3.15: サイクリックボルタンメトリー (CV)

1. 電解質溶液の調製

1. 0.1 M [Bu₄N] から成る電解質貯蔵液 (10 mL) を準備 [BF₄] CH₃CN で。
2. 電解質溶液を電気化学のバイアルに、小さな攪拌棒を追加し、図 1に示すように、バイアルにキャップを置きます。
3. 窒素鉛が電解質溶液であることを確認します。かき混ぜるし、ドガの電解質溶液を酸化還元活性分子酸素を除去する乾燥の N₂ガス (~ 10 分) の穏やかな流れに。
4. 手順 1.3 の間に注意深く挿入作業電極 (ガラス状炭素など)、カウンター (Pt) および参照電極 (Ag/アグノ₃) テフロン セルの上端。携帯スタンドのリード線を適切な電極に接続します。

図 1。電気化学セルのセットアップ。

2. バック グラウンド ・ スキャンを取得

1. 溶媒の実験条件を定義します。アセトニ トリル、スキャン ウィンドウは通常 2,000 mV--2,000 mV。
2. 実行し、スキャン レート (例えば 20 mV/秒、100 mV/秒、または 300 mV/s) の範囲で電解質溶液の電位を保存します。
3. その結果、電解質溶液中に不純物がないことを確認するスキャンを確認するか、残りの酸素。クリーンなシステムには、酸化還元のイベントがありません。セットアップが汚染されている場合電極とガラスがきれいになる必要があります、電解質溶液は、きれいなコンポーネントを使用してリメイクします。

3. 試料溶液の調製

1. 試料を組み合わせる (2 ~ 5 mM、最終濃度) 上、電解質溶液と興味の。
2. 窒素鉛が電解質溶液であることを確認します。かき混ぜるし、ドガの検体/電解質溶液を酸化還元活性分子酸素を除去する乾燥の N₂ガス (~ 10 分) の穏やかな流れに。

4. 試料のサイクリックボルタンメトリー

1. 20 からスキャン レートで複数の繰返しボルタモ グラムの実験を行う mV-1,000 mV (携帯スタンド機能に依存)。潜在的な計算されたオープン回路を使用してそれぞれのスキャンを開始します。
2. スキャン方向を系統的に異なる [(+ to –)、(-に +)] と関心の酸化還元イベントを分離する「スキャン」ウィンドウ。ボルタモ グラムは常にゼロ電流 (開路) から開始する必要があります。フェロセン (Fc) は、ferrocenium (Fc⁺) に酸化反応を受けます。
3. 多くのグループは、Fc ・ Fc⁺のレドックスのカップルにデータを標準化します。この実習では Fc の ~ 2 mg は、試料溶液に追加され、目的を参照するためステップ 4.2 が繰り返されます。データ解析のすべてのスペクトルは 0.00 V に設定 Fc/Fc⁺のカップルに正規化されます。正規化された還元電位のテーブルは利用できる²です。

5. 電極と電気化学セルの洗浄

1. 慎重にアンクランプし、各電極を電解セルから削除します。
2. アセトニ トリルと参照電極をすすいで、キムワイプで乾燥します。参照電極のストレージ ソリューションに格納します。
3. 優しくきれいにメーカーからのガイドラインに従って作業とカウンター電極 (例えばバシ: http://www.basinc.com/mans/pguide.pdf) いくつかの実験中に蓄積する酸化還元反応生成物を削除します。

サイクリックボルタンメトリー(CV)は、分析対象物またはシステムの幅広い電気化学的特性を研究するために使用される手法です。

ボルタンメトリー実験は、電気化学システムに電位掃引を印加し、その結果生じる電流を測定することによって行われます。印加電位対電流の結果のプロットは、ボルタモグラムと呼ばれます。

サイクリックボルタンメトリーも同じように実行されますが、線形ポテンシャルスイープが設定値に達した後、反対方向にランプして初期ポテンシャルに戻る点が異なります。ボルタモグラムの形状、特にピークとピーク位置は、酸化還元や酸化還元電位など、分析対象物の特性に関する重要な洞察を提供します。

このビデオでは、実験室でのサイクリックボルタンメトリー実験のセットアップ、実行、および解釈の方法を示します。

サイクリックボルタンメトリーは、通常、3電極セルで行われます。まず、作用電極は、目的の反応が起こる場所です。作用電極は、多くの場合、金、プラチナ、カーボンなどの不活性材料でできています。

次に、対電極を使用してセル内の電流回路を閉じます。また、不活性材料、最も頻繁にはプラチナ線で構成されています。最後に、参照電極は、安定したよく知られた電位を備えているため、システムの参照点として使用されます。したがって、印加電位は参照電位に対して報告されます。

セルには分析物が含まれており、分析物は溶媒に溶解されています。溶媒は分析物と反応することはできず、目的のスキャンウィンドウ内で酸化還元活性になることもできません。ほとんどの実験では、溶液抵抗を最小限に抑えるために支持電解質が使用されます。電解質は、高いイオン強度と導電性を備えているため、多くの場合、塩溶液です。

