Transcript 循環伏安法
利用環電位儀
偵測氧化還原電位及電流
目的
使用循環電位技術偵測Fe(CN)63-
/Fe(CN)64-可逆反應之E0及n值
探討掃描速率及濃度對波峰電流的影響
原理
伏安法(Voltammetry)
藉由控制電位,並偵測電
化學反應的電流的技術
。
實驗使用三極法:
Eapply=Ew+Er
可變電位,來觀察在該電位下
,物質的氧化還原反應。
主要以三極法為架構。三極法
主要是可以提供一個穩定的參
考電位,而可忽略IR drop。
Three-electrode system:
(1) working electrode;
(2) auxiliary electrode;
(3) reference electrode
應用範圍
伏特安培法為施加電位於一個電化學容槽中,
並且偵測其產生的電流之電化學技術。
由於伏安法經過不斷地改良發展,
增強其靈敏度及選擇性,
已經使其在分析稀釋溶液的定性及定量
(物種包含了有機、無機及生化成份),
量測金屬離子錯化合物之熱力學因子和氧化還原系統,
研究化學反應的動力學適用於微量分析上(有較好的偵測極限)
儀器原理--循環伏安儀基本電路圖
++
Signal source
-
Linear-scan
voltage generator
Current-to-coltage
Potentiostatic
R Referecne electrode
W Working electrode
C Counter electrode
Control circuit
+
R
C
W
converter
++
Recorder
激發訊號種類
Name
Linear scan Differential
pulse
E
Wavefor
m
E
Time→
Type of
Polarography
voltammetr
y
Square
wave
E
Time→
Triangula
r
E
Time→
Time→
DifferentiSquareCyclic
alpulse
wave
voltammet
voltammetry voltammetr
ry
y
參考電極
Ag/AgCl
輔助電極
Pt線
工作電極
玻璃碳電極
工作電極:研究物質反應
參考電極:提供穩定電位
輔助電極:作為工作電極對極
使反應進行
伏安法之電化學容槽
工作電極
待測分析物的電化學反應發生於此,具備電子轉移速
率快、工作電位範圍廣及化性物性安定等條件。
此電極浸入沒有攪拌的溶液中。
常用工作電極︰貴金屬電極(Au,Pt)
滴汞電極
玻璃碳電極
參考電極
在反應中提供固定電位。
常見的有甘汞電極(SCE)、
Ag/AgCl
輔助電極
Ag/AgCl reference electrode
負責導通工作電極與輔助電極間的電流。
當工作電極發生還原反應,輔助電極就必須發生氧
化反應,反之亦然。
任何物性化性安定之良導體皆可做輔助電極,此外
,面積要夠大才可以避免極化,最常見為白金線。
最典型的CV圖
2.00E-5
J
極化現象
Current(A)
1.00E-5
到達一定電位,
使電極足以還原
Fe(CN)63-
0.00E+0
-1.00E-5
I
B
F
ipa
C
氧化能力越來越強,
電流逐漸增大
E
-2.00E-5
A
到達一定電位,使電
極足以氧化Fe(CN)64-
H
G
K
ipc
極化現象
D
-3.00E-5
0.60
0.40
0.20
0.00
potential vs. Ag/AgCl
-0.20
簡單的電化學反應,傳送途徑包 括物質傳送及電子轉移
物質傳送又分為以下三種:
a. 擴散(Diffusion):
物質因為濃度梯度而移動的行為稱為擴散.
b. 對流(Convection):
物質藉由外力(機械攪拌、熱對流,等等)而移動的
行為.將cell靜置,維持常溫,去除對流因素.
c. 遷移(Migration):
物質因為正負兩極電場吸引而移動之行為稱為遷
移.
實驗動畫
ee-- ee- e
Current(A)
J
循環伏安儀
CN
Fe2+
NC
CN
CN
CN
NC
e-
CN
3+
Fe2+
NC
CN
CN
CN
e- 3+
2+
NC
Fe
e-3+
2+
Fe2+
NC
CN
CN
CN
Fe
CN
CN
NC
e-
NC
CN
2+
Fe3+
NC
CN
Fe2+
NC
CN
H
G
K
A
C
E
Potential vs. Ag/AgCl
NC
Fe
F
B
D
CN
e- 3+
2+
I
CN
CN
CN
儀器原理
Electron transfer
反應物種在工作電極表面上,從電極得到電子或是物種
本身將電子轉移給電極,才可進行氧化或還原反應
E p E pa E pc
0.059
V
n
n 為電子轉移數 Epa為氧化峰電位 Epc為還原峰電位
若電極表面上電子轉移 (不可逆性)較慢,則會導致波峰
間的分離
氧化鋁粉進行研磨拋光,可讓ΔEp減少
CV圖
Fe(CN)63–
Fe(CN)64–
Epc 陰極波峰電位
(cathodic peak
potential)
Epa 陽極波峰電位
(anodic peak potential)
ipa 陽極波峰電流
(anodic peak current)
ipc 陽極波峰電流
(cathodic peak
potential)
1.△Ep=Epa-Epc=0.059/n
(mV)
如接近則無過電壓
EEpcpc
開始還原
開始氧化
Epa
Typical cyclic voltammogram
2.∣ipa / ipc∣可判定是
Randles – Sevcik 方程式
ip = ( 2.69 × 105) n3/2AD1/2Cυ1/2
ip:波峰電流 (A)
n:半反應之電子轉移數
A:電極面積 (cm2)
D:擴散係數 (cm2/s)
C:濃度 (mol/cm3)
υ:掃描速率 (V/s)