2.3 STAIRCASE alebo STUPIENKOVÁ VOLTAMPÉROMETRIA (aj STEPPED CURRENT VOLTAMMETRY)
Túto metódu môžeme považovať za digitálnu verziu voltampérometrie s lineárnou zmenou potenciálu. Moderné počítačom riadené analyzátory už nepoužívajú lineárny posun potenciálu, ale rozkladajú ho do malých stupienkov o výške najčastejšie D ES = 5 - 10mV (obr. 2.19).
Obr. 2.19
Priebeh potenciálu pri stupienkovej voltampérometrii
Prúd sa vzorkuje na konci každého kroku (stupienka), v mieste označenom S, kde nabíjací prúd už poklesol na minimálnu hodnotu. Tvar nameraného prúdového signálu, ako aj rovnice odvodené pre staircase voltampérometriu sa približujú voltampérogramom a rovniciam odvodeným pre klasickú voltampérometriu s lineárnym posunom potenciálu o to viac, čím menšia je amplitúda (výška) krokov (stupienkov). Nevýhodou metódy je to, že difúzna vrstva v blízkosti elektródy sa vyčerpáva počas celého merania.
Metódu staircase voltampérometrie možno používať ako s obnovovanou kvapkajúcou ortuťovou elektródou, tak aj so stacionárnou ortuťovou elektródou a tuhými elektródami.
2.4 TAST POLAROGRAFIA
Predovšetkým si musíme uvedomiť, aký je charakter a priebeh prúdov, ktoré neustále registrujeme pri klasickej polarografii. Priebeh tzv. i-t kriviek (závislostí okamžitého prúdu na čase), zaznamenaných počas života jednotlivých ortuťových kvapiek je čiastočne ovplyvnený a poznamenaný vlastnosťami registračného zariadenia, ako to vidíme na obr. 2.20.
Pomocou tlmených zapisovačov
registrujeme tzv. stredný prúd, obyčajne značený s pruhom
ako , pričom
index d znamená, že sa jedná o prúd kontrolovaný difúziou.
Ako stredný prúd
,
tak aj okamžitý prúd na konci života kvapky (id)max
alebo id (bez pruhu) sú lineárnou funkciou
koncentrácie elektroaktívnej látky. (Tu treba poznamenať, že
hodnota číselnej konštanty pre výpočet týchto prúdov podľa
Ilkovičovej rovnice nie je rovnaká. Pozri napr. J. Heyrovský,
J. Kůta : Základy polarografie, Nakl. ČSAV, Praha 1962, str.
63-64)
Na obr. 2.20 sú zobrazené i-t krivky pre prípad, keď je koncentrácia elektroaktívnej látky dostatočne vysoká na to, aby príspevok faradaického prúdu ku celkovému meranému prúdu bol značne vyšší ako príspevok kapacitného prúdu. V prípade nízkych koncentrácií elektroaktívnej látky to však neplatí a oba príspevky majú porovnateľnú intenzitu (obr. 2.21). V prípade netlmených zapisovačov sú polarogramy skreslené vysokými prúdovými osciláciami pre jednotlivé kvapky, tlmené zapisovače tieto oscilácie potláčajú, ale zároveň deformujú sklon polarografických vĺn.
Obr. 2.20
Závislosti okamžitého prúdu na čase registrované
osciloskopom (plná čiara), tzv. "netlmeným" zapisovačom
(bodkovane) a tlmeným zapisovačom (bodkočiarkovane), bližšie
v texte
faradaický prúd | nabíjací (kapacitný) prúd | celkový prúd |
Obr. 2.21
Súčet faradaického a kapacitného prúdu
Ako sa môžeme dopracovať od ťažko vyhodnotiteľných klasických polarogramov k tzv. tast polarogramom?
Obr. 2.22
Interval merania u tast polarografie vzhľadom k priebehu prúdu
Obr. 2.23 Klasický polarogram zaznamenaný netlmeným zapisovačom |
Obr. 2.24 Tast polarogram |
Tast polarografia sa od klasickej polarografie líši tým, že prúd regist-rujeme iba v krátkom časovom intervale tM ku koncu života kvapky. (Aby boli kvapky rovnaké a meranie prúdu synchronizované s odkvapkávaním ortuti, používa sa mechanický odtrhávač kva-piek.)
Porovnanie priebehu kapacitného a faradaického prúdu na kvapkajúcej ortuťovej elektróde je na obr. 2.22.
Počas celého merania (podobne ako u klasickej polarografie) sa na ortu-ťovú kvapkovú elektródu vkladá potenciál, ktorý sa mení lineárne s časom.
Keby bola meracia a registračná aparatúra zapnutá po celý čas merania a používali by sme netlmený zapisovač (osciloskop alebo strunový galvanometer s optickou registráciou), bola by odpoveď systému, ako je to naznačené na obr. 2.23.
V krátkom časovom intervale ku koncu života kvapky je podľa obr. 2.22 príspevok kapacitného prúdu k cel-kovému prúdu už zanedbateľný, a naopak, príspevok faradaického (difúzneho) prúdu dosahuje limitnú (maximálnu) hodnotu. Tast metóda eliminuje aj ostré kapacitné oscilácie na začiatku každej kvapky, takže výsledný tast polarogram má priebeh vyznačený na obr. 2.24.
Výhody tast metódy oproti klasickej polarografii sú nasledovné :
Nevýhodou tast metódy (oproti
pokročilejším pulzovým metódam) je skutočnosť, že väčšina
faradaického prúdu, ktorá prechádza systémom počas života
kvapky, prechádza vlastne bez úžitku, lebo registrácia sa zapína
iba ku koncu života kvapky. Je to na úkor citlivosti, pretože
okolie kvapky sa počas celého života kvapky vyčerpáva o
elektroaktívnu látku, takže ku koncu života kvapky sa difúziou
dostáva k elektróde už menej elektroaktívnej látky, ako by
mohlo byť pri inom usporiadaní experimentu. Uvedený nedostatok
sa neprejavuje u normálnej pulzovej polarografie a u diferenčnej
normálnej pulzovej polarografie, pri ktorých metódach je
elektrolýza po väčšiu časť života kvapky zablokovaná.
2.5 PULZOVÉ VOLTAMPÉROMETRICKÉ TECHNIKY
2.5.1 NORMÁLNA PULZOVÁ POLAROGRAFIA A VOLTAMPÉROMETRIA (NPP, NPV)
Táto metóda predstavuje výrazný pokrok oproti klasickej polarografickej metóde a vyžaduje aj zložitejšiu inštrumentáciu. Zaviedli ju Barker a Gardner začiatkom 60-tych rokov.
Na obr. 2.25 je znázornený priebeh potenciálu, ktorý vkladáme na kvapkajúcu resp. stacionárnu ortuťovú elektródu.