3電極セルで電気化学試験を実行するには、作用電極と対電極の間に電流の流れが誘導されます。印加電位は、対極の分極を操作することによって制御されます。ただし、電位は作用電極と参照電極の既知の安定電位との間で測定されます。その後、電位は、作用電極と参照電極との間の指定された電位差を維持するように調整されます。

CV実験では、電位は「スイッチング」電位まで直線的に上昇し、その後、開始電位に逆転して「周期的」スイープを行います。潜在的な制限は、スキャンウィンドウと呼ばれます。結果として得られるボルタモグラムは、システム内の酸化還元イベントに対応する特徴を示しています。

単一電子酸化還元イベントの場合、順電位掃引により陰極ピークが得られます。この「陰極電位」では、分析対象物が減少し、電子が得られます。リバーススイープにより陽極ピークが発生し、酸化が発生します。この「陽極ピークポテンシャル」では、フォワードスイープで形成された生成物から電子が剥ぎ取られます。これらのピークの形状は、分析種の濃度、スキャン速度、および実験条件に大きく依存します。

サイクリックボルタンメトリーの基本が説明されたので、実験室でCVスキャンを実行する方法を見てみましょう。

手順を開始するには、10 mLの電解質ストック溶液を準備します。.電解質溶液を電気化学セルに加えます。小さな攪拌棒を追加し、セルを攪拌板に置き、蓋をします。

窒素ガスの穏やかな流れで溶液を攪拌し、脱気します。これにより、酸化還元活性である酸素が除去されます。使用前に、参照電極を溶剤ですすぎ、キムワイプで乾かしてください。次に、メーカーのガイドラインに従って、作業電極と対電極を優しく清掃します。

溶液が脱気されている間に、3つの電極をテフロンセルの上部に挿入します。電極をセットアップの適切なリード線に接続します。

バックグラウンドスキャンを取得して、溶液がスキャンウィンドウの範囲で電気化学的に活性でないことを確認します。結果のスキャンから、不純物や酸素が残っていないことを確認します。酸化還元イベントが存在する場合は、電極とガラス器具を洗浄し、溶液を作り直します。

目的の分析物を電解質溶液と組み合わせます。乾燥した窒素流で溶液を攪拌して脱気し、酸素を除去します。システムの機能に応じて、複数のスキャンレートで複数のサイクリックボルタモグラム実験を実行します。各スキャンは、電流が流れない値である開回路電位から開始します。

スキャンウィンドウを系統的に変化させて、関心のある酸化還元イベントを分離します。スキャンの方向を変更して、イベントに影響を与えないようにします。この手順は、複数のスキャン速度で実行します。すべてのスキャンが収集されたら、各電極のクランプを解除してセルから取り外します。参照電極をすすぎ、キムワイプで乾かします。電極保存液に保管してください。保管する前に、作業電極と対電極を静かに清掃し、電極セルをすすぎます。

得られたサイクリックボルタモグラムを解析し、各実験装置における還元イベントと酸化イベントの両方の電位データと電流データを記録します。

CVは、酸化還元反応が可逆的か不可逆的かを判断するために使用できます。可逆系では、還元と酸化の両方が起こり、それぞれのピークが生成されます。さらに、陰極電流と陽極電流の比は約1である必要があります。最後に、可逆的なシステムでは、平均ピーク電位は電位スキャンレートの影響を受けません。

不可逆的なシステムでは、逆方向のピークはありません。また、ピーク電流はスキャンレートの平方根に比例する必要があります。

電気活性種を使用する多くの研究分野では、CV実験の恩恵を受けています。

ドーパミンは、薬物乱用、精神疾患、変性疾患の重要性で知られる、長い間研究されてきた神経伝達物質です。ドーパミンの放出をリアルタイムで調べる能力は、神経科学の目標でした。この例では、脳内のドーパミンの酸化をCVを使用して微小電極で測定し、さまざまな薬理学的薬剤を脳の関心領域に適用して、ドーパミン放出への影響をテストしました。

神経記録補綴物の能力は、移植後時間とともに低下します。この例では、CVを使用してインプラントの有効性を監視しました。

電極の材質と粗さ、および周囲の組織が曲線の形状に影響を与えました。曲線の面積によって決定される高い電荷運搬能力は、セットアップが適切に機能していることを示しました。インプラントを若返らせるために、短い電圧パルスが使用されました。

微生物の生体電気化学システムは、バイオレメディエーションなどの応用により、成長している研究分野です。

特定の細菌は、特にバイオフィルムと呼ばれる表面上の層に組み立てられると、電気化学的に活性です。これらの細胞をバイオリアクターで増殖させ、電気化学的に制御しました。バイオリアクターで細胞が増殖すると、サイクリックボルタンメトリーを使用して細胞が生成する電流を監視し、反応物がいつ枯渇したかを決定しました。

JoVEのサイクリックボルタンメトリーの紹介を見ました。これで、CVスキャンの実行方法と解釈方法を理解できたはずです。

ご覧いただきありがとうございます。