Zyklischer Voltammetrie (CV)

Analytical Chemistry

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Overview

Quelle: Labor Dr. Kayla grün – Texas Christian University

Eine zyklischer Voltammetrie (CV) Experiment beinhaltet den Scan von einer Reihe von möglichen Spannungen während der Messung aktuelle. Das CV-Experiment wird das Potenzial einer eingetaucht, stationären Elektrode aus einem vorgegebenen Anfang Potential bis zu einem Endwert untersucht (genannt die Umschaltung potenzielle) und dann ergibt sich die reverse-Scan. Dadurch einen "zyklischen" Sweep von Potentialen und die aktuelle vs. potenzielle Kurve abgeleitet aus den Daten wird eine zyklische Voltammogram genannt. Der erste Schwung heißt "vorwärts-Scan" und die Rückkehr Welle nennt man "reverse-Scan". Die möglichen extremen sind das "Scanfenster" bezeichnet. Das Ausmaß der Reduktion und Oxidation Strömungen und die Form der Voltammograms sind stark abhängig von der Konzentration des Analyten, Abtastraten und experimentellen Bedingungen. Durch diese Faktoren variieren, kann zyklische Voltammetrie Informationen über die Stabilität von Übergangsmetall Oxidationsstufe in komplexierter Form, Reversibilität der Elektronen Transferreaktionen und Informationen bezüglich Reaktivität ergeben. Dieses Video erklärt das Basis-Setup für eine zyklische Voltammetrie Experiment einschließlich Analyten Vorbereitung und Einrichtung der elektrochemischen Zelle. Eine einfache zyklische Voltammetrie Experiment werden vorgestellt.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der analytischen Chemie. Zyklischer Voltammetrie (CV). JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

In eine Experiment zyklischer Voltammetrie das Potential zwischen der Referenzelektrode und Arbeitselektrode erhöht sich linear mit der Zeit (Scan-Rate (V/s)). Begleitend wird der Strom gemessen, zwischen Arbeits- und Zähler (oder AUX) Elektrode was zu Daten, die als Strom (i) geplottet werden vs. Potenzial (E). Reduktion und Oxidation Ereignisse beobachtet und in den daraus resultierenden Parzellen zugewiesen. Reduzierung der Ereignisse bei Analyt spezifischen möglichen Spannungen wo die Reaktion M+ n + e → M+ n-1 (M = Metall) ist energetisch begünstigt (bekannt als Reduktionspotenzial) und durch eine Erhöhung der aktuellen Werte gemessen. Der Strom wird mit zunehmender Spannung Potenzial erreicht das Potential zur Reduzierung des Analyten, aber dann fällt ab, da der Höchstsatz der Stoffaustausch erreicht wurde. Der Strom sinkt nur auf um Gleichgewicht bei einem stetigen Wert zu erreichen. Oxidationsreaktionen (M+ n → M+ n + 1 + e) lässt sich auch beobachten als eine Abnahme der Stromwerte an Potenziale, die den Verlust der seine energetisch zu begünstigen.

Die sich daraus ergebenden Voltammograms werden dann analysiert und das Potential (Ep) und aktuelle (Ichp) Daten für Reduktion und Oxidation Veranstaltungen unter jedem Setup Versuchsbedingungen festgestellt. Diese Informationen kann genutzt werden, um die Reversibilität der gekoppelten Reduktion und Oxidation Veranstaltungen zu bewerten. Wie bereits erwähnt Spitze Potentiale (EPa und Epc) und die Spitzenströme (ichpc und ichPa) sind die grundlegenden Parameter verwendet, um eine Redox-paar oder ein Ereignis zu charakterisieren. Während eine reversible Redox-Prozess sind die oxidierten und reduzierten Formen einer Verbindung an der Elektrodenoberfläche im Gleichgewicht. Die Nernst-Gleichung beschreibt die Beziehung zwischen Potential und das Gleichgewicht-Verhältnis ([R] / [O])X = 0.

(1)

Wo nennt man das formale Potenzial der Reaktion und die Tätigkeit Koeffizienten und andere experimentelle Faktoren berücksichtigt.