Obr. 2.25
Časový priebeh polarizačného potenciálu pri NPP
Potenciál elektródy je z väčšej časti merania udržiavaný na hodnote E0, pri ktorej elektrolýza prakticky neprebieha, takže koncentrácia elektroaktívnej látky pri povrchu elektródy je rovnaká, ako v objeme roztoku. Po uplynutí určitej čakacej doby, meranej od začiatku živo-ta kvapky, sa potenciál skokom zmení na hodnotu E, na ktorej zotrvá približne 50 ms (doba pulzu tp) a opäť sa skokom vráti na hodnotu E0. Prúd sa vzorkuje spôsobom TAST na konci doby pulzu ešte predtým, ako mechanický odtrhávač kvapiek odbije "použitú" ortuťovú kvapku.
Počas záznamu meriame prakticky už iba faradaický prúd, lebo kapacitná zložka prúdu odznela z prevažnej časti už na začiatku pulzu. Zapisovač registruje signál, ktorý je úmerný vzorkovanému prúdu dovtedy, kým sa na ďalšej kvapke nenavzorkuje nový prúd na konci ďalšieho pulzu. Ako vidíme z obr. 2.25, na každú ďalšiu kvapku sa privedie pulz o vyššej amplitúde. Rýchlosť polarizácie, čo je v tomto prípade zmena amplitúdy pulzu s časom, je u NPP podobná ako u klasickej polarografie.
Tvar NP polarogramov pripomína klasické polarogramy (obr. 2.26), sú však bez oscilácií a s efektívne potlačeným nabíjacím prúdom.
Tejto skutočnosti zodpovedá aj vysoká citlivosť NPP metódy (prah citlivosti pre reverzibilné deje je 1 . 10-8 mol/l, pre ireverzibilné okolo 1 . 10-7 mol/l, často aj menej). V praxi sa NPP používa najmä pre stanovenie koncentrácií medzi 10-6 a 10-7 mol/l.
Metóda NPP má podrobne rozpracovaný teoretický základ aj pre štúdium kinetiky elektródových procesov. V takom prípade sa NPP kombinuje s tzv. inverznou alebo reverznou pulzovou polarografiou (iPP resp. RPP, inverse resp. reverse pulse polarography). Pri uvedenej
Obr. 2.26 NP polarogram |
Obr. 2.27 DP polarogram |
inverznej metóde sa počiatočný potenciál Ei volí taký, pri ktorom difúzny prúd nadobúda limitnú hodnotu. Amplitúda pulzov postupne narastá, ale v opačnom smere ako v prípade NPP (obr. 2.28).
Obr. 2.28
Porovnanie priebehu polarizačného potenciálu pri NPP a RPP
2.5.2 DIFERENČNÁ PULZOVÁ
POLAROGRAFIA A VOLTAMPÉROMETRIA (DPP, DPV)
V porovnaní s normálnou pulzovou polarografiou dosahuje diferenčná pulzová polarografia (alebo voltampérometria) ešte vyššiu citlivosť a najmä lepšiu rozlišovaciu schopnosť. Dnešné elektrochemické analyzátory sú všetky vybavené touto technikou. Základná charakteristika tejto metódy :
Obr. 2.29
Časový priebeh polarizačného potenciálu pri DPP
Na obr. 2.29 je znázornený priebeh potenciálu pri DPP a na obr. 2.27 je výsledný diferenčný pulzový polarogram (ten svojím tvarom pripomína deriváciu NP polarogramu, ale nie je to derivácia !) s vyznačenými dôležitými parametrami, ktoré sú :
V prípade reverzibilných elektródových procesov potenciál píku Ep korešponduje s polvlnovým potenciálom z klasickej polarografie, preto vychádzame pri odvodení základných vzťahov pre DPP z Heyrovského-Ilkovičovej rovnice, ktorá popisuje klasickú polarografickú vlnu
![]() |
(2.22) |
kde id je limitný difúzny prúd, ostatné symboly majú obvyklý význam. Keď z vyššie uvedenej rovnice vyjadríme explicitne prúd i ako funkciu vkladaného potenciálu
![]() |
(2.23) |
a zavedieme substitúciu
![]() |
(2.24) |
potom po derivácii vzťahu (2.23)
podľa E pre malé hodnoty amplitúdy pre prúd D i meraný pri DPP platí
![]() |
(2.25) |
Po dosadení za limitný difúzny prúd z Cottrellovej rovnice (1.19)
![]() |
dostaneme
![]() |
(2.26) |
Prúd meraný v maxime DPP krivky (t.j. pri E = E1/2 , kde funkcia P = 1) má hodnotu
![]() |
(2.27) |
Túto rovnicu odvodili Parry a Osteryoung pre malé hodnoty D E.
Dôležitá je lineárna kalibračná závislosť D ip na koncentrácii, ako aj lineárna závislosť D ip na amplitúde pulzu D E pre malé hodnoty D E.
V prípade veľmi zriedených roztokov môžeme zvýšením amplitúdy pulzu nad hodnotu RT/nF (t.j. okolo 25/n mV) zvýšiť intenzitu analytického signálu a zlepšiť si podmienky stanovenia. Zároveň však dôjde aj k istej deformácii DPP krivky a tá už nebude zodpovedať vzťahu (2.27) podľa Parryho a Osteryounga, a ani poloha Ep v takom prípade nebude zodpovedať polohe E1/2. Všeobecne platí nasledovný posun Ep v závislosti od hodnoty D E:
![]() |
(2.28) |
Pri použití veľkých hodnôt pre amplitúdu pulzu (D E > 50 mV ) platí pre prúd DPP píku:
![]() |
(2.29) |
pričom
![]() |
(2.30) |
Dôležitou charakteristikou DPP píkov je ich šírka, resp. tzv. polšírka píku W1/2, pre ktorú v prípade reverzibilného elektródového procesu s použitím amplitúdy pulzu D E < RT/nF platí vzťah (2.31).
![]() |
(2.31) |
Polšírka píku (udáva sa v mV) je vzdialenosť medzi dvoma bodmi v mieste, kde prúd dosahuje polovičnú hodnotu prúdu píku, t.j. D ip/2. V prípade reverzibilného procesu závisí polšírka píku od počtu vymenených elektrónov n nasledovne:
n |
1 |
2 |
3 |
W1/2 [mV] |
90,4 |
45,2 |
30,1 |
Pri použití vyšších hodnôt amplitúd pulzu sa DPP pík rozširuje (hodnota polšírky píku rastie, ako to vidno na obr. 2. 30).
Obr. 2.30
Vplyv amplitúdy pulzu D E na výšku a polšírku DP píku
Čím menšia je hodnota D E, tým re-verzibilnejšie sa systém
chová. Čiarkovane kreslený voltampérogram pre 12,5 mV bol
registrovaný so štvornásobne vyššou citlivosťou ako ostatné
kvôli lepšiemu zviditeľneniu jeho polšírky.
Zloženie roztoku : 0,5 mmol/l Cd2+ v 0,1 mol/l
KCl
Elektróda : stacionárna ortuťová kvapková
Metóda : FS DPV, v = 20 mV/s
Doteraz sme spomínali iba reverzibilné elektródové deje. Čím ireverzibilnejší je elektródový proces, tým nižšie a širšie (menej strmé) sa javia aj jeho DPP píky. S tým súvisí aj nižšia hranica stanoviteľnosti v prípade ireverzibilných procesov, a síce okolo 1 . 10-7 mol/l oproti 1 . 10-8 mol/l pre reverzibilné procesy.
