リニアスイープボルタンメトリー
分析化学において、線形掃引ボルタンメトリーは、作用電極と参照電極間の電位を時間的に線形に掃引しながら作用電極の電流を測定するボルタンメトリー法である。 [1] [2]種の酸化または還元は、種が酸化または還元され始める電位における電流信号のピークまたは谷として記録される。
実験方法
リニアスイープボルタンメトリーの実験セットアップでは、ポテンショスタットと 3 電極セットアップを使用して、溶液に電位を供給し、電流の変化を監視します。3 電極セットアップは、作用電極、補助電極、および参照電極で構成されます。ポテンショスタットは、3 電極セットアップを介して電位を供給します。電位Eは、作用電極を介して供給されます。電位対時間のグラフの傾きはスキャン速度と呼ばれ、mV/s から 1,000,000 V/s の範囲です。[3]作用電極は、酸化還元反応が発生する 電極の 1 つであり、この電極で発生するプロセスが監視されます。補助電極 (または対電極) は、作用電極で発生するプロセスと反対のプロセスが発生する電極です。この電極でのプロセスは監視されません。次の式は、作用電極の表面で発生する還元の例を示しています。E sは A の還元電位です（電解質と電極が標準状態にある場合、この電位は標準還元電位です）。EがE sに近づくと表面の電流が増加し、E = E sのとき、A の濃度は表面の酸化/還元された A の濃度に等しくなります（[A] = [A − ]）。[4]作用電極表面の分子が酸化/還元されると、表面から離れ、新しい分子が作用電極の表面と接触します。電極に出入りする電子の流れによって電流が発生します。電流は、電極と電解質の界面を介して電子が交換される速度を直接示す尺度です。この速度が、酸化種または還元種が電解質の大部分から電極表面に拡散できる速度よりも高くなると、電流はプラトーに達するか、ピークを示します。
作用電極の表面における分子Aの還元。
補助電極と参照電極は連携して作用電極によって加えられた電荷または除去された電荷を均衡させます。補助電極は作用電極と均衡させますが、どれだけの電位を加え、または除去する必要があるかを知るためには参照電極に依存します。参照電極には既知の還元電位があります。補助電極は参照電極を一定の還元電位に維持しようとしますが、そのためには作用電極と均衡させる必要があります。[5]
キャラクター設定
リニアスイープボルタンメトリーは、未知の化学種を同定し、溶液の濃度を決定することができます。E1/2は未知の化学種を同定するのに使用でき、限界電流の高さは濃度を決定するのに使用できます。電圧に対する電流変化の感度は、スキャン速度を上げることで向上します。1秒あたりの電位が高いほど、作用電極表面における化学種の酸化/還元反応が増加します。
バリエーション
可逆反応の場合、サイクリックボルタンメトリーは正反応と逆反応に関する情報を得るために使用できます。リニアスイープボルタンメトリーと同様に、サイクリックボルタンメトリーでは時間経過とともに直線的な電位を印加し、ある電位に達するとポテンショスタットが印加電位を反転させ、開始点までスイープバックします。サイクリックボルタンメトリーは、酸化反応と還元反応に関する情報を提供します。
アプリケーション
サイクリックボルタンメトリーは、リニアスイープボルタンメトリーが用いられるほとんどのケースに適用可能ですが、リニアスイープボルタンメトリーの方がより有用な場合もあります。反応が不可逆な場合、サイクリックボルタンメトリーではリニアスイープボルタンメトリーで得られるような追加データは得られません。[6]ある例では、[7]バイオカソードを介したメタン直接生成を調べるためにリニアスイープボルタンメトリーが用いられました。CO2からのメタン生成は不可逆反応であるため、サイクリックボルタンメトリーはリニアスイープボルタンメトリーに比べて明確な利点を示しませんでした。この研究グループは、バイオカソードが通常の炭素カソードよりも高い電流密度を生成し、水素ガスを必要とせずに直流電流からメタンを生成できることを発見しました。
参照
参考文献
- ^ ダグラス・A・スクーグ、F・ジェームズ・ホラー、スタンレー・R・クラウチ（2017年1月27日）『機器分析の原理』Cengage Learning. pp. 658–. ISBN 978-1-305-57721-3。
- ^ Nahir, Tal M.; Clark, Rose A.; Bowden, Edmond F. (2002). 「マーカス理論を用いた表面閉じ込め化学種における不可逆電子移動の線形スイープボルタンメトリー」.分析化学. 66 (15): 2595– 2598. doi :10.1021/ac00087a027. ISSN 0003-2700.
- ^ Tissue, Brian M.「リニアスイープボルタンメトリー」CHP . 2013年1月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「ボルタンメトリー」CHP . 2003年6月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Kounaves, Samuel P.ボルタンメトリー技術. 分析化学のための機器技術ハンドブック. pp. 709– 725.
- ^ 「Instrumentation, Pine Research. Linear Sweep Voltammetry」CHP . 2008年. 2017年5月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年12月5日閲覧。
- ^ Cheng, Shaoan; Xing, Defeng; Call, Douglas F; Logan, Bruce E. (2009). 「電気メタン生成による電流のメタンへの直接生物学的変換」Environ. Sci. Technol . 43 (10): 3953– 3958. Bibcode :2009EnST...43.3953C. doi :10.1021/es803531g. PMID 19544913.