Insbesondere ist der Spitzenstrom von eine reversible Reaktion gegeben durch:

(2)

wo ichp ist Peak Strom in Ampere, n ist die Anzahl der beteiligten Elektronen, A ist die Fläche der Elektrode in cm2, Do ist die Diffusion-Konstante (cm2/s), V ist die Abtastrate (V/s) und Co* ist die größte Konzentration (Mol/cm3). Die konstante Diffusion mit umfangreicher Experimente ausführlich an anderer Stelle gemessen werden und stehen nicht im Mittelpunkt dieses video1. Jedoch können mehr grundlegende Richtlinien für die Bewertung der Reversibilität von System1verwendet werden. Kriterien für eine völlig reversibel System1:

  1. bei verschiedenen Scan Rate n = Anzahl der Elektronen
  2. bei verschiedenen scan-Preise
  3. | ichPa/ichpc| = 1 bei verschiedenen scan-Preise
  4. Ep ist unabhängig von V V = Scan-Rate
  5. auf Potenziale jenseits Ep ich-2 t

Einfache diagnostische Tests für die Definition einer völlig unumkehrbar System bei 25 ° C sind:

  1. Keine umgekehrte Spitze (Dies bezieht sich chemische Irreversibilität, aber nicht unbedingt Electron Transfer Irreversibilität)
  2. Epc verschiebt für jedes Jahrzehnt zu erhöhen, in V (elektrochemische Irreversibilität)

Schließlich sind diagnostische Tests für die Definition einer quasi-reversibel-System:

  1. Epc verschiebt sich mit zunehmender v negativ

Die Position der Reduktion bzw. Oxidation Ereignisse kann verwendet werden, um Informationen über die elektronische Natur der Übergang Metall komplexe und die Auswirkungen auf die Liganden als Spender abgeleitet. Zum Beispiel die Fe+ 3 / + 2 Reduktionspotenzial von Ferrocen-Derivate ist sehr empfindlich gegenüber der elektronischen Umgebung von eingestellten Cyclopentadienyl (Cp) Liganden zur Verfügung gestellt. Elektron Spenden (zurückziehen) Cp-Substituenten erhöhen (Abnahme) der Elektron-Dichte auf der Eisen-Mitte und das Redoxpotential zu negativen (positiven) Werte im Vergleich zu Fc zu verlagern.

In diesem Protokoll wird Ferrocen als Beispiel verwendet werden. Experimentelle Bedingungen wie z. B. Lösungsmittel, Elektrolyt-Wahl und den Potentialbereich studierte (Scan-Fenster) sind weitgehend von Analyten Löslichkeit und experimentellen Bedingungen diktiert. Benutzer werden ermutigt, die relevanten Texte z. B. Barde und Faulkner1 um mehr zu erfahren.

Procedure

1. Vorbereitung der Elektrolyt-Lösung

  1. Bereiten Sie eine Elektrolyt-Stammlösung (10 mL) bestehend aus 0,1 M [Bu4N] [BF4] CH3CN.
  2. Platzieren Sie der Elektrolyt-Lösung in der elektrochemischen Durchstechflasche zu, fügen Sie eine kleine Stir Bar und setzen Sie die Kappe auf das Fläschchen, wie in Abbildung 1dargestellt.
  3. Stellen Sie sicher, dass der Stickstoff in die Elektrolytlösung ist. Umrühren und Entgasen der Elektrolyt-Lösung mit einem sanften Strom von N2 Trockengas (~ 10 min), Redox-aktivem molekularen Sauerstoff zu entfernen.
  4. Während Schritt 1.3 legen Sie die Arbeitselektrode (z.B. glassy Carbon), Zähler (Pt) und Referenzelektroden (Ag/AgNO3) in die Teflon-Zelle-Top. Schließen Sie die Zelle Stand Leitungen an die entsprechenden Elektrode.

Figure 1
Abbildung 1. Einrichtung einer elektrochemischen Zelle.

2. erhalten einen Hintergrund-Scan

  1. Definieren Sie die experimentellen Bedingungen für das Lösungsmittel. Für Acetonitril, das Scanfenster ist in der Regel +2,000 mV – -2.000 mV.
  2. Führen und Voltammograms der Elektrolyt-Lösung bei einer Reihe von Abtastraten (z.B. 20 mV/s, 100 mV/s bzw. 300 mV/s) speichern.
  3. Überprüfen Sie die resultierenden Scan, um sicherzustellen, dass keine Verunreinigungen in die Elektrolytlösung oder verbleibenden Sie Sauerstoff. Ein sauberes System haben keine Redox-Veranstaltungen. Wenn das Setup verunreinigt ist, die Elektroden und Glaswaren müssen gereinigt werden und die Elektrolytlösung remade saubere Bauteile verwenden.

3. Vorbereitung des Analyten Lösung

  1. Kombinieren Sie den Analyten (~ 2-5 mM, Endkonzentration) von Interesse mit der Elektrolytlösung oben vorbereitet.
  2. Stellen Sie sicher, dass der Stickstoff in die Elektrolytlösung ist. Umrühren und Entgasen der Analyt/Elektrolyt-Lösung mit einem sanften Strom von N2 Trockengas (~ 10 min), Redox-aktivem molekularen Sauerstoff zu entfernen.