Pri meraniach metódou DPP sa často stretávame s tzv. tenzametrickými píkmi (nefaradaickými píkmi zapríčinenými adsorpčno - desorpčnými vlastnosťami neelektroaktívnych povrchovoaktívnych látok). Keď chceme rozlíšiť, či ide o faradaický alebo tenzametrický pík, musíme zaregistrovať aj klasický DC polarogram alebo voltampérogram. Na DC polarograme (alebo voltampérograme) sa tenzametrická vlna neobjaví, ale faradaický proces áno.
Z uvedeného vyplýva, že prítomnosť povrchovoaktívnych látok v roztoku pôsobí často rušivo, lebo rôznym spôsobom komplikuje sledovanie elektródových procesov.
Záverom treba poznamenať a zdôrazniť, že hoci boli pulzové metódy pôvodne vyvinuté pre kvapkajúcu ortuťovú elektródu, dnes sa veľmi úspešne používajú aj so stacionárnymi elektródami, a vtedy hovoríme o pulzovej voltampérometrii. Tu nemôžeme nespomenúť dnes často používanú metódu DPV s rýchlym záznamom, tzv. fast scan DPV (FS DPV), pri ktorej sa potenciál mení rýchlosťou 20 - 50 mV/s.
2.5.3 DIFERENČNÁ NORMÁLNA PULZOVÁ VOLTAMPÉROMETRIA (DNPV)
Táto metóda sa používa predovšetkým pri meraniach in vivo (na pokusných zvieratách), pretože tvar aplikovaného napätia (obr. 2.31) minimalizuje čas, počas ktorého dochádza k elektrolytickým procesom, a tým šetrí okolité tkanivo pred poškodením.
Obr. 2.31
Napätie vkladané pri metóde DNPV
V čase medzi jednotlivými "dvojpulzami" je na pracovnú elektródu vložený počiatočný potenciál Ei, pri ktorom nedochádza k elektrolýze. Počas každého dvojpulzu sa prúd vzorkuje dvakrát v miestach označených ako S1 a S2, pričom sa registruje rozdiel týchto prúdov. Registrovaný prúdový signál je podobný ako pri DPV metóde (pík). Táto metóda v sebe spája výhody normálnej aj diferenčnej pulzovej voltampérometrie.
2.6 VOLTAMPÉROMETRIA SO STRIEDAVOU ZLOŽKOU NAPÄTIA
2.6.1 AC POLAROGRAFIA A VOLTAMPÉROMETRIA
Jedna z prvých modifikácií klasickej polarografie, pochádzajúca ešte zo 40-tych rokov, je tzv. AC polarografia (voltampérometria), čiže polarografia so striedavým prúdom (AC podľa alternating current), ktorú vypracoval Breyer. Princíp tejto metódy vystihuje obr. 2.32 .
Na jednosmerné napätie EDC lineárne narastajúce s časom (rýchlosťou napr. dEDC/dt = = 2 mV/s) superponujeme striedavé napätie sinusového tvaru
E~ = D E~ sin w t | (2.32) |
(kde w = 2p f je kruhová frekvencia) o malej amplitúde D E~ (najčastejšie okolo 5 až 50 mV, s frekvenciou f = 5 až 50 Hz, výnimkou však nie sú ani frekvencie poriadku 100 Hz). Rytmické oscilácie potenciálu sú sprevádzané osciláciami prúdu, ktoré sú najvýraznejšie v oblasti polarografickej vlny (obr. 2.32b). Jednosmerná zložka prúdu sa elektronickým spôsobom odblokuje a registruje sa iba striedavá zložka prúdu i~ (niekedy sa označuje aj ako iAC) v závislosti od jednosmerného napätia EDC (obr. 2.32c).
Obr. 2.32
Princíp AC polarografie
a - časový priebeh vkladaného napätia,
b - vznik striedavej zložky prúdu, vyvolaného striedavou zložkou
napätia,
c - ideálny AC polarogram (tastovaný, bez oscilácií)
Elektrochemická cela (nádobka s elektródami a so skúmaným roztokom) predstavuje pri vnútenom striedavom napätí pomerne zložitý elektrický systém. Prúdová odpoveď takéhoto systému pozostáva okrem striedavého prúdu o základnej frekvencii, totožnej s frekvenciou striedavého napätia, aj z tzv. vyšších harmonických zložiek o frekvenciách 2f, 3f atď. Na obr. 2.33 sú pre ilustráciu zaznamenané základný aj druhý harmonický polarogram na kvapkajúcej ortuťovej elektróde. Oscilácie spôsobené odkvapkávaním kvapkovej elektródy môžeme odstrániť tzv. tastovaním.
Obr. 2.33
AC polarogramy 3 . 10-3 mol/l Cd2+ v
0,1 mol/l Na2SO4, D E~
= 5 mV, f = 320 Hz, d EDC/ d t = 25
mV/min.
a - základný, b - druhý harmonický (konvenčný), c -
druhý harmonický s fázovocitlivým záznamom
Základný AC polarogram (alebo AC voltampérogram) má tvar píku. Polšírka píku W1/2 v prípade reverzibilných dejov a pre malé amplitúdy striedavého napätia D E~ < 10/n mV je rovná 90,4/n mV (podobne ako u DP záznamov), pre väčšie hodnoty D E~ > 10 mV sa AC píky rozširujú. Aj v prípade AC polarografie sa prúd skladá z faradaickej (elektrolytickej) a kapacitívnej (nabíjacej) zložky (obr. 2.32c).
Faradaická zložka striedavého prúdu o základnej frekvencii f (zodpovedajúcej kruhovej frekvencii w = 2p f), vyvolaného striedavým napätím o malej amplitúde (<10 mV) je daná rovnicou
i~ = D I~ sin (w t + p /4) | (2.33) |
kde D i~ je amplitúda striedavého prúdu, ktorá pre reverzibilný proces nadobúda maximálnu hodnotu ip~ pri potenciáli Ep~ = E1/2 :
![]() |
(2.34) |
kde A je povrch elektródy, w = 2p f je frekvencia striedavého napätia, D E~ je amplitúda striedavého napätia, ostatné parametre majú obvyklý význam.
Z vyššie uvedenej rovnice je treba vyzdvihnúť priamu úmernosť ip~ na koncentrácii elektroaktívnej látky c a na amplitúde striedavého napätia. Posledná úmernosť platí iba v limitovanej oblasti malých hodnôt D E~, konkrétne pre hodnoty menšie ako 10/n mV.
