Voltametri adalah teknik elektroanalitik yang menentukan informasi dari bahan kimia atau analit dari arus listrik yang dihasilkan oleh variasi spesies potensial diterapkan. Artinya, potensial yang diterapkan E (V), dan waktu (t), adalah variabel bebas ; sedangkan arus (A), variabel terikat.
Spesies kimia biasanya harus elektroaktif. Apa artinya? Artinya harus kehilangan (mengoksidasi) atau memperoleh (mengurangi) elektron. Agar reaksi dapat dimulai, elektroda kerja harus memasok potensial yang diperlukan secara teoritis ditentukan oleh persamaan Nernst.
Sumber: Oleh Trina36 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons
Contoh voltametri dapat dilihat pada gambar di atas. Elektroda pada gambar terbuat dari serat karbon, yang direndam dalam media dilarutan. dopamin yang tidak teroksidasi, membentuk dua kelompok karbonil C = O (sisi kanan persamaan kimia) kecuali potensi yang sesuai diterapkan.
Hal ini dicapai dengan memindai E dengan nilai yang berbeda, dibatasi oleh banyak faktor seperti larutan, ion yang ada, elektroda itu sendiri, dan dopamin .
Dengan memvariasikan E dari waktu ke waktu, dua grafik diperoleh : yang pertama E vt (segitiga biru), dan yang kedua, respons C vs t (kuning). Bentuknya adalah ciri-ciri untuk menentukan dopamin di bawah kondisi percobaan.
Apa itu voltametri?
Voltametri dikembangkan berkat penemuan teknik polarografi oleh pemenang Hadiah Nobel 1922 dalam bidang kimia, Jaroslav Heyrovsky. Di dalamnya, elektroda setetes air raksa (EGM) terus diperbarui dan terpolarisasi.
Kekurangan analitik dari metode ini pada waktu itu diselesaikan dengan penggunaan dan desain mikroelektroda lainnya. Ini sangat bervariasi dalam bahan, dari karbon, logam mulia, berlian dan polimer, hingga dalam desainnya, cakram, silinder, lembaran; dan juga, dalam cara mereka berinteraksi dengan larutan: diam atau berputar.
Semua rincian ini dimaksudkan untuk mendukung polarisasi elektroda, yang menyebabkan peluruhan arus terdaftar yang dikenal sebagai arus batas (i 1 ). Ini sebanding dengan konsentrasi analit, dan setengah dari daya E (E 1/2 ) untuk mencapai setengah dari arus tersebut (i 1/2 ) adalah ciri-ciri spesies.
Kemudian, dengan menentukan nilai E 1/2 pada kurva di mana arus yang diperoleh dengan variasi E diplot, yang disebut voltaperogram , dapat diketahui adanya analit. Artinya, setiap analit, dengan kondisi percobaan, akan memiliki nilai E 1/2 sendiri .
Gelombang voltametri
Dalam voltametri Anda bekerja dengan banyak grafik. Yang pertama adalah kurva E vs t, yang memungkinkan tindak lanjut dari perbedaan potensial yang diterapkan sebagai fungsi waktu.
Tetapi pada saat yang sama, rangkaian listrik mencatat nilai C yang dihasilkan oleh analit dengan kehilangan atau memperoleh elektron di sekitar elektroda.
Karena elektroda terpolarisasi, lebih sedikit analit yang dapat berdifusi dari dalam larutan ke dalamnya. Misalnya, jika elektroda bermuatan positif, spesies X – akan tertarik padanya dan akan diarahkan ke sana hanya dengan gaya tarik elektrostatik.
Tetapi X – Anda tidak sendirian: ada ion lain yang ada di lingkungan Anda. Beberapa kation M + dapat menghalangi elektroda dengan memasukkannya ke dalam “kelompok” muatan positif; dan juga, N – anion dapat menjebak di sekitar elektroda dan mencegah X – mencapainya.
Jumlah fenomena fisik ini menyebabkan arus hilang, dan ini diamati pada kurva C vs E dan bentuknya mirip dengan S, yang disebut bentuk sigmoid. Kurva ini dikenal sebagai gelombang voltametri.
Peralatan
Sumber: Oleh Stan J Klimas [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], dari Wikimedia Commons
Instrumentasi voltametri bervariasi sesuai dengan analit, pelarut, jenis elektroda dan kegunaan. Namun, sebagian besar didasarkan pada sistem yang terdiri dari tiga elektroda: satu untuk kerja (1), bantu (2), dan satu referensi (3).