4. zyklische Voltammetrie des Analyten

  1. Führen Sie mehrere zyklische Voltammogram Experimente mit Scan-Rate von 20 mV – 1.000 mV (abhängig von der Zelle Stand Fähigkeiten). Beginnen Sie jeder Scan mit der berechneten offenen Schaltkreis potenzielle.
  2. Methodisch variieren die Scan-Richtung [(+ to –) und (– +)] und Scan-Fenster, Redox-Veranstaltungen von Interesse zu isolieren. Die Voltammogram sollten immer von Null Strom (offener Stromkreis) beginnen. Ferrocen (Fc) erfährt eine Oxidationsreaktion zu Ferrocenium (Fc+).
  3. Viele Gruppen standardisieren Daten des Fc/Fc+ -Redox-Paares. In dieser Übung ~ 2 mg des Fc werden hinzugefügt, um die Lösung des Analyten und Schritt 4.2 wird für die Referenzierung Zwecke wiederholt. Bei der Datenanalyse werden alle Spektren der Fc/Fc+ paar auf 0.00 V gesetzt normalisiert. Eine Tabelle des normalisierten Minderungspotenzials ist vorhanden2.

5. Reinigung der Elektroden und die elektrochemische Zelle

  1. Sorgfältig muss und jede Elektrode aus der elektrochemischen Zelle zu entfernen.
  2. Die Bezugselektrode mit Acetonitril spülen und trocknen mit einem Wischtuch. Referenz-Elektrode-Storage-Lösung zu speichern.
  3. SANFT reinigen die Arbeits- und Ablagefläche Elektrode nach Vorgaben von Herstellern (z.B. BASi: http://www.basinc.com/mans/pguide.pdf), die Redox-Reaktionsprodukte zu entfernen, die bei einigen Experimenten anfallen.

Zyklischer Voltammetrie oder CV, ist eine Technik verwendet, um eine Vielzahl von elektrochemischen Eigenschaften eines Analyten oder Systems zu studieren.

Voltammetrie Experimente werden durch die Anwendung eines möglichen Sweeps zu einem elektrochemischen System, und dann daraus resultierenden Strommessung durchgeführt. Die daraus resultierende Handlung des angewandten Potenzial vs. Strom nennt man eine Voltammogram.

Zyklischer Voltammetrie wird genauso ausgeführt, außer, dass nach ein linearen potenzielle Sweep den eingestellten Wert erreicht, dann in die entgegengesetzte Richtung wieder auf das ursprüngliche Potential hochgefahren ist. Die Form des Voltammogram, speziell die Gipfel und Höhepunkt Standorten bietet wichtige Einblicke in die Eigenschaften des Analyten, z. B. Oxidations-Reduktions oder Redox-Potentiale.

Dieses Video demonstriert, wie setup, ausführen und zyklischer Voltammetrie Experimente im Labor zu interpretieren.

Zyklischer Voltammetrie erfolgt in der Regel in einer drei-Elektroden-Zelle. Erstens ist die Arbeitselektrode, wo die Reaktion des Interesses stattfindet. Arbeiten Elektroden bestehen oft aus inerten Materialien wie Gold, Platin oder Carbon.

Als nächstes wird die Gegenelektrode zum Schließen des Stromkreises in der Zelle. Es besteht auch aus inerten Materialien, am häufigsten ein Platindraht. Zu guter Letzt ist die Bezugselektrode als Bezugspunkt für das System verwendet, da es einen stabilen und bekannten Potenzial hat. So ist das angewandte Potenzial gegenüber dem Bezugspotenzial berichtet.

Die Zelle enthält die Analyten, welches in einem Lösungsmittel gelöst ist. Das Lösungsmittel kann nicht mit den Analyten reagieren und darf Redox innerhalb der gewünschten Scan-Fenster aktiv. In den meisten Experimenten wird eine unterstützende Elektrolyt zur Lösung Widerstand zu minimieren. Der Elektrolyt ist oft eine Salzlösung, da es eine hohe Ionenstärke und Leitfähigkeit.

Um eine elektrochemische Testlauf in einer drei-Elektroden-Zelle wird Stromfluss zwischen den Elektroden Arbeits- und Ablagefläche induziert. Angewandte Potenzial wird gesteuert durch die Manipulation der Polarisation der Gegenelektrode. Jedoch ist das Potential zwischen der Arbeitselektrode und dem bekannten stabilen Potenzial der Bezugselektrode gemessen. Das Potenzial ist nachträglich angepasst, um eine angegebene Potentialdifferenz zwischen den Arbeits- und Referenz Elektroden beizubehalten.