Tu treba poznamenať, že kým faradaická zložka striedavého prúdu je oproti vloženému potenciálu fázove posunutá o p /4 (čo zodpovedá fázovému uhlu 45° ), zatiaľ kapacitná zložka striedavého prúdu ic~ je fázove posunutá o p /2, podľa vzťahu
ic~ = Cd D E~ cos w t = Cd D E~ sin (w t + p /2) | (2.35) |
kde Cd je diferenciálna kapacita dvojvrstvy pri príslušnom potenciáli EDC. Kapacitný prúd má síce nežiaduci vplyv na vyhodnocovanie faradaického prúdu, lebo limituje použitie AC polarografie pri nízkych koncentráciách elektroaktívnej látky, na druhej strane sa však dá využiť pre štúdium adsorpcie povrchovoaktívnych látok (viď ďalej).
Obr. 2.34 Vypočítané AC1 voltampérogramy pre kvázireverzibilný systém Ox + e < ====> R a pre hodnotu heterogénnej rýchlostnej konštanty k0 1 - Ą cm/s 2 - 1 cm/s 3 - 0,1 cm/s 4 - 0,01 cm/s |
Obr. 2.35 Vplyv kinetiky predchádzajúcej chemickej reakcie na tvar druhej harmonickej AC polaro grafickej krivky elektródového procesu (2.38) v prípade: 1- k1/k2 = K = Ą 2 - K = 1 ; k1 = 1 . 103 s-1 3 - K = 0,1 ; k1 = 1 . 103 s-1 |
Z analytického hľadiska je dôležité si uvedomiť, že čím viac sa chovanie sledovaného systému líši od reverzibilného, tým je AC prúdový signál nižší. Na obr. 2.34 je vidieť závislosť výšky píku AC voltampérogramu od hodnoty štandardnej heterogénnej rýchlostnej konštanty k0. (Pre porovnanie : pri klasickej DC polarografii sa ireverzibilita systému prejaví iba v zmene strmosti polarografickej vlny, zatiaľ čo výška limitného difúzneho prúdu ostáva konštantná.)
Pre ireverzibilné procesy sa potenciál AC píku posúva vzhľadom k DC polarografickému polvlnovému potenciálu :
![]() |
(2.36) |
pričom
![]() |
(2.37) |
kde
a
f k0 td ![]() |
je
koeficient prenosu náboja je štandardná heterogénna rýchlostná konštanta ireverzibilného procesu je doba kvapky reverzibilný polvlnový potenciál je totožný so štandardným redox potenciálom |
Ostatné symboly majú obvyklý význam.
Vzťah (2.36) naznačuje, že s rastúcou frekvenciou striedavého napätia sa Ep~irev posúva v prípade redukčného procesu k negatívnejším hodnotám potenciálov vzhľadom k ireverzibilnému polarografickému polvlnovému potenciálu.
Obr. 2.36
Polarografické stanovenie kyseliny listovej (vitamín B9),
porovnanie metód DPP a AC polarografie. Roztok obsahoval 5,95 m
g/ml kyseliny listovej v 0,1 mol/l acetátovom pufri (pH=4.4).
Podmienky:
DPP (1) v = 2 mV/s t1 = 1 s D E = 15 mV |
AC (2) dtto dtto dtto (tu amplitúda), frekvencia f = 200 Hz |
Vzhľadom k veľkej citlivosti AC polarografického signálu ku kinetike prenosu náboja (obr. 2.34) sa táto metóda používa aj pre štúdium kinetiky elektródových procesov, či už samotných, alebo s nimi spriahnutých chemických reakcií. Namiesto kriviek so základnou frekvenciou (tzv. AC1 polarogramov) sa však častejšie používajú druhé (zriedkavejšie aj vyššie) harmonické (tzv. AC2 polarogramy), ktoré sa registrujú pomocou frekvenčného filtra.
Tvar druhej harmonickej AC polarografickej krivky je silne závislý jednak na kinetike prenosu náboja, jednak na kinetike predchádzajúcich chemických reakcií. Obr. 2.35 ilustruje vplyv kinetiky predchádzajúcej chemickej reakcie na tvar AC2 polarogramu pre redox systém s predradenou pomalou chemickou reakciou:
![]() |
(2.38) |
Treba zvlášť zdôrazniť, že vďaka svojmu charakteru sa AC techniky s výhodou používajú pri stanovení takých látok, ktoré sa silne adsorbujú na elektróde. V takých prípadoch niekedy zistíme, že AC signál môže (ale nemusí) byť viacnásobne citlivejší ako DP signál (pri porovnateľných experimentálnych podmienkach, ako na obr. 2.36).
V prípade zložitých systémov s viacerými elektroaktívnymi látkami, ako je napr. multivitamínová tabletka, sa odporúča jednotlivé elektroanalytické techniky kombinovať tak, aby bolo možné stanoviť každú látku s čo najväčšou citlivosťou (obr. 2.37). Vitamíny C a B2 môžeme výhodne stanoviť DPP metódou (obr. 2.37a), zatiaľ čo pre vitamíny K3, B2 a B9 lepšie vyhovuje AC polarografická metóda (obr. 2.37b). Pre stanovenie amidu kyseliny nikotínovej (vitamín PP) metódou DPP je potrebné upraviť pH základného elektrolytu pridaním NaOH (obr. 2.37c).
Výhodou AC polarografie oproti DC variantu je skutočnosť, že sa dá použiť aj v prípade adsorbabilných elektroneaktívnych látok. Prúdové maximá zaregistrované v takých prípadoch nazývame tenzametrické (odtiaľ názov tenzametria).
Obr. 2.37
Stanovenie zmesi vitamínov v multivitamínovej tabletke (zloženie
: 50 mg vitamínu C, 0,5 mg vitamínu K3,
3 mg vitamínu B2 (riboflavín), 0,5 mg
vitamínu B9 (kyselina listová), 20 mg
amidu kyseliny nikotínovej (AKN) )
2.6.2 SQUARE WAVE POLAROGRAFIA ALEBO VOLTAMPÉROMETRIA (SWP, SWV)
Od klasickej AC voltampérometrickej techniky popísanej v predchádzajúcej kapitole sa square wave (SW) polarografia alebo voltampérometria líši tým, že namiesto malého sinusového napätia superponujeme na lineárne rastúce DC napätie malé striedavé napätie obdĺžnikového tvaru.
SW voltampérometria je v súčasnosti často kombinovaná s predchádzajúcim adsorptívnym nahromadením analytu na stacionárnej elektróde (bližšie v stati 2.8) a následným rýchlym záznamom, pričom potenciál elektródy sa mení podľa schémy na obr. 2.38, na ktorom sú označené parametre nasledovne : amplitúda ako Esw, krok alebo stupeň ako D Es , SW perióda alebo cyklus ako t a čas akumulácie ako td. Prúd sa vzorkuje vždy na konci každého polcyklu v miestach označených číslami 1 a 2, pričom sa registruje rozdiel týchto prúdov (i1 - i2). SW polarogram alebo voltampérogram má tvar píku symetrického okolo hodnoty polarografického E1/2 (obr. 2.39).
Často používané parametre pri SW metódach sú f = 50 Hz (ale aj 100 - 200 Hz), v = 0,5 V/s, krok 5 - 10 mV a amplitúda 50 mV.
