية أخرى. تتنوع هذه بشكل كبير في المواد ، من الكربون والمعادن النبيلة والماس والبوليمرات ، في تصميمها ، والأقراص ، والأسطوانات ، والألواح ؛ وأيضًا بالطريقة التي يتفاعلون بها مع الحل: ثابت أو دوار.
تهدف كل هذه التفاصيل إلى تفضيل استقطاب القطب الذي يتسبب في انحلال التيار المسجل المعروف باسم الحد الحالي (i 1). هذا يتناسب مع تركيز التحليل ، ونصف القدرة E (E 1/2) للوصول إلى نصف التيار المذكور (i 1/2) هي خاصية مميزة للأنواع.
بعد ذلك ، من خلال تحديد قيم E 1/2 في المنحنى حيث يتم رسم التيار الذي تم الحصول عليه بتغير E ، والذي يسمى برنامج voltamperogram ، يمكن تحديد وجود تحليل. أي أن كل تحليل ، نظرًا لظروف التجربة ، سيكون له قيمته الخاصة البالغة E 1/2.
موجة فولتامترية
في الفولتميتر ، تعمل مع العديد من الرسوم البيانية. أولها هو منحنى E مقابل t ، والذي يسمح بمتابعة الفروق المحتملة المطبقة كدالة للوقت.
ولكن في الوقت نفسه ، تسجل الدائرة الكهربائية قيم C التي تنتجها المادة التحليلية بفقدان أو اكتساب الإلكترونات بالقرب من القطب.
نظرًا لأن القطب الكهربائي مستقطب ، يمكن أن ينتشر القليل من الحليلة من المحلول إليه. على سبيل المثال ، إذا كان القطب موجب الشحنة ، فإن الأنواع X - سوف تنجذب إليه وسيتم توجيهها نحوها بمجرد الجذب الكهروستاتيكي.
لكن X - لست وحدك: هناك أيونات أخرى موجودة في بيئتك. يمكن لبعض الكاتيونات M + أن تعترض طريق القطب الكهربائي عن طريق وضعه في "مجموعات" من الشحنات الموجبة ؛ وبالمثل، N - الأنيونات يمكن فخ حول القطب ومنع X - من الوصول إليه.
يتسبب مجموع هذه الظواهر الفيزيائية في فقد التيار ، ويلاحظ ذلك في منحنى C مقابل E وشكله مشابه لشكل S ، المسمى بالشكل السيني. يُعرف هذا المنحنى بالموجة الفولتميترية.
الأجهزة
المصدر: بقلم ستان جي كليماس ، من ويكيميديا كومنز
تختلف أدوات قياس الفولتميتر وفقًا للتحليل والمذيب ونوع القطب الكهربائي والتطبيق. لكن الغالبية العظمى منهم تستند إلى نظام يتكون من ثلاثة أقطاب: واحد عامل (1) ، وواحد مساعد (2) وواحد مرجعي (3).
القطب المرجعي الرئيسي المستخدم هو قطب كالوميل (ECS). هذا ، جنبًا إلى جنب مع القطب العامل ، يجعل من الممكن إنشاء فرق جهد ΔE ، حيث تظل إمكانات القطب المرجعي ثابتة أثناء القياسات.
من ناحية أخرى ، فإن القطب المساعد مسؤول عن التحكم في الشحنة التي تمر إلى القطب العامل ، من أجل إبقائها ضمن قيم E المقبولة. المتغير المستقل ، فرق الجهد المطبق ، هو المتغير الذي يتم الحصول عليه عن طريق إضافة إمكانات أقطاب العمل والمرجعية.
أنواع
المصدر: بواسطة domdomegg ، من ويكيميديا كومنز
تُظهر الصورة أعلاه مخطط E مقابل t ، والذي يُطلق عليه أيضًا شكل موجة محتمل لمقياس جهد الاجتياح الخطي.
يمكن ملاحظة أنه مع مرور الوقت ، تزداد الإمكانات. في المقابل ، يولد هذا المسح منحنى استجابة أو مخطط الفولتمبيروجي C مقابل E الذي سيكون شكله سيني. ستأتي نقطة حيث لن يكون هناك زيادة في التيار بغض النظر عن مقدار زيادة E.