In einem CV-Experiment das Potential ist linear, das "umschalten" Potenzial hochgefahren und ist dann zurück zum Ausgangspunkt Potenzial, wodurch einen "zyklischen" Sweep umgekehrt. Die möglichen Grenzen sind das Scanfenster bezeichnet. Die daraus resultierende Voltammogram zeigt Funktionen entsprechend Redox Ereignisse im System.

Für ein einzelnes Elektron-Redox-Ereignis führt vorwärts möglichen Sweeps in einer kathodischen Spitze. Auf dieser "kathodischen Höhepunkt potenzielle" wird der Analyt reduziert, was bedeutet, dass Elektronen gewonnen werden. Die reverse Sweep verursacht eine anodische Peak, wo Oxidation auftritt. In diesem "anodische Spitze potenzielle" werden Elektronen aus den Produkten gebildet in der forward Sweep entfernt. Die Formen dieser Gipfel sind stark abhängig von der Konzentration des Analyten, Scan-Rate und experimentellen Bedingungen.

Jetzt, da die Grundlagen der zyklische Voltammetrie erläutert haben, werfen Sie einen Blick an, wie man einen CV-Scan im Labor.

Um den Vorgang zu starten, bereiten Sie eine Elektrolyt-Stammlösung 10 mL. Eine elektrochemische Zelle die Elektrolyt-Lösung hinzufügen. Eine kleine Stir Bar hinzufügen, legen Sie die Zelle auf einem Teller rühren und cap sie.

Umrühren und die Lösung mit einem sanften Strom von Stickstoffgas entgasen. Dies entfernt Sauerstoff, Redox aktiv ist. Vor Gebrauch die Bezugselektrode mit dem Lösungsmittel spülen und trocknen mit einem Wischtuch. Reinigen Sie dann sanft die Arbeits- und Ablagefläche Elektroden nach den Richtlinien der Hersteller.

Während die Lösung Entgasung ist, stecken Sie die drei Elektroden in Teflon Zelle oben. Schließen Sie die Elektroden an die entsprechenden Leitungen des Setups.

Erhalten Sie einen Hintergrund-Scan, um sicherzustellen, dass die Lösung nicht über den Bereich des Fensters Scan elektrochemisch aktiv ist. Sicherzustellen Sie aus dem daraus resultierenden Scan, dass keine Verunreinigungen oder verbleibenden Sauerstoff. Wenn Redox Ereignisse vorhanden sind, reinigen Sie die Elektroden und Glaswaren und erneuern Sie die Lösung zu.

Kombinieren Sie den Analyten von Interesse mit der Elektrolytlösung. Umrühren Sie und entgasen Sie die Lösung mit einem trockenem Stickstoff, Sauerstoff zu entfernen. Führen Sie mehrere zyklische Voltammogram Experimente an mehrere Scan-Preise, abhängig von den Systemfähigkeiten. Beginnen Sie jeden Scan auf dem open Circuit Potenzial, den Wert, wo kein Strom fließt.

Methodisch variieren Sie das Scanfenster um Redox Ereignisse von Interesse zu isolieren. Variieren Sie die Scan-Richtung um sicherzustellen, dass es nicht die Ereignisse beeinflusst. Führen Sie diesen Schritt mit mehreren Scangeschwindigkeiten. Sobald alle Scans gesammelt wurden, Zykluszeit und jede Elektrode aus der Zelle zu entfernen. Die Bezugselektrode spülen und trocknen mit einem Kim-abwischen. Speichern Sie es in der Elektrode-Storage-Lösung. Vorsichtig die Arbeits- und Ablagefläche Elektroden vor der Lagerung reinigen und Spülen der Elektrode-Zelle.

Die daraus resultierenden zyklischen Voltammograms analysiert und die potentiellen und aktuellen Daten für Reduktion und Oxidation Veranstaltungen unter jeder Versuchsaufbau zeichnen.

CV kann verwendet werden, um festzustellen ob die Redox-Reaktionen reversibel oder irreversibel sind. In einem reversiblen System Auftritt Reduktion und Oxidation, Herstellung von jeweiligen Gipfeln. Darüber hinaus sollte das Verhältnis des kathodischen anodische Strom ca. 1. Schließlich in einem reversiblen System ist der mittlere Gipfel potenzielle unbeeinflusst von den potenziellen Scan-Rate.