V súčasnosti má SWV široké uplatnenie pri stanovení pesticídov, farmaceutík a povrchovoaktívnych látok vôbec (tenzametrické píky). Vďaka svojej rýchlosti sa mimoriadne dobre uplatňuje v kombinácii s HPLC, kde umožňuje rozlíšiť koeluujúce píky.
Obr. 2.38 Priebeh potenciálu pri modernej SWV | Obr. 2.39 SW polarogramy
niektorých katiónov v šťaveľanovom tlmivom roztoku a - 0,5 ppm Cu, Pb, 0,2 ppm Cd, 2 ppm Sn(IV) b, c - štandardné prídavky po 0,25 ppm Cu, 0,2 ppm Cd, 0,5 ppm Pb a 2 ppm Sn(IV) |
2.7 ELEKTROCHEMICKÁ ROZPÚŠŤACIA ANALÝZA (ERA)
Pre túto metódu jestvuje viacero alternatívnych pomenovaní : inverzná voltampérometria, rozpúšťacia polarografia alebo voltampérometria, anodická (alebo katodická) stripping voltampérometria (ASV resp. CSV), alebo stripping analýza (z anglického to strip = olúpať, strhnúť, vyzliecť).
Dobré uplatnenie našla ERA pri stanovení ťažkých kovov v materiáloch zo životného prostredia predovšetkým vďaka pomerne nízkym finančným nákladom v porovnaní s inými rovnako citlivými analytickými metódami. Dôležitou prednosťou ERA (ako aj ostatných elektroanalytických metód vo všeobecnosti) je skutočnosť, že poskytuje informácie nielen o celkovej koncentrácii sledovanej látky, ale aj o jej redox stave, prípadne o jej viazanosti do komplexov (tu ide o tzv. špeciáciu).
Pri dnešných možnostiach automatizácie analytických stanovení - k čomu má ERA dobré predpoklady - sa značne skracuje aj čas, potrebný pre jednu analýzu. ERA sa dá výhodne použiť aj pri kontinuálnych prietočných meraniach, ako aj pri meraniach "in situ", t.j. bez úpravy vzorky.
Limitujúcim faktorom ERA je to, že sa obmedzuje iba na elektroaktívne prvky, t.j. asi na 30 kovov (Ag, As, Au, Ba, Bi, Cd, Co, Cs, Cu, Ga, Ge, Hg, In, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Pt, Rb, Rh, Sb, Se, Sn, Sr, Tc, Te, Zn) a na niektoré nekovy (anióny, ktoré tvoria nerozpustné zlúčeniny s ortuťou, ako sú halogenidy, tioly, sulfidy - tie možno stanoviť katodickou verziou ERA).
ERA je taká analytická technika, ktorá využíva elektrolytický stupeň na zakoncentrovanie analyzovanej látky z veľmi zriedeného roztoku vzorky do materiálu pracovnej elektródy alebo na povrch pracovnej elektródy. Väčšina postupov aplikuje predchádzajúcu koncentráciu analyzovanej látky do ortuťovej (stacionárnej kvapkovej alebo filmovej na pevnom nosiči) elektródy. V takom prípade môžeme túto predkoncentráciu do ortuťovej fázy považovať za účinnú elektrochemickú extrakciu, výsledkom ktorej sa analyzovaná látka nachádza vo fáze ortuti v oveľa (100- až 1000-krát, ojedinele až 106-krát) vyššej koncentrácii, ako v pôvodnom zriedenom roztoku.
Metóda ERA je účinná predovšetkým pri stanovení stopových koncentrácií kovov, ktoré tvoria s ortuťou amalgámy. Ióny takých kovov, ktoré sú veľmi elektropozitívne (ušľachtilé) - Hg2+, Au3+, Ag+, Pt4+ - sa nechávajú vylučovať na pevných elektródach, ako sú sklovitý uhlík alebo zlato (lebo ortuťová elektróda by sa pri pozitívnych potenciáloch rozpúšťala).
Princíp elektrochemickej rozpúšťacej analýzy je schematicky znázornený na obr. 2.40.
V prvom stupni zvolíme vhodný vylučovací potenciál Ed, ktorý musí byť negatívnejší, ako je polvlnový potenciál iónov kovov, ktoré stanovujeme. Vhodné je zvoliť vylučovací potenciál z intervalu na limitnom prúde polarografickej vlny (obr. 2.41), ale tak, aby iné ióny pritom neinterferovali. ( Napr. Bi3+ možno selektívne redukovať v potenciálovej oblasti od 0 do -0,2 V vs. SCE, zatiaľ čo Bi3+, Cu2+, Pb2+, Cd2+ a Zn2+ sa redukujú súčasne pri -1,3 V vs. SCE. Dvojicu Cu2+ a Bi3+ možno selektívne vylúčiť pri -0,4 V vs. SCE.)
Počas vylučovania (depozície) sa roztok intenzívne (a rovnomerne !) mieša, aby sa zabezpečil čo najvyšší prísun analytu k elektróde.
Ak chceme docieliť vyššiu citlivosť stanovenia, zvýšime čas depozície. Tým vzrastie hladina zakoncentrovania na (alebo v) elektróde, takže v rozpúšťacom stupni bude k dispozícii viac analytu. Aj pri značnom predĺžení času depozície však ešte nedochádza k úplnému vyčerpaniu elektroaktívnej látky z roztoku.
Počas merania je dôležité zachovávať všetky experimentálne parametre (potenciál a čas depozície, intenzitu miešania, čas ustálenia, rýchlosť posunu potenciálu atď.) konštantné.
Obr. 2.40 Princíp ERA schematicky
Za prvým stupňom (čas depozície) nasleduje tzv. oddychový čas (10-20 s), počas ktorého sa ešte stále vkladá na elektródu potenciál depozície, ale miešadlo sa vypne. Prísun elektroaktívnej látky k elektróde konvekciou prestane, aj koncentrácia vylúčenej elektroaktívnej látky v amalgáme v rôznych častiach kvapkovej elektródy sa vyrovná. Elektróda je pripravená k meraniu.
Poznámka: V tomto čase je možné - keď je to potrebné - vymeniť elektrolyt za iný, taký, v ktorom proces rozpúšťania (a tým aj sledovanie anodického prúdu) prebieha výhodnejšie,resp. v ktorom nie sú látky, ktoré by pôsobili rušivo.
V poslednom stupni prebieha vlastné rozpúšťanie, roztok sa počas merania nemieša. Potenciál sa mení lineárne (pri DC ASV alebo DC CSV, prípadne aj LS ASV/CSV) alebo
Obr. 2.41 a - klasický polarogram roztoku iónov kovov b - DP ASV stanovenie toho istého roztoku |
Obr. 2.42 a - DC, rýchlosť polarizácie 50 mV/s b - DP stripping voltampérogramy roztoku obsahujúceho 30 ppb Cd, 75 ppb Pb a 65 ppb Cu HMDE, rýchlosť polarizácie 5 mV/s |
spôsobom DPV (tento spôsob označujeme ako DP ASV/CSV), prípadne SWV smerom od katodických k anodickým hodnotám potenciálov (u CSV opačne). Pri potenciáloch, ktoré sú charakteristické pre jednotlivé elektroaktívne látky, dochádza k rozpúšťaniu jednotlivých kovov z amalgámu do roztoku, čo sa prejaví prechodom anodického prúdu. Pri DC aj pri DP zázname pozorujeme rozpúšťacie krivky v tvare píkov, pričom plocha ohraničená píkom je úmerná koncentrácii príslušnej elektroaktívnej látky v roztoku.
