Elektroanalytische Methoden
Elektroanalytische Methoden messen elektrische Größen – Potenzial, Strom oder Ladung – an Elektroden, um die Identität und Konzentration von Analyten zu bestimmen.
Definition
Elektroanalytische Methoden sind analytische Techniken, die eine gemessene elektrische Eigenschaft an einer Elektrode – Potenzial, Strom oder akkumulierte Ladung – mit der Identität oder Konzentration eines Analyten in Lösung in Beziehung setzen.
Scope
Dieser Bereich umfasst die analytischen Methoden, die auf elektrochemischen Messungen basieren: Potenziometrie mit ionenselektiven Elektroden, die voltammetrischen und amperometrischen Techniken, die den Strom als Funktion des Potenzials aufzeichnen, sowie die coulometrischen und elektrogravimetrischen Methoden, die Ladung oder abgeschiedene Masse messen. Er behandelt die analytisch verwendeten Zellen, Elektroden und Signalbeziehungen; die umfassendere Thermodynamik und Kinetik der Elektrochemie gehören zum Unterfeld der Elektrochemie.
Sub-topics
Core questions
- Wie gibt ein Elektrodenpotenzial die Aktivität eines Ions in der Potenziometrie wieder?
- Wie identifiziert und quantifiziert eine Strom-Potenzial-Kurve elektroaktive Spezies?
- Wann liefert die gemessene Ladung oder abgeschiedene Masse eine direkte, kalibrierungsfreie Analyse?
- Welche Rolle spielen Referenzelektroden und Leitelektrolyte bei einer Messung?
Key theories
- Nernst-Gleichung und Potenziometrie
- Das Potenzial einer Indikatorelektrode hängt logarithmisch von der Aktivität der von ihr erfassten Spezies ab, wie durch die Nernst-Gleichung ausgedrückt; diese Beziehung liegt der potenziometrischen Messung mit ionenselektiven Elektroden zugrunde, einschließlich der allgegenwärtigen Glas-pH-Elektrode.
- Faradayscher Strom und Elektrolyse
- Wenn ein Analyt an einer Elektrode oxidiert oder reduziert wird, beziehen sich der Strom und die Gesamtladung auf die reagierende Menge; Faradays Gesetze machen die Ladung zu einem direkten Maß für die Analytmenge in der Coulometrie, während der diffusionsbegrenzte Strom die Konzentration in der Voltammetrie misst.
Mechanisms
Eine elektrochemische Zelle mit Indikator- und Referenzelektroden wandelt chemische Informationen in ein elektrisches Signal um. In der Potenziometrie gibt das Gleichgewichtspotenzial einer ionenselektiven Elektrode die Analytaktivität bei vernachlässigbarem Strom an. In der Voltammetrie und Amperometrie treibt ein kontrolliertes Potenzial die Oxidation oder Reduktion an, und der resultierende Strom misst die Konzentration. In der Coulometrie und Elektrogravimetrie wird der Analyt vollständig elektrolysiert, und die verbrauchte Ladung oder die abgeschiedene Masse quantifiziert ihn direkt.
Clinical relevance
Elektroanalytische Methoden sind in der Routinemessung allgegenwärtig: pH- und Blutgas- sowie Elektrolytanalyse mit ionenselektiven Elektroden, Glukose-Biosensoren basierend auf Amperometrie, Spurenmetallbestimmung mittels Stripping-Voltammetrie sowie Überwachung der Wasserqualität und industrieller Prozesse.
History
Die elektroanalytische Chemie basiert auf Nernsts Beziehung zwischen Potenzial und Konzentration aus dem späten 19. Jahrhundert. Jaroslav Heyrovskýs Erfindung der Polarographie im Jahr 1922, für die er den Nobelpreis erhielt, etablierte die Strom-Potenzial-Messung als analytisches Werkzeug, und spätere Fortschritte bei Puls- und Stripping-Techniken sowie Mikroelektroden erweiterten die Empfindlichkeit erheblich.
Key figures
- Walther Nernst
- Jaroslav Heyrovský
- Allen J. Bard
Related topics
Seminal works
- bard2001
- skoog2017
- harris2020
Frequently asked questions
- Wie funktioniert ein pH-Meter?
- Eine ionenselektive Glaselektrode entwickelt ein Potenzial, das sich gemäß der Nernst-Gleichung mit der Wasserstoffionenaktivität ändert; die Messung dieses Potenzials gegen eine Referenzelektrode, nach Kalibrierung mit Puffern, ergibt den pH-Wert.
- Was ist der Unterschied zwischen Potenziometrie und Voltammetrie?
- Die Potenziometrie misst ein Gleichgewichtspotenzial bei im Wesentlichen null Strom, um die Ionenaktivität anzugeben, während die Voltammetrie ein variierendes Potenzial anlegt und den resultierenden Strom misst, um elektroaktive Spezies zu detektieren und zu quantifizieren.