In einem irreversiblen System gibt es keine umgekehrte Spitze. Der Spitzenstrom sollten auch proportional zur Quadratwurzel der Scan-Rate.

Viele Studienrichtungen, dass CV Experimente Gebrauch elektroaktive Spezies zugute.

Dopamin ist ein Neurotransmitter, lange studiert, bekannt für seine Bedeutung Drogenmissbrauch, psychiatrische Erkrankungen und degenerativen Erkrankungen. Die Fähigkeit, die Freisetzung von Dopamin in Echtzeit zu untersuchen ist ein Ziel für Neurowissenschaften gewesen. In diesem Beispiel ist die Oxidation von Dopamin im Gehirn gemessen mit Mikroelektroden, CV mit verschiedenen pharmakologische Wirkstoffen wurden in der Region des Gehirns von Interesse, ihre Auswirkungen auf die Dopamin-Freisetzung zu testen angewendet.

Die Fähigkeit des neuronalen Aufnahme Prothetik sinkt mit der Zeit nach der Implantation. In diesem Beispiel wurde die CV zur Überwachung der Wirksamkeit des Implantats.

Das Elektrodenmaterial und Rauheit sowie umliegende Gewebe beeinflusst die Form der Kurve. Eine hohe Tragfähigkeit, bestimmt durch die Fläche der Kurve, eine gut funktionierende Setup angegeben Ein kurzer Spannungsimpuls wurde verwendet, um das Implantat zu verjüngen.

Mikrobielle Bioelectrochemical Systeme sind eine wachsende Fachrichtung mit Anwendungen wie Bioremediation.

Bestimmte Bakterien sind elektrochemisch aktiv, vor allem, wenn sie auf eine Oberfläche, die so genannte Biofilme in Schichten zusammengesetzt sind. Diese Zellen wurden in einem Bioreaktor angebaut und elektrochemisch kontrolliert. Als die Zellen im Bioreaktor wurde, diente zyklischer Voltammetrie überwachen, den von den Zellen erzeugten Strom dadurch bestimmen, wann der Edukte erschöpft waren.

Sie habe nur Jupiters Einführung in zyklischer Voltammetrie beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie Sie ausführen und einen CV-Scan zu interpretieren.

Danke fürs Zuschauen!

Results

Ein CV-Scan von Ferrocen bei 300 mV/s in Acetonitril wurde durchgeführt und die entsprechenden Voltammogram ist in Abbildung 2dargestellt.

Die ΔE kann aus den Daten in Abbildung 2 auf Basis der Differenz zwischen EPa und Epcabgeleitet werden.

Die zyklischen Voltammograms in Abbildung 3 überlagert darstellen aufeinander folgenden Experimenten auf dem gleichen System an verschiedenen Abtastraten. Wie in oben erwähnt eine lineare Handlung ichp vs. V1/2 (kleines Foto in Abbildung 3) zeigt, dass die Reaktion wird Diffusion gesteuert.

Die Position des E1/2 oder Redox (EPa oder E-pc) kann verwendet werden, um die Auswirkungen zu bestimmen, die Liganden auf die Redox-aktiven Metallzentrum bietet die elektrochemische Reaktion hat. Abbildung 4 zeigt eine Reihe von Ferrocen-basierte Kongenere mit unterschiedlichem Substitutionen auf dem Cp-Ring. Wie in Abbildung 5dargestellt, ergibt sich das Elektron Aberkennung Halogenid in der E-1/2 -Wert dieses Komplexes zu positiveren Potentialen verschoben werden, weil die oxidierte Form durch das Elektron Aberkennung der Liganden destabilisiert wird. Das Elektron Spenden Methylgruppen von zusammengesetzten C Ergebnis in der E-1/2 um zu verschieben um mehr negative Potentiale wie der oxidierten Spezies stabilisiert wird.

Figure 2
Abbildung 2: Ein CV-Scan von Ferrocen bei 150 mV/s in Acetonitril. Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3. Eine Kobalt-haltige Verbindung, die Anlass zu einer Verringerung der Veranstaltung. Der Ausschnitt zeigt eine lineare Korrelation zwischen ip und V1/2. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4. Eine Reihe von Ferrocen-basierte Verbindungen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5. Die daraus resultierenden zyklischen Voltammograms A-c (Abbildung 4) zeigen eine deutliche Verlagerung in E1/2 aufgrund der elektronischen Liganden Effekte angeschlossen an das Metallzentrum. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

References

  1. Bard, A. J., Faulkner, L. A. Electrochemical methods: Fundamentals and Applications. 2nd ed. New York: Wiley; 833 p. (2001).
  2. Geiger, W. E., Connelly, N. G. Chemical Redox Agents for Organometallic Chemistry. Chem Rev. 96 (2), 877-910, (1996).

