Спектроэлектрохимия - Spectroelectrochemistry

Спектроэлектрохимияны құрайтын спектроскопиялық және электрохимиялық әдістер

Спектроэлектрохимия (ӘКК) - бұл химиялық реактивті ақпараттар (электрохимиялық және спектроскопиялық ) бір экспериментте алынады. Спектроэлектрохимия электродтық процесте болып жатқан құбылыстардың тұтас көрінісін қамтамасыз етеді.[1][2][3][4][5] Бірінші спектроэлектрохимиялық экспериментті Кувана өткізді 1964.[6]

Спектроэлектрохимиялық эксперименттердің негізгі мақсаты - бір уақытта, уақыт бойынша шешілген және орнында алу электрохимиялық және спектроскопиялық электрод бетінде жүретін реакциялар туралы ақпарат.[1] Техника негізі сәуленің өзара әрекеттесуін зерттеуден тұрады электромагниттік сәулелену осы реакцияларға қатысатын қосылыстармен. Оптикалық және электрлік сигналдың өзгеруі электродтық процестің эволюциясын түсінуге мүмкіндік береді.

Спектроэлектрохимия негізделген әдістер:

  • Электрохимияэлектр энергиясы мен химиялық өзгерістер арасындағы өзара әрекеттесуді зерттейтін. Бұл әдіс бізге электрондарды беру процестерін қамтитын реакцияларды талдауға мүмкіндік береді (тотықсыздандырғыш реакциялар).[7]

Спектроэлектрохимия молекулалық, термодинамикалық және кинетикалық электрондарды беру процесіне қатысатын реактивтер, өнімдер және / немесе аралық заттар туралы ақпарат.[1][2][3][4][5]

Спектроэлектрохимиялық техниканың жіктелуі

Әр түрлі спектроэлектрохимиялық әдістер спектроскопиялық және электрохимиялық әдістердің үйлесуіне негізделген. Электрохимияға қатысты ең көп қолданылатын әдістер:

  • Хроноамперометрия, ток күшін уақыттың функциясы ретінде жұмыс істейтін электродқа потенциалдың тұрақты айырымын қолдану арқылы өлшейді.
  • Хронопотенциометрия, уақыттың функциясы ретінде потенциалдар айырымын тұрақты ток қолдану арқылы өлшейді.
  • Вольтамметрия, токтың өзгеруін жұмыс істейтін электродтық потенциалдың сызықтық өзгеруінің функциясы ретінде өлшейді.
  • Пульс техникасы, импульстік потенциал функцияларын жұмыс істейтін электродқа қолдана отырып, токтың өзгеруін потенциалдар айырымының функциясы ретінде өлшейді.

Спектроэлектрохимиялық техниканың жалпы жіктелуі таңдалған спектроскопиялық техниканың негізінде жүзеге асырылады.

Ультрафиолетпен көрінетін сіңіру спектроэлектрохимиясы

Ультрафиолет көрінетін сіңіру (UV-Vis) спектроэлектрохимия - бұл сіңіруді зерттейтін әдіс электромагниттік сәулелену молекулалардың электронды деңгейлеріне қатысты молекулалық ақпарат беретін спектрдің УК-Вис аймақтарында.[10] Ол сандық ақпаратпен қатар сапалы, сонымен қатар ақпарат береді. UV-Vis спектроэлектрохимиясы қосылыстар мен материалдарды сипаттауға көмектеседі, концентрацияларды және жұтылу коэффициенттері, диффузия коэффициенттері, формальды потенциалдар немесе электрондардың берілу жылдамдығы сияқты әртүрлі параметрлерді анықтайды.[11][12]

Фотолюминесценция спектроэлектрохимия

Фотолюминесценция (PL) - бұл белгілі бір сіңіргеннен кейін пайда болатын кейбір қосылыстардың қабілетіне байланысты құбылыс электромагниттік сәулелену, шығарылымы арқылы төмен энергетикалық күйге дейін босаңсыңыз фотондар. Бұл спектроэлектрохимиялық әдіс тек қосылыстармен шектеледі люминесцентті немесе люминесцентті қасиеттері. Тәжірибелер қатты араласады қоршаған жарық.[1] Бұл әдіс құрылымдық ақпарат пен сандық ақпаратты керемет түрде ұсынады анықтау шектері.[8]

Инфрақызыл спектроэлектрохимия

Инфрақызыл спектроскопия молекулалардың жұтылатындығына негізделген электромагниттік сәулелену олардың тербеліс құрылымымен байланысты сипаттамалық жиіліктерде. Инфрақызыл (IR) спектроэлектрохимия - бұл байланыстың кедергісі, қаттылығы және санына негізделген молекулаларды сипаттауға мүмкіндік беретін әдіс. Ол сонымен қатар қосылыстардың болуын анықтайды, реакция кезінде түрлердің концентрациясын, қосылыстардың құрылымын, химиялық байланыстардың қасиеттерін және т.б.[10]