Poznámka : Pri DC zázname píky obyčajne "chvostujú", a ak ležia blízko seba, je ťažké ich odlíšiť alebo vyhodnotiť. Pri DP zázname pozorujeme obyčajne lepšiu separáciu píkov (porovnaj obr. 2.42).
Tvar rozpúšťacích kriviek môže byť ovplyvnený aj materiálom a stavom (úpravou) povrchu elektródy (obr. 2.43).
Pri analytickom stanovení ťažkých kovov používame najčastejšie metódu štandardných prídavkov. Medza stanoviteľnosti pri aplikácii ERA nezávisí od citlivosti použitého experimentálneho zariadenia (nie je problém nejaký malý signál patrične zosilniť), ale od čistoty použitých chemikálií, vody a aj od ovzdušia v laboratóriu. Z uvedeného dôvodu je bezpodmienečne nutné venovať zvýšenú starostlivosť zásadám práce v stopovom laboratóriu (počnúc odberom, uchovávaním a úpravou vzoriek, cez čistenie nádoba pomôcok pre použitie pri stopových analýzach, až po výber chemikálií a úpravu samotného laboratória pre stopovú analýzu. Pozri napr. M. Čakrt a kol.: Metódy a postupy elektrochemickej analýzy 1, HSC Servis, Bratislava 1993, str. 23-67).
Obr 2.43
Porovnanie vplyvu materiálu a povrchu elektródy na tvar rozpúšťacích
kriviek 0,2 m mol/l Cd2+, Pb2+,
In3+ a Cu2+ v 0,1
mol/l KNO3, rýchlosť záznamu v = 5 mV/s
a - SMDE, td = 30 min, b - pyrolytický
grafit, td = 5 min, c - neleštený
sklovitý uhlík, td = 5 min, d - leštený
sklovitý uhlík, td = 5 min
V prípadoch b-d ide o tzv. Florence-ovu elektródu (RDE,
3000 ot/min, konc. Hg2+ = 3 .10-5
mol/l
Výsledkom kombinácie predkoncentrujúceho (či zakoncentrujúceho) stupňa a moder-ného spôsobu detekcie rozpúšťacieho prúdu (pulzové metódy) je veľmi výhodný pomer signálu k šumu pri ERA, ktorý dovoľuje stanovovať koncentrácie v oblasti :
Tvorba intermetalických zlúčenín predstavuje isté komplikácie pri použití ERA. Prejavuje sa to najmä vtedy, keď použijeme tenkovrstvové ortuťové filmové elektródy. Ak je v roztoku nadbytok Cu2+ alebo Zn2+, píky ostatných ťažkých kovov, ktoré sú prítomné iba v stopovom množstve, môžu byť nejakým spôsobom deformované (posunuté, čiastočne potlačené, prípadne môžu aj chýbať). Komplikáciám tohto druhu sa môžeme vyhnúť, ak používame stacionárnu kvapkovú ortuťovú elektródu.
Od ktorých experimentálnych parametrov závisia prúd píku a potenciál píku, pozorované a merané pri metóde ERA ?
Pri použití stacionárnej ortuťovej kvapkovej elektródy pre systém, ktorý sa rozpúšťa v materiáli elektródy, pri DC zázname platí vzťah, ktorí odvodili Reinmuth a nezávisle Nicholsonová a Shain :
![]() |
(2.39) |
(sférická korekcia), kde
k1, k2 n v r0 td DR(Hg) |
sú
číselné konštanty počet vymenených elektrónov rýchlosť posunu potenciálu polomer ortuťovej kvapky čas depozície difúzny koeficient redukovanej formy v amalgáme |
Pre analytiku je najdôležitejší fakt, že prúd píku ip je priamo úmerný koncentrácii oxidovanej formy v roztoku. A navyše - v prípade vysokých rýchlostí posunu potenciálu v sa člen pre sférickú korekciu stane zanedbateľne malým.
Pozor ! Na rozdiel od
Randlesovej a Ševčíkovej rovnice (2.7) (ktorá platí pre prúd
píku v prípade obyčajnej DCV) v prípade ERA s DC záznamom (LS
ASV) prúd píku ip nie je podľa rovnice (2.39)
priamo úmerný povrchu elektródy A (a tým aj ). Pre potenciál píku
pri DC ASV zázname platí:
![]() |
(2.40) |
Za analogických podmienok pre DP záznam platia nasledovné vzťahy pre potenciál a prúd píku :
![]() |
(2.41) |
![]() |
(2.42) |
kde D E je amplitúda pulzu a ostatné symboly majú obvyklý význam.
Rovnicu (2.42), ktorá je značne zjednodušená a platí iba pre malé hodnoty D E, odvodili Lund a Onshus.
V prípade ortuťovej filmovej elektródy (MFE) odvodili de Vries a van Dalen pre prúd píku pri DC zázname (pre taký systém, ktorý tvorí s ortuťou amalgám) :
![]() |
(2.43) |
pričom hodnota číselnej konštanty (const) je podľa rôznych prameňov rôzna, A je povrch (plocha) filmovej elektródy, l je hrúbka filmu, cR(Hg) je koncentrácia redukovanej formy v amalgáme, ostatné symboly majú obvyklý význam.
Pozor ! Exponent a nadobúda hodnoty v intervale a Î (0,5 ; 1).
Pre veľmi tenké filmy je prúd píku ip priamo úmerný rýchlosti polarizácie v, zatiaľ čo pre hrubé filmy je ip úmerný va .
Pre potenciál píku na MFE pri DC zázname platí
![]() |
(2.44) |
kde d je hrúbka difúznej vrstvy (závisí od intenzity miešania roztoku), l je hrúbka filmu, v je rýchlosť posunu potenciálu, DOx je difúzny koeficient oxidovanej formy v roztoku a ostatné symboly majú obvyklý význam.
2.8 ADSORPTÍVNA STRIPPING VOLTAMPÉROMETRIA (AdSV)
Niekedy sa táto metóda označuje aj ako adsorptívna alebo akumulačná voltampéro-metria, pretože na rozdiel od elektrochemickej rozpúšťacej analýzy (ERA v zmysle ASV aj CSV, viď stať 2.7), ktorá využíva na akumuláciu stanovovanej látky na elektróde elektrolytický stupeň, pri AdSV sa akumulácia látky na elektróde dosahuje jednoducho jej adsorpciou počas vhodne zvoleného akumulačného času tak pri vhodne zvolenom potenciáli Eak .