1. Vorbereitung der Elektrolyt-Lösung

  1. Bereiten Sie eine Elektrolyt-Stammlösung (10 mL) bestehend aus 0,1 M [Bu4N] [BF4] CH3CN.
  2. Platzieren Sie der Elektrolyt-Lösung in der elektrochemischen Durchstechflasche zu, fügen Sie eine kleine Stir Bar und setzen Sie die Kappe auf das Fläschchen, wie in Abbildung 1dargestellt.
  3. Stellen Sie sicher, dass der Stickstoff in die Elektrolytlösung ist. Umrühren und Entgasen der Elektrolyt-Lösung mit einem sanften Strom von N2 Trockengas (~ 10 min), Redox-aktivem molekularen Sauerstoff zu entfernen.
  4. Während Schritt 1.3 legen Sie die Arbeitselektrode (z.B. glassy Carbon), Zähler (Pt) und Referenzelektroden (Ag/AgNO3) in die Teflon-Zelle-Top. Schließen Sie die Zelle Stand Leitungen an die entsprechenden Elektrode.

Figure 1
Abbildung 1. Einrichtung einer elektrochemischen Zelle.

2. erhalten einen Hintergrund-Scan

  1. Definieren Sie die experimentellen Bedingungen für das Lösungsmittel. Für Acetonitril, das Scanfenster ist in der Regel +2,000 mV – -2.000 mV.
  2. Führen und Voltammograms der Elektrolyt-Lösung bei einer Reihe von Abtastraten (z.B. 20 mV/s, 100 mV/s bzw. 300 mV/s) speichern.
  3. Überprüfen Sie die resultierenden Scan, um sicherzustellen, dass keine Verunreinigungen in die Elektrolytlösung oder verbleibenden Sie Sauerstoff. Ein sauberes System haben keine Redox-Veranstaltungen. Wenn das Setup verunreinigt ist, die Elektroden und Glaswaren müssen gereinigt werden und die Elektrolytlösung remade saubere Bauteile verwenden.

3. Vorbereitung des Analyten Lösung

  1. Kombinieren Sie den Analyten (~ 2-5 mM, Endkonzentration) von Interesse mit der Elektrolytlösung oben vorbereitet.
  2. Stellen Sie sicher, dass der Stickstoff in die Elektrolytlösung ist. Umrühren und Entgasen der Analyt/Elektrolyt-Lösung mit einem sanften Strom von N2 Trockengas (~ 10 min), Redox-aktivem molekularen Sauerstoff zu entfernen.

4. zyklische Voltammetrie des Analyten

  1. Führen Sie mehrere zyklische Voltammogram Experimente mit Scan-Rate von 20 mV – 1.000 mV (abhängig von der Zelle Stand Fähigkeiten). Beginnen Sie jeder Scan mit der berechneten offenen Schaltkreis potenzielle.
  2. Methodisch variieren die Scan-Richtung [(+ to –) und (– +)] und Scan-Fenster, Redox-Veranstaltungen von Interesse zu isolieren. Die Voltammogram sollten immer von Null Strom (offener Stromkreis) beginnen. Ferrocen (Fc) erfährt eine Oxidationsreaktion zu Ferrocenium (Fc+).
  3. Viele Gruppen standardisieren Daten des Fc/Fc+ -Redox-Paares. In dieser Übung ~ 2 mg des Fc werden hinzugefügt, um die Lösung des Analyten und Schritt 4.2 wird für die Referenzierung Zwecke wiederholt. Bei der Datenanalyse werden alle Spektren der Fc/Fc+ paar auf 0.00 V gesetzt normalisiert. Eine Tabelle des normalisierten Minderungspotenzials ist vorhanden2.

5. Reinigung der Elektroden und die elektrochemische Zelle

  1. Sorgfältig muss und jede Elektrode aus der elektrochemischen Zelle zu entfernen.
  2. Die Bezugselektrode mit Acetonitril spülen und trocknen mit einem Wischtuch. Referenz-Elektrode-Storage-Lösung zu speichern.
  3. SANFT reinigen die Arbeits- und Ablagefläche Elektrode nach Vorgaben von Herstellern (z.B. BASi: http://www.basinc.com/mans/pguide.pdf), die Redox-Reaktionsprodukte zu entfernen, die bei einigen Experimenten anfallen.

Zyklischer Voltammetrie oder CV, ist eine Technik verwendet, um eine Vielzahl von elektrochemischen Eigenschaften eines Analyten oder Systems zu studieren.

