الطرق التحليلية الكهربائية

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الطرق الكهروكيميائية التحليلية هي مجموعة من التقنيات في الكيمياء التحليلية التي تدرس المادة المراد تحليلها عن طريق قياس الجهد ( بالفولت ) و/أو التيار ( بالأمبير ) في خلية كهروكيميائية تحتوي على هذه المادة. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] يمكن تصنيف هذه الطرق إلى عدة فئات بناءً على جوانب الخلية التي يتم التحكم بها وتلك التي يتم قياسها. الفئات الرئيسية الثلاث هي: قياس الجهد (حيث يتم قياس فرق الجهد بين الأقطاب)، وقياس التيار (حيث يكون التيار الكهربائي هو الإشارة التحليلية)، وقياس الشحنة (حيث يتم تسجيل الشحنة المارة خلال فترة زمنية محددة).

قياس الجهد

يقيس قياس الجهد الكهربائي جهد المحلول بين قطبين كهربائيين بطريقة غير مباشرة، دون التأثير بشكل كبير على المحلول نفسه. يُسمى أحد القطبين بالقطب المرجعي وله جهد ثابت، بينما يُسمى الآخر بالقطب المؤشر الذي يتغير جهده بتغير تركيب العينة. وبالتالي، يُعطي فرق الجهد بين القطبين مؤشرًا على تركيب العينة. في الواقع، بما أن قياس الجهد الكهربائي غير مُتلف، وبافتراض أن القطب في حالة اتزان مع المحلول، فإننا نقيس جهد المحلول نفسه. عادةً ما يستخدم قياس الجهد الكهربائي أقطابًا مؤشرة حساسة بشكل انتقائي لأيون معين، مثل الفلورايد في الأقطاب الانتقائية للفلورايد ، بحيث يعتمد الجهد فقط على نشاط هذا الأيون. ويؤثر الوقت الذي يستغرقه القطب للوصول إلى حالة الاتزان مع المحلول على حساسية القياس ودقته. في البيئات المائية، يُستخدم البلاتين غالبًا نظرًا لحركية نقل الإلكترون العالية فيه، [ 5 ] على الرغم من إمكانية استخدام قطب كهربائي مصنوع من عدة معادن لتعزيز حركية نقل الإلكترون. [ 6 ] يُعد قطب الغشاء الزجاجي المستخدم في مقياس الأس الهيدروجيني (pH ) القطب الأكثر شيوعًا في قياس الجهد الكهربائي .

يُعد قياس الجهد الزمني أحد أنواع قياس الجهد، وهو يعتمد على استخدام تيار ثابت وقياس الجهد كدالة للزمن. وقد بدأ هذا النوع من القياس على يد ويبر . [ 7 ]

قياس التيار الكهربائي

يشير مصطلح الأمبيرومتري إلى مجموعة التقنيات الكهروكيميائية التي يُقاس فيها التيار كدالة لمتغير مستقل، وهو عادةً الزمن (في الكرونوأمبيرومتري) أو جهد القطب (في الفولتامتري). الكرونوأمبيرومتري هي تقنية يُقاس فيها التيار عند جهد ثابت، في أوقات مختلفة منذ بداية الاستقطاب. ويُجرى الكرونوأمبيرومتري عادةً في محلول غير مُحَرَّك وعلى قطب ثابت، أي في ظل ظروف تجريبية تتجنب انتقال الكتلة إلى القطب عن طريق الحمل الحراري. من ناحية أخرى، يُعد الفولتامتري فرعًا من الأمبيرومتري، حيث يُقاس التيار بتغيير الجهد المُطبق على القطب. وتُصنَّف تقنيات الفولتامتري المختلفة وفقًا لشكل الموجة الذي يصف كيفية تغير الجهد كدالة للزمن.

قياس التيار الزمني

في قياس التيار الزمني، يُطبَّق تغيير مفاجئ في الجهد على قطب العمل، ويُقاس التيار كدالة للزمن. [ 8 ] ولأن هذه الطريقة ليست شاملة، تُستخدم أقطاب كهربائية دقيقة، وعادةً ما تكون مدة إجراء التجارب قصيرة جدًا، تتراوح عادةً بين 20 مللي ثانية و1 ثانية، وذلك لتجنب استهلاك المادة المراد تحليلها.