Раман спектроэлектрохимиясы

Раман спектроэлектрохимиясы негізделеді серпімді емес шашырау немесе Раман шашыраңқы туралы монохроматикалық жарық белгілі бір молекулаға соққы беріп, сол молекуланың тербеліс энергиясы туралы ақпарат береді. Раман спектрі молекулалардың құрылымы мен құрамы туралы өте нақты ақпарат береді, мысалы олардың саусақ іздері.[1]

Рентгендік спектроэлектрохимия

Рентгендік спектроэлектрохимия - бұл электродтық процесс кезінде жоғары энергиялы сәулеленудің заттармен әрекеттесуін зерттейтін әдіс. Рентген сәулелері болып жатқан құбылысқа байланысты сандық та, сапалық та талдау жасауға мүмкіндік беретін жұтылу, сәулелену немесе шашырау құбылыстары пайда болуы мүмкін.[8][9][10] Бұл процестердің барлығы қамтиды электрондық өтулер қатысатын атомдардың ішкі қабаттарында. Атап айтқанда, процестерін зерттеу қызықты радиация, сіңіру және эмиссия электрондарды беру реакциясы кезінде жүреді. Бұл процестерде электронның алға жылжуы немесе релаксациясы атомның сыртқы қабығы мен ішкі қабығы арасында жүруі мүмкін.

Ядролық магниттік-резонанстық спектроэлектрохимия

Ядролық магниттік резонанс (NMR) - ядролық резонанс жиіліктерінің химиялық ығысуына байланысты молекулалар туралы физикалық, химиялық, электронды және құрылымдық ақпарат алу үшін қолданылатын әдіс. айналдыру үлгіде. Оның электрохимиялық техникамен үйлесуі зарядты беру процесінде функционалды топтар, топология, динамика және ерітіндідегі молекулалардың үш өлшемді құрылымы туралы толық және сандық ақпарат бере алады. Астындағы аймақ NMR шыңы құрамды сандық тұрғыдан анықтау үшін тартылған бұрылыстар саны мен шың интегралдарының қатынасына байланысты.

Электрондық парамагниттік резонанстық спектроэлектрохимия

Электрондық парамагниттік резонанс (EPR) - бұл анықтауға мүмкіндік беретін әдіс бос радикалдар химиялық немесе биологиялық жүйелерде қалыптасады. Сонымен қатар, ол симметрияны және электрондық тарату туралы парамагниттік иондар. Бұл өте ерекше техника, өйткені магниттік параметрлер әр ионға тән немесе бос радикал.[13] Бұл техниканың физикалық принциптері осыған ұқсас NMR, бірақ жағдайда EPR, ядролардың орнына электронды спиндер қозғалады, бұл белгілі бір электродтық реакцияларда қызықты.

SEC өлшемдерінің кейбір түрлерімен (сіңіру, эмиссия, Раманның шашырауы) экранда басылған электрод. Суретте үш электродтың жүйесі көрсетілген: жұмыс істейтін электродқа сәйкес келетін орталық диск; көмекші немесе қарсы электродқа сәйкес келетін ең үлкен доға тәрізді жарты шеңбер; және ең кіші доға тәрізді жартылай шеңбер, тірек электрод.

Артықшылықтары мен қосымшалары

Бірнешеуін қолдану мүмкіндігіне байланысты спектроэлектрохимияның жан-жақтылығы артып келеді электрохимиялық зерттеу мақсатына және қызығушылық білдіретін ақпаратқа байланысты әр түрлі спектрлік аймақтардағы әдістер.[12]

Спектроэлектрохимиялық техниканың негізгі артықшылықтары:

  • Бір уақытта алынған ақпарат әр түрлі әдістермен бір экспериментте алынады, таңдамалы және сезімталдықты жоғарылатады.
  • Сапалы да, сандық та ақпарат алуға болады.
  • Болашақ талдауға сақтай отырып, үлгінің аз мөлшерімен жұмыс істеу мүмкіндігі.[1]

Техниканың жоғары әмбебаптығына байланысты қолдану аясы айтарлықтай кең.[1][2][3][4][5][14]

  • Органикалық және бейорганикалық материалдардың сипаттамасы, бұл сигналдың әсерінен материалдың құрылымы мен қасиеттерін түсінуге мүмкіндік береді (электр, жарық және т.б.).
  • Оптикалық және электрлік реакцияларға негізделген, бір үлгі туралы екі тәуелсіз сигнал беруге қабілетті және өзін-өзі растайтын анықтаманы ұсына алатын спектроэлектрохимиялық сенсорларды құру.
  • Биотехнологиядағы, биохимиядағы немесе медицинадағы әртүрлі процестер мен молекулаларды зерттеңіз.
  • Энергия немесе сияқты өрістердегі жаңа материалдардың ерекше қасиеттері мен сипаттамаларын анықтаңыз нанотехнология.