Voltammetrie Experimente werden durch die Anwendung eines möglichen Sweeps zu einem elektrochemischen System, und dann daraus resultierenden Strommessung durchgeführt. Die daraus resultierende Handlung des angewandten Potenzial vs. Strom nennt man eine Voltammogram.

Zyklischer Voltammetrie wird genauso ausgeführt, außer, dass nach ein linearen potenzielle Sweep den eingestellten Wert erreicht, dann in die entgegengesetzte Richtung wieder auf das ursprüngliche Potential hochgefahren ist. Die Form des Voltammogram, speziell die Gipfel und Höhepunkt Standorten bietet wichtige Einblicke in die Eigenschaften des Analyten, z. B. Oxidations-Reduktions oder Redox-Potentiale.

Dieses Video demonstriert, wie setup, ausführen und zyklischer Voltammetrie Experimente im Labor zu interpretieren.

Zyklischer Voltammetrie erfolgt in der Regel in einer drei-Elektroden-Zelle. Erstens ist die Arbeitselektrode, wo die Reaktion des Interesses stattfindet. Arbeiten Elektroden bestehen oft aus inerten Materialien wie Gold, Platin oder Carbon.

Als nächstes wird die Gegenelektrode zum Schließen des Stromkreises in der Zelle. Es besteht auch aus inerten Materialien, am häufigsten ein Platindraht. Zu guter Letzt ist die Bezugselektrode als Bezugspunkt für das System verwendet, da es einen stabilen und bekannten Potenzial hat. So ist das angewandte Potenzial gegenüber dem Bezugspotenzial berichtet.

Die Zelle enthält die Analyten, welches in einem Lösungsmittel gelöst ist. Das Lösungsmittel kann nicht mit den Analyten reagieren und darf Redox innerhalb der gewünschten Scan-Fenster aktiv. In den meisten Experimenten wird eine unterstützende Elektrolyt zur Lösung Widerstand zu minimieren. Der Elektrolyt ist oft eine Salzlösung, da es eine hohe Ionenstärke und Leitfähigkeit.

Um eine elektrochemische Testlauf in einer drei-Elektroden-Zelle wird Stromfluss zwischen den Elektroden Arbeits- und Ablagefläche induziert. Angewandte Potenzial wird gesteuert durch die Manipulation der Polarisation der Gegenelektrode. Jedoch ist das Potential zwischen der Arbeitselektrode und dem bekannten stabilen Potenzial der Bezugselektrode gemessen. Das Potenzial ist nachträglich angepasst, um eine angegebene Potentialdifferenz zwischen den Arbeits- und Referenz Elektroden beizubehalten.

In einem CV-Experiment das Potential ist linear, das "umschalten" Potenzial hochgefahren und ist dann zurück zum Ausgangspunkt Potenzial, wodurch einen "zyklischen" Sweep umgekehrt. Die möglichen Grenzen sind das Scanfenster bezeichnet. Die daraus resultierende Voltammogram zeigt Funktionen entsprechend Redox Ereignisse im System.

Für ein einzelnes Elektron-Redox-Ereignis führt vorwärts möglichen Sweeps in einer kathodischen Spitze. Auf dieser "kathodischen Höhepunkt potenzielle" wird der Analyt reduziert, was bedeutet, dass Elektronen gewonnen werden. Die reverse Sweep verursacht eine anodische Peak, wo Oxidation auftritt. In diesem "anodische Spitze potenzielle" werden Elektronen aus den Produkten gebildet in der forward Sweep entfernt. Die Formen dieser Gipfel sind stark abhängig von der Konzentration des Analyten, Scan-Rate und experimentellen Bedingungen.

Jetzt, da die Grundlagen der zyklische Voltammetrie erläutert haben, werfen Sie einen Blick an, wie man einen CV-Scan im Labor.

Um den Vorgang zu starten, bereiten Sie eine Elektrolyt-Stammlösung 10 mL. Eine elektrochemische Zelle die Elektrolyt-Lösung hinzufügen. Eine kleine Stir Bar hinzufügen, legen Sie die Zelle auf einem Teller rühren und cap sie.

Umrühren und die Lösung mit einem sanften Strom von Stickstoffgas entgasen. Dies entfernt Sauerstoff, Redox aktiv ist. Vor Gebrauch die Bezugselektrode mit dem Lösungsmittel spülen und trocknen mit einem Wischtuch. Reinigen Sie dann sanft die Arbeits- und Ablagefläche Elektroden nach den Richtlinien der Hersteller.