AdSV metóda využíva skutočnosť, že veľmi veľa organických látok vykazuje povrchovoaktívne vlastnosti, čo sa prejavuje ich adsorpciou z roztoku na fázových rozhraniach roztok - tuhá látka. Na fázovom rozhraní roztok - elektróda môžeme tento proces sledovať a využívať medziiným aj na kvantitatívne stanovenie príslušnej povrchovoaktívnej látky. Tu treba podčiarknuť, že nie v každom prípade ide o adsorpciu analytu samotného (ako je to v prípade diazepamu, vitamínu B12, rôznych pesticídov a pod.). Napríklad v prípade stanovenia katiónov Ni2+ a Co2+ sa z roztoku, do ktorého pridáme dimetylglyoxím (DMG), na ortuťovej elektróde v akumulačnom stupni adsorbujú DMG-komplexy týchto kovov práve vďaka povrchovoaktívnym vlastnostiam ligandu DMG, a v nasledujúcom tzv. "stripping" stupni sa redukujú centrálne atómy týchto komplexov.
Iný typ neelektrolytickej akumulácie pri stripping metódach predstavuje chemická interakcia analyzovanej látky s takým cielene modifikovaným povrchom elektródy, ktorý je citlivý na určitý druh analytu. (Táto oblasť je v súčasnosti veľmi rozvíjaná.)
Pri AdSV metóde rozoznávame faradaické aj nefaradaické píky. V prvom prípade ide o redukciu alebo oxidáciu naadsorbovanej látky na elektróde, v druhom prípade ide o tenzametrický (adsorpčno-desorpčný) pík elektroneaktívnej látky (detergenty, viaceré alkaloidy, oleje a i.).
Adsorptívne nahromadenie elektroaktívnej látky na stacionárnej ortuťovej elektróde pred vlastným záznamom prúdovej odozvy vedie k podstatnému zvýšeniu citlivosti voltampérometrickej metódy. Kombináciou AdSV s DP, AC, alebo SW spôsobom záznamu môžeme znížiť hranicu stanoviteľnosti pre niektoré látky až na úroveň 10-12 mol/l.
Teoretické pozadie AdSV
Na rozhraní dvoch fáz, napr. tuhej fázy a roztoku, reprezentovanými elektródou v roztoku, sa pôsobením medzipovrchových síl vytvára tzv. medzifázie, ktoré sa svojím zložením líši od zloženia oboch stýkajúcich sa fáz. Hrúbka tohto medzifázia má spravidla molekulárne rozmery. Keď sa pôsobením medzipovrchových síl zvyšuje koncentrácia látky na fázovom rozhraní v porovnaní s jej koncentráciou v roztoku, hovoríme o adsorpcii látky na povrchu tuhej fázy. Medzi koncentráciou na povrchu tuhej fázy a koncentráciou v roztoku sa ustaľuje adsorpčná rovnováha. Častice z roztoku môžu byť k povrchu tuhej fázy pútané silami fyzikálnymi, chemickými alebo elektrostatickými.
Množstvo naadsorbovanej látky je pri danej teplote závislé od jej koncentrácie v roztoku. Rýchlosť tvorby naadsorbovanej vrstvy je ovplyvnená jednak rýchlosťou vlastnej adsorpcie látky z vrstvičky roztoku v bezprostrednom styku s elektródou, jednak rýchlosťou difúzneho transportu látky z vnútra roztoku k povrchu elektródy. Pomalší z oboch procesov je rýchlosť určujúcim stupňom tvorby adsorbátu.
Najčastejšie sa uplatňujúcim prípadom pre adsorpčné nahromadenie vo voltampérometrii je rýchla adsorpcia, riadená rýchlosťou difúzie k elektróde, pre ktorú platí Korytov vzťah :
![]() |
(2.45) |
kde G max je maximálna hodnota povrchového nadbytku adsorbovanej látky pri úplnom pokrytí povrchu, t.j. pri Q = 1 ,
c je koncentrácia povrchovoaktívnej
látky v roztoku,
D je difúzny koeficient povrchovoaktívnej látky v roztoku,
tm je čas nutný k úplnému pokrytiu
elektródy.
Z rovnice (2.45) vyplýva, že medzi časom tm a 1/c2 je lineárna závislosť. Platnosť tejto rovnice je tiež kritériom pre adsorpčný proces riadený rýchlosťou difúzie.
Prúd píku zaznamenaný pre redox proces elektroaktívnej látky naakumulovanej na elektróde počas predchádzajúcej adsorpcie pri vhodne zvolenom potenciáli je úmerný povrchovému nadbytku tejto látky G :
ip = k A G | (2.46) |
kde k je konštanta úmernosti a A je povrch elektródy.
Pri úplnom pokrytí elektródy
povrchovoaktívnou látkou (t.j. pri Q = 1) pozorujeme maximálnu
hodnotu prúdového signálu , ktorý korešponduje s G max nasledovne:
![]() |
(2.47) |
Experimentálne sa zistilo, že pri kratších časoch akumulácie, t.j. pri tak << tm , čiže pri pokrytí elektródy Q << 1 , pre prúd píku platí
![]() |
(2.48) |
čo znamená, že čím nižšia je koncentrácia povrchovoaktívnej elektroaktívnej látky v roztoku, o to dlhší musí byť čas akumulácie tak a naopak.
Obr. 2.44
Povrchová vlna
V prípade, že závislosť ip - c nie je lineárna (tento jav pozorujeme pri vyšších pokrytiach elektródy, keď hodnota Q sa blíži k 1), musíme zmeniť podmienky stanovenia - a síce :
Voltampérogramy, ktoré registrujeme až po naakumulovaní analytu na elektróde, majú odlišný tvar od voltampérogramov pre elektródové procesy riadené difúziou elektroaktívnej látky k elektróde, ktoré sú popísané Randlesovou a Ševčíkovou rovnicou (2.10) alebo od kriviek ERA registrovaných na stacionárnej ortuťovej kvapkovej elektróde, popísaných rovnicami (2.39) a (2.42). Cyklický voltampérogram zaregistro-vaný na elektróde pokrytej monovrstvou elektroaktívnej látky má charakteristický tvar tzv. povrchovej vlny (surface wave) na obr. 2.44.
Povrchová vlna je v prípade reverzibilnej redox reakcie symetrická (anodický pík je zrkadlovým obrazom katodického a platí ç ipcç = ipa), lebo všetka reagujúca látka je prítomná v povrchovej vrstve na elektróde a nedochádza (v pozorovateľnej miere) k ďalšej difúzii z roztoku.
Separácia katodického a anodického píku je minimálna a približne platí
D E = Epc - Epa = 0 | (2.49) |
Polšírka píku u povrchovej
vlny je . V
prípade stabilizujúcich interakcií (príťažlivé sily )
medzi naadsorbovanými časticami analytu pozorujeme W1/2 <
90/n mV, a naopak, odpudivé sily medzi časticami spôsobujú
rozšírenie píkov, teda bude W1/2 > 90/n mV.