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б c г. e f ж Гароз ‐ Руис, Иса; Пералес ‐ Рондон, Хуан Виктор; Герас, Аранзазу; Колина, Альваро (5 сәуір 2019). «Спектроэлектрохимиялық зондтау: қазіргі тенденциялар мен проблемалар». Электроанализ. 31 (7): 1254–1278. дои:10.1002 / elan.201900075.
  2. ^ а б c Киз, Тиа Е .; Форстер, Роберт Дж. (2007). Электрохимия туралы анықтама (1-ші басылым). Амстердам, Нидерланды: Elsevier. ISBN  9780444519580.
  3. ^ а б c Каим, Вольфганг; Фидлер, қаңтар (2009). «Спектроэлектрохимия: екі әлемнің ең жақсысы». Химиялық қоғам туралы пікірлер. 38 (12): 3373–3382. дои:10.1039 / b504286k. PMID  20449056.
  4. ^ а б c Лоземан, Джаспер Дж. А .; Фюрер, Паскаль; Олтюс, Вутер; Odijk, Mathieu (2020). «Спектроэлектрохимия, электрохимияны спектроскопиялық техникамен гипенирлеу арқылы электродтық процестерді бейнелеудің болашағы». Талдаушы. 145 (7): 2482–2509. Бибкод:2020Ana ... 145.2482L. дои:10.1039 / c9an02105a. PMID  31998878.
  5. ^ а б c Чжай, Янлинг; Чжу, Чжицзюнь; Чжоу, Сюзан; Чжу, Чэнчжоу; Dong, Shaojun (2018). «Спектроэлектрохимияның соңғы жетістіктері». Наноөлшем. 10 (7): 3089–3111. дои:10.1039 / c7nr07803j. PMID  29379916.
  6. ^ Кувана, Теодор .; Дарлингтон, Р.К .; Лиди, Д.В. (1964 ж. Қыркүйек). «Өткізгіш шыны индикатор электродтарын қолданатын электрохимиялық зерттеулер». Аналитикалық химия. 36 (10): 2023–2025. дои:10.1021 / ac60216a003.
  7. ^ Эльриши, Ноеми; Ронтри, Келли Дж .; Маккарти, Брайан Д .; Ронтри, Эрик С .; Эйзенхарт, Томас Т .; Демпси, Джиллиан Л. (3 қараша 2017). «Циклдық вольтамметрияға арналған бастаушыға арналған практикалық нұсқаулық». Химиялық білім беру журналы. 95 (2): 197–206. дои:10.1021 / acs.jchemed.7b00361.
  8. ^ а б c Браун, Роберт Д. (2006). Аспаптық талдауға кіріспе (5-ші басылым). Нью-Йорк, Америка Құрама Штаттары: W.H. Freeman & Co Ltd. ISBN  978-8188449156.
  9. ^ а б Шкуг, Дуглас; Холлер, Джеймс Ф; Крауч, Стэнли (2001). Принциптер де análisis инструменталды (6 басылым). Мексика: ОҚЫТУДЫ ОҚЫТУ. 481-498 бет. ISBN  9788578110796.
  10. ^ а б c Аткинс, Питер Джонс Л. (2010). Химиялық принциптер: Түсінуге арналған іздеу (5-ші басылым). Нью-Йорк, Америка Құрама Штаттары: W H Freeman & Co Ltd. ISBN  978-1429209656.
  11. ^ Гароз ‐ Руис, Иса; Пералес ‐ Рондон, Хуан V.; Герас, Аранзазу; Колина, Альваро (3 мамыр 2019). «Кванттық нүктелердің спектроэлектрохимиясы». Израиль химия журналы. 59 (8): 679–694. дои:10.1002 / ijch.201900028.
  12. ^ а б Ибаньес, Дэвид; Гароз-Руис, Иса; Герас, Аранзазу; Колина, Альваро (28 шілде 2016). «Бір уақытта ультрафиолет - көрінетін абсорбция және раман спектроэлектрохимиясы». Аналитикалық химия. 88 (16): 8210–8217. дои:10.1021 / acs.analchem.6b02008. hdl:10259/4945. PMID  27427898.
  13. ^ Брудтвиг, Гари В. (1995). «Электрондық парамагниттік резонанстық спектроскопия». Энзимология әдістері. 246 (C): 536-555. дои:10.1016/0076-6879(95)46024-1. PMID  7752937.
  14. ^ Мортимер, Р.Ж. (2016). Спектроскопия және спектрометрия энциклопедиясы (3-ші басылым). Elsevier. ISBN  9780128032244.