الفولتامترية

تعتمد تقنية الفولتامترية على تطبيق جهد ثابت أو متغير على سطح قطب كهربائي، وقياس التيار الناتج باستخدام نظام ثلاثي الأقطاب. تكشف هذه الطريقة عن جهد اختزال المادة المراد تحليلها ونشاطها الكهروكيميائي . عمليًا، تُعد هذه الطريقة غير مُتلفة، إذ لا يُستهلك سوى كمية ضئيلة جدًا من المادة المراد تحليلها على السطح ثنائي الأبعاد للأقطاب العاملة والمساعدة . في الواقع، يُتخلص عادةً من محلول المادة المراد تحليلها لصعوبة فصلها عن الإلكتروليت ، ولأن التجربة تتطلب كمية صغيرة منها. قد تتضمن التجربة العادية استخدام 1-10 مل من المحلول بتركيز يتراوح بين 1 و10 ملي مول/لتر. أما تقنيات الفولتامترية الأكثر تطورًا، فتستطيع العمل بأحجام ميكرولترية وتركيزات تصل إلى النانومول. تُستخدم أقطاب كهربائية مُعدلة كيميائيًا لتحليل العينات العضوية وغير العضوية. 

التصوير القطبي

البولاروغرافيا هي فئة فرعية من الفولتامترية تستخدم قطب الزئبق المتساقط كقطب عامل .

قياس الكولومترية

تستخدم الكولومترية التيار أو الجهد المطبق لتحويل المادة المراد تحليلها من حالة أكسدة إلى أخرى بشكل كامل. في هذه التجارب، يُقاس التيار الكلي المار بشكل مباشر أو غير مباشر لتحديد عدد الإلكترونات المنتقلة. معرفة عدد الإلكترونات المنتقلة تُشير إلى تركيز المادة المراد تحليلها، أو عند معرفة التركيز، تُشير إلى عدد الإلكترونات المنتقلة في تفاعل الأكسدة والاختزال. تشمل الأشكال الشائعة للكولومترية التحليل الكهربائي الشامل ، المعروف أيضًا باسم الكولومترية ذات الجهد الثابت أو الكولومترية ذات الجهد المتحكم به ، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من معايرات الكولومترية.

مراجع

  1. ↑ سكوج، دوغلاس أ.؛ دونالد م. ويست؛ ف. جيمس هولر (25 أغسطس 1995). أساسيات الكيمياء التحليلية (الطبعة السابعة  ). دار نشر هاركورت بريس كوليدج. رقم ISBN 978-0-03-005938-4.
  2. ↑ كيسنجر، بيتر؛ ويليام ر. هاينمان (23 يناير 1996). تقنيات المختبر في الكيمياء التحليلية الكهربائية، الطبعة الثانية، منقحة وموسعة ( الطبعة الثانية). سي آر سي. رقم ISBN  978-0-8247-9445-3.
  3. ↑ بارد، ألين جيه؛ لاري آر. فولكنر (18-12-2000). الطرق الكهروكيميائية: الأساسيات والتطبيقات ( الطبعة الثانية). وايلي. ISBN  978-0-471-04372-0.
  4. ↑ زوسكي، سينثيا ج. (2007-02-07). دليل الكيمياء الكهربائية . إلسيفير ساينس. ISBN 978-0-444-51958-0.
  5. ↑ غروندل، تيم (1994-02-01). "مراجعة للفهم الحالي لقدرة الأكسدة والاختزال في الأنظمة الطبيعية غير المتوازنة". كيموسفير . 28 (3): 613-626 . Bibcode : 1994Chmsp..28..613G . doi : 10.1016/0045-6535(94)90303-4 .
  6. ↑ نويهاوزر، ت.؛ فالدينجر، إ.؛ ماندلر، د. (2013-09-03). "تحسين قياس الجهد باستخدام الجسيمات النانوية المعدنية". الكيمياء التحليلية . 85 (17): 8347-8353 . doi : 10.1021/ac401744w . ISSN 0003-2700 . PMID 23947748 .  
  7. ↑ إتش إف ويبر، ويد. آن، 7، 536، 1879
  8. ↑ بارد، ألين جيه؛ فولكنر، لاري آر؛ وايت، هنري إس. (2022). الطرق الكهروكيميائية: الأساسيات والتطبيقات ( الطبعة الثالثة). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. ISBN  978-1-119-33405-7.

فهرس

  • وانغ، جوزيف سي. (2000). الكيمياء الكهربائية التحليلية . تشيتشستر: جون وايلي وأولاده. ISBN 978-0-471-28272-3.
  • هوبير هـ. جيرو (2004). الكيمياء الكهربائية التحليلية والفيزيائية . [لوزان: EPFL. ISBN 978-0-8247-5357-3.
  • أوزومونا، كينيث آي، محرر. (2007). التطورات الحديثة في الكيمياء الكهربائية التحليلية 2007. شبكة ترانس وورلد للأبحاث. ISBN 978-81-7895-274-1.
  • داهمن، إي إيه إم إف (1986). التحليل الكهربائي: النظرية والتطبيقات في الأوساط المائية وغير المائية وفي التحكم الكيميائي الآلي . أمستردام: إلسيفير. ISBN 978-0-444-42534-8.
  • بوند، أ. كورتيس (1980). الطرق البولاروغرافية الحديثة في الكيمياء التحليلية . نيويورك: إم. ديكر. ISBN 978-0-8247-6849-2.