Elektroda referensi utama yang digunakan adalah elektroda kalomel (ECS). Ini, bersama dengan elektroda kerja, memungkinkan untuk menetapkan perbedaan potensial E, karena potensi elektroda referensi tetap konstan selama pengukuran.
Sebaliknya, elektroda bantu bertugas mengendalikan muatan yang mengalir ke elektroda kerja, agar tetap dalam nilai E yang dapat diterima. Variabel bebas, beda potensial yang diterapkan, diperoleh dengan menjumlahkan potensial elektroda kerja dan elektroda referensi.
Jenis Voltametri
Sumber: Oleh domdomegg [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], dari Wikimedia Commons
Gambar di atas menunjukkan plot E vs t, juga disebut gelombang potensial untuk voltametri sapuan linier.
Dapat dilihat bahwa seiring berjalannya waktu, potensi meningkat. Pada gilirannya, sapuan ini menghasilkan kurva respons atau voltamperogram C vs E yang bentuknya akan menjadi sigmoid. Akan ada titik di mana tidak peduli berapa banyak E meningkat, tidak akan ada peningkatan arus.
Jenis voltametri lainnya dapat disimpulkan dari grafik ini. Bagaimana? Memodifikasi gelombang potensial E vs t melalui pulsa potensial mendadak mengikuti pola tertentu. Setiap pola dikaitkan dengan jenis voltametri, dan mencakup teori dan kondisi eksperimennya sendiri.
Voltametri pulsa
Dalam voltametri jenis ini, campuran dua atau lebih analit yang nilai E 1/2 sangat dekat satu sama lain dapat dianalisis . Jadi, suatu analit dengan E 1/2 dari 0,04V dapat diidentifikasi dengan analit lain dengan E 1/2 dari 0,05V. Sedangkan pada voltametri sapuan linier, selisihnya harus lebih besar dari 0.2V.
Oleh karena itu, ada sensitivitas yang lebih tinggi dan batas deteksi yang lebih rendah; yaitu, analit dapat ditentukan pada konsentrasi yang sangat rendah.
Gelombang potensial dapat memiliki pola seperti tangga, tangga miring, dan segitiga. Yang terakhir sesuai dengan voltametri siklik (CV untuk akronimnya dalam bahasa Inggris, gambar pertama).
Dalam CV, sebuah potensial E diterapkan dalam satu arah, positif atau negatif, dan kemudian, pada nilai E tertentu pada waktu t, potensi yang sama diterapkan lagi tetapi dalam arah yang berlawanan. Saat mempelajari voltamperogram yang dihasilkan, maxima mengungkapkan adanya perantara dalam reaksi kimia.
Voltametri relarutan
Ini bisa dari tipe anodik atau katodik. Ini terdiri dari elektrodeposisi analit pada elektroda merkuri. Jika analitnya adalah ion logam (seperti Cd 2+ ), akan terbentuk amalgam; dan jika itu adalah anion, (seperti MoO 4 2– ) merupakan garam merkuri yang tidak larut.
Kemudian, pulsa potensial diterapkan untuk menentukan konsentrasi dan identitas spesies yang dielektrodeposisi. Dengan demikian, amalgam dilarutkan kembali, seperti garam merkuri.
Kegunaan Voltametri
-Voltametri redilarutan anodik digunakan untuk menentukan konsentrasi logam terlarut dalam cairan.
-Memungkinkan mempelajari kinetika redoks atau proses adsorpsi, terutama ketika elektroda dimodifikasi untuk mendeteksi analit tertentu.
-Dasar teorinya telah digunakan untuk pembuatan biosensor. Dengan ini, keberadaan dan konsentrasi molekul biologis, protein, lemak, gula, dll. dapat ditentukan.
-Akhirnya, mendeteksi partisipasi perantara dalam mekanisme reaksi.
Referensi
- González M. (22 November 2010). Voltametri. Dipulihkan dari: quimica.laguia2000.com
- Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M.. (2002). Analisis elektrokimia. Jurnal Diagnosis Biologis, 51 (1), 18-27. Dipulihkan dari scielo.isciii.es
- Kimia dan Sains. (18 Juli 2011). Voltametri. Dipulihkan dari: laquimicaylaciencia.blogspot.com
- Quiroga A. (16 Februari 2017). Voltametri siklik. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org
- Samuel P. Kounaves. (sf). Teknik Voltametri. [PDF]. Universitas Tuft. Diperoleh dari: brown.edu
- Hari R. & Underwood A. Kimia Analitik Kuantitatif (edisi ke-5). PEARSON Prentice Hall.