Vyšrafovaná plocha na obr. 2.44 predstavuje náboj, ktorý bol
spotrebovaný pri redox reakcii látky naadsorbovanej v
povrchovej vrstve a je úmerný povrchovému nadbytku
naakumulovanej látky G (a zároveň aj koncentrácii analytu
v roztoku) :
Q = n FA G | (2.50) |
kde A je plocha elektródy. (Poznamenávame, že v monovrstve je v prípade kovového komplexu okolo 10-10 mol/cm2 látky.)
Výška píku korešponduje s povrchovým nadbytkom G podľa vzťahu :
![]() |
(2.51) |
Prúd píku povrchovej vlny je priamo úmerný rýchlosti posunu potenciálu v (na rozdiel od procesov riadených difúziou, pre ktoré platí ip ~ v1/2 !).
Metódu AdSV nemá zmysel používať pri stanovení látok, ktoré sa adsorbujú iba nepatrne (t.j. ich povrchová koncentrácia sa iba málo líši od objemovej), alebo takých látok, pri ktorých adsorpčný proces prebieha pomalšie ako je difúzny transport k elektróde. Z uvedeného dôvodu sa pri zisťovaní, či metóda AdSV je vhodná pre stanovenie tej-ktorej látky, odporúča hľadať odpovede na nasledujúce otázky :
(Zaregistrujeme DC aj DP (AC alebo SW) voltampérogram asi 10-6 mol/l roztoku látky vo vhodnom základnom elektrolyte na stacionárnej elektróde. Elektroaktívne látky poskytujú prúdový signál aj pri DC zázname, neelektroaktívne povrchovoaktívne látky iba pri ostatných technikách.)
(Stacionárnu elektródu polarizujeme programovaným potenciálom naznačeným na obr. 2.45. Systematickou zmenou parametrov experimentálne zistíme závislosti prúdu píku ip na potenciáli akumulácie Eak a na čase akumulácie tak , obr. 2.46).
(Podrobne premeriame kalibračnú závislosť, pre jednotlivé koncentračné oblasti určíme optimálne hodnoty experimentálnych parametrov. Pre kvantitatívne stanovenie je najvhodnejšia metóda štandardných prídavkov, doporučujú sa 2 až 3 štandardné prídavky, aby bolo isté, že zmerané hodnoty ip sú ešte v lineárnej oblasti kalibračnej závislosti (obr. 2.47). Niektoré látky je potrebné stanovovať pri konštantnej teplote v termostatovanej nádobke.)
Konkurenčná adsorpcia viacerých povrchovoaktívnych látok môže predstavovať značné komplikácie. Pozri napr. R. Kalvoda : Adsorpční rozpouštěcí voltametrie, in : Nové směry v analytické chemii, sv. IV. (J. Zýka, Ed.), SNTL, Praha 1988, str. 89)
Obr. 2.45
Tvar polarizačného potenciálu pri adsorptívnej stripping
voltampérometrii
Obr. 2.46
a - Vplyv akumulačného potenciálu Eak
na hodnotu prúdu píku ip pre roztok 0,76
m mol/l pesticídu PHORATE v 0,025 mol/l Na2B4O7,
čas akumulácie tak = 1 min. (za miešania)
b - Závislosť prúdu píku 1,6 m mol/l PHORATE v 0,025
mol/l Na2B4O7
na čase akumulácie pri Eak = +0,07 V
vs. Ag/AgCl
Všeobecne sa dá povedať, že metódu AdSV možno použiť pre všetky látky s malou rozpustnosťou v príslušnom základnom elektrolyte. Vďaka veľkému počtu elektroaktívnych funkčných skupín (tabuľka 3 v úvodnej kapitole) sú dnes vypracované postupy pre stanovenie stopových koncentrácií množstva organických zlúčenín (bežne od 10-6 po 10-9 mol/l, ale nie sú zriedkavosťou aj o 2-3 poriadky vyššie citlivosti). AdSV našla uplatnenie najmä pri stanovení rôznych biologicky aktívnych látok (liečivá, pesticídy, rastové stimulátory, vitamíny a i.).
Metóda AdSV sa používa aj pri stanovení viacerých katiónov kovov, ktoré tvoria málorozpustné zlúčeniny s komplexotvornými činidlami. V tabuľke 2.2 sú uvedené typické príklady aj s príslušnými medzami stanoviteľnosti.
Tabuľka 2.2
Možnosti stanovenia kovov metódou AdSV (výber)
kov | Komplexotvorné činidlo | základný elektrolyt | medza stanoviteľnosti [mol dm-3] |
Cr | DTPA | acetátový pufor, KNO3 | 1 . 10-10 |
Co | Nioxim | pufor HEPES* | 6 . 10-12 |
Ni | Dimetylglyoxim | amoniakálny pufor | 1 . 10-10 |
Fe | Solochrómová violeť RS | acetátový pufor | 7 . 10-10 |
Mn | Eriochrómová čerň T | pufor PIPES** | 6 . 10-10 |
Sn | Tropolón | acetátový pufor | 2 . 10-10 |
V | Katechol | pufor PIPES** | 1 . 10-10 |
Pt | Formazon | H2SO4 | 1 . 10-12 |
Sb | Brenzcatechin | HClO4, NaClO4 | 3 . 10-10 |
Cu(I) | Fenantrolín | 1 . 10-10 |
* N-[2-hydroxyetyl]piperazín-N´-[2-etánsulfónová
kyselina], pKa = 7,5 pri 25 ° C, použiteľná
oblasť pH 6,8 až 8,2
** Piperazín-N,N´-bis[2-etánsulfónová
kyselina], pKa = 6,8 pri 25 ° C, použiteľná
oblasť pH 6,1 až 7,5
Ako pracovné elektródy sa pri AdSV metóde vynikajúco uplatňuje stacionárna ortuťová elektróda (vďaka jednoduchému reprodukovateľnému obnovovaniu povrchu), ďalej sa používajú uhlíkové pastové (aj rôzne modifikované) elektródy. V prípade CPE s organickým pojidlom (pozri stať 4.2.2 ) dochádza niekedy namiesto adsorpcie analytu na povrchu elektródy aj k extrakcii analytu do kvapalnej organickej fázy (pojidla). Principiálne je možné používať aj elektródy z iných materiálov, problémom je však reprodukovateľnosť ich povrchu.
Obr. 2.47
Stanovenie pesticídu PHORATE (vzorec na str. 53) vo vodnom výluhu
z pôdy metódou štandardných prídavkov
(SMDE, FS DPV, Eak = +0,07 V vs. Ag/AgCl, tak
= 4 min., v = 20 mV/s, D E = 50 mV, frekvencia vzorkovania
5 s–1)
1 - vzorka
2 - vzorka s prídavkom 34 nmol/l PHORATE
3 - vzorka s prídavkom 68 nmol/l PHORATE
4 - vzorka s prídavkom 102 nmol/l PHORATE
5 - vzorka s prídavkom 136 nmol/l PHORATE
b - grafické vyhodnotenie závislosti