Während die Lösung Entgasung ist, stecken Sie die drei Elektroden in Teflon Zelle oben. Schließen Sie die Elektroden an die entsprechenden Leitungen des Setups.

Erhalten Sie einen Hintergrund-Scan, um sicherzustellen, dass die Lösung nicht über den Bereich des Fensters Scan elektrochemisch aktiv ist. Sicherzustellen Sie aus dem daraus resultierenden Scan, dass keine Verunreinigungen oder verbleibenden Sauerstoff. Wenn Redox Ereignisse vorhanden sind, reinigen Sie die Elektroden und Glaswaren und erneuern Sie die Lösung zu.

Kombinieren Sie den Analyten von Interesse mit der Elektrolytlösung. Umrühren Sie und entgasen Sie die Lösung mit einem trockenem Stickstoff, Sauerstoff zu entfernen. Führen Sie mehrere zyklische Voltammogram Experimente an mehrere Scan-Preise, abhängig von den Systemfähigkeiten. Beginnen Sie jeden Scan auf dem open Circuit Potenzial, den Wert, wo kein Strom fließt.

Methodisch variieren Sie das Scanfenster um Redox Ereignisse von Interesse zu isolieren. Variieren Sie die Scan-Richtung um sicherzustellen, dass es nicht die Ereignisse beeinflusst. Führen Sie diesen Schritt mit mehreren Scangeschwindigkeiten. Sobald alle Scans gesammelt wurden, Zykluszeit und jede Elektrode aus der Zelle zu entfernen. Die Bezugselektrode spülen und trocknen mit einem Kim-abwischen. Speichern Sie es in der Elektrode-Storage-Lösung. Vorsichtig die Arbeits- und Ablagefläche Elektroden vor der Lagerung reinigen und Spülen der Elektrode-Zelle.

Die daraus resultierenden zyklischen Voltammograms analysiert und die potentiellen und aktuellen Daten für Reduktion und Oxidation Veranstaltungen unter jeder Versuchsaufbau zeichnen.

CV kann verwendet werden, um festzustellen ob die Redox-Reaktionen reversibel oder irreversibel sind. In einem reversiblen System Auftritt Reduktion und Oxidation, Herstellung von jeweiligen Gipfeln. Darüber hinaus sollte das Verhältnis des kathodischen anodische Strom ca. 1. Schließlich in einem reversiblen System ist der mittlere Gipfel potenzielle unbeeinflusst von den potenziellen Scan-Rate.

In einem irreversiblen System gibt es keine umgekehrte Spitze. Der Spitzenstrom sollten auch proportional zur Quadratwurzel der Scan-Rate.

Viele Studienrichtungen, dass CV Experimente Gebrauch elektroaktive Spezies zugute.

Dopamin ist ein Neurotransmitter, lange studiert, bekannt für seine Bedeutung Drogenmissbrauch, psychiatrische Erkrankungen und degenerativen Erkrankungen. Die Fähigkeit, die Freisetzung von Dopamin in Echtzeit zu untersuchen ist ein Ziel für Neurowissenschaften gewesen. In diesem Beispiel ist die Oxidation von Dopamin im Gehirn gemessen mit Mikroelektroden, CV mit verschiedenen pharmakologische Wirkstoffen wurden in der Region des Gehirns von Interesse, ihre Auswirkungen auf die Dopamin-Freisetzung zu testen angewendet.

Die Fähigkeit des neuronalen Aufnahme Prothetik sinkt mit der Zeit nach der Implantation. In diesem Beispiel wurde die CV zur Überwachung der Wirksamkeit des Implantats.

Das Elektrodenmaterial und Rauheit sowie umliegende Gewebe beeinflusst die Form der Kurve. Eine hohe Tragfähigkeit, bestimmt durch die Fläche der Kurve, eine gut funktionierende Setup angegeben Ein kurzer Spannungsimpuls wurde verwendet, um das Implantat zu verjüngen.

Mikrobielle Bioelectrochemical Systeme sind eine wachsende Fachrichtung mit Anwendungen wie Bioremediation.

Bestimmte Bakterien sind elektrochemisch aktiv, vor allem, wenn sie auf eine Oberfläche, die so genannte Biofilme in Schichten zusammengesetzt sind. Diese Zellen wurden in einem Bioreaktor angebaut und elektrochemisch kontrolliert. Als die Zellen im Bioreaktor wurde, diente zyklischer Voltammetrie überwachen, den von den Zellen erzeugten Strom dadurch bestimmen, wann der Edukte erschöpft waren.

Sie habe nur Jupiters Einführung in zyklischer Voltammetrie beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie Sie ausführen und einen CV-Scan zu interpretieren.

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