يمكن الاستدلال على أنواع أخرى من قياس الجهد من هذا الرسم البياني. كيف؟ تعديل الموجة المحتملة E مقابل t عن طريق نبضات محتملة مفاجئة تتبع أنماطًا معينة. يرتبط كل نمط بنوع من قياس الجهد ، ويشتمل على نظريته الخاصة وظروفه التجريبية.
نبض الفولتميتر
في هذا النوع من قياس الجهد ، يمكن تحليل مخاليط من اثنين أو أكثر من التحليلات التي تكون قيمها E 1/2 قريبة جدًا من بعضها البعض. وهكذا، فإن تحليلها مع E 1/2 من 0.04V يمكن تحديدها في شركة أخرى مع E 1/2 من 0.05V. بينما في قياس الفولتميتر الخطي ، يجب أن يكون الفرق أكبر من 0.2 فولت.
لذلك ، هناك حساسية أعلى وحدود اكتشاف أقل ؛ وهذا يعني أنه يمكن تحديد المواد التحليلية بتركيزات منخفضة للغاية.
يمكن أن يكون لموجات الإمكانات أنماط تشبه الدرج وسلالم مائلة ومثلثات. يتوافق الأخير مع الفولتميتر الدوري (السيرة الذاتية لاختصارها باللغة الإنجليزية ، الصورة الأولى).
في السيرة الذاتية ، يتم تطبيق احتمال E في اتجاه واحد ، موجبًا أو سالبًا ، ثم عند قيمة معينة من E في الوقت t ، يتم تطبيق نفس الإمكانات مرة أخرى ولكن في الاتجاه المعاكس. عند دراسة الفولتامبرغرام المتولد ، يكشف الحد الأقصى عن وجود وسطاء في تفاعل كيميائي.
إعادة حل الفولتميتر
يمكن أن يكون هذا من النوع المصعد أو الكاثودي. وهو يتألف من الترسيب الكهربائي للحليلة على قطب كهربائي من الزئبق. إذا كان التحليل عبارة عن أيون معدني (مثل Cd 2+) ، فسيتشكل ملغم ؛ وإذا كان عبارة عن أنيون (مثل MoO 4 2–) ملح زئبقي غير قابل للذوبان.
بعد ذلك ، يتم تطبيق نبضات الجهد لتحديد تركيز وهوية الأنواع المترسبة بالكهرباء. وبالتالي ، يتم إعادة إذابة الملغم ، تمامًا مثل أملاح الزئبق.
التطبيقات
- يستخدم مقياس الجهد لإعادة الذوبان الأنودي لتحديد تركيز المعادن الذائبة في السائل.
- يسمح بدراسة حركية عمليات الأكسدة والاختزال ، خاصة عند تعديل الأقطاب الكهربائية للكشف عن مادة تحليلية معينة.
- تم استخدام قاعدتها النظرية لتصنيع أجهزة الاستشعار الحيوية. مع هذه ، يمكن تحديد وجود وتركيز الجزيئات البيولوجية والبروتينات والدهون والسكريات وما إلى ذلك.
- أخيرًا ، يكتشف مشاركة الوسطاء في آليات التفاعل.
المراجع
- ^ غونزاليس م. (22 نوفمبر 2010). الفولتميتر. تم الاسترجاع من: quimica.laguia2000.com
- جوميز بيدما ، س ، سوريا ، إي ، وفيفو ، إم. (2002). التحليل الكهروكيميائي. مجلة التشخيص البيولوجي، 51 (1) ، 18-27. تعافى من scielo.isciii.es
- الكيمياء والعلوم. (18 يوليو 2011). الفولتميتر. تم الاسترجاع من: laquimicaylaciencia.blogspot.com
- كيروجا أ. (16 فبراير 2017). قياس الفولتميتر الدوري. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
- صموئيل ب. (سادس). تقنيات الفولتميتر.. جامعة تافتس. تم الاسترجاع من: brown.edu
- اليوم R. & أندروود أ. الكيمياء التحليلية الكمية (الطبعة الخامسة). بيرسون برنتيس هول.