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電気分析法は、分析対象物を含む電気化学セル内の電位(ボルト) および/または電流(アンペア)を測定することによって分析対象物を研究する分析化学の技術の一種です。 [1] [2] [3] [4] これらの方法は、セルのどの側面を制御し、どの側面を測定するかに応じて、いくつかのカテゴリに分類できます。主な 3 つのカテゴリは、電位差測定法(電極電位の差を測定)、電流測定法(電流が分析信号)、 電量測定法(一定時間内に通過した電荷が記録される) です。
電位測定
電位差測定法は、 2 つの電極間の溶液の電位を受動的に測定するものであり、その過程で溶液にほとんど影響を与えません。一方の電極は参照電極と呼ばれ、一定の電位を持ち、もう一方の電極は指示電極と呼ばれ、その電位はサンプルの組成に応じて変化します。したがって、2 つの電極間の電位差からサンプルの組成を評価できます。実際、電位差測定は非破壊測定であるため、電極が溶液と平衡状態にあると仮定すると、溶液の電位を測定していることになります。電位差測定法では通常、フッ化物選択電極のフッ化物など、対象のイオンに対して選択的に感度を持つ指示電極が使用されるため、電位は対象のこのイオンの活性のみに依存します。電極が溶液と平衡状態を確立するのにかかる時間は、測定の感度または精度に影響します。水生環境では、電子移動速度が高いため白金がよく使用されますが[5]、電子移動速度を高めるために複数の金属で作られた電極を使用することもできます。[6]最も一般的な電位差電極は、 pHメーターで使用されるガラス膜電極です。
電位測定法の変種としてクロノ電位測定法があり、これは定電流を用いて時間の関数として電位を測定するものである。これはウェーバーによって始められた。[7]
アンペロメトリー
アンペロメトリーは、電流を独立変数（通常は時間（クロノアンペロメトリーの場合）または電極電位（ボルタンメトリーの場合））の関数として測定する電気化学技術全体を指します。クロノアンペロメトリーは、分極開始からのさまざまな時間に、固定電位で電流を測定する技術です。クロノアンペロメトリーは通常、攪拌されていない溶液で固定電極で実行されます。つまり、対流が電極への物質移動を回避する実験条件下で実行されます。一方、ボルタンメトリーはアンペロメトリーのサブクラスであり、電極に印加される電位を変化させることで電流を測定します。時間の関数として電位がどのように変化するかを示す波形に応じて、さまざまなボルタンメトリー技術が定義されます。
クロノアンペロメトリー
クロノアンペロメトリーでは、作用電極に突然の電位ステップが適用され、電流が時間の関数として測定されます。[8]これは網羅的な方法ではないため、マイクロ電極が使用され、実験を実行するのに使用される時間は通常非常に短く、通常は20ミリ秒から1秒で、分析対象物が消費されないようにしています。
ボルタンメトリー
ボルタンメトリーは、電極の表面に一定および/または変化する電位を印加し、結果として生じる電流を 3 電極システムで測定するものです。この方法は、分析物の還元電位とその電気化学的反応性を明らかにすることができます。この方法は、実際には、作用電極と補助電極の 2 次元表面で消費される分析物の量はごくわずかであるため、非破壊的です。実際には、分析物をバルク電解質から分離することは困難であり、実験には少量の分析物が必要であるため、分析物溶液は通常廃棄されます。通常の実験では、分析物濃度が 1 ～ 10 mmol/L の 1 ～ 10 mL の溶液を使用します。より高度なボルタンメトリー技術では、マイクロリットルの容量からナノモル濃度まで使用できます。有機サンプルと無機サンプルの分析には、化学的に修飾された電極が使用されます。
ポーラログラフィー
ポーラログラフィーは、滴下水銀電極を作用電極として使用するボルタンメトリーのサブクラスです。
クーロメトリー
クーロメトリーでは、印加電流または電位を使用して、分析対象物をある酸化状態から別の酸化状態に完全に変換する。これらの実験では、通過した総電流を直接または間接的に測定して、通過した電子の数を決定する。通過した電子の数を知ることで、分析対象の濃度を示すことができる。濃度がわかっている場合は、酸化還元反応で移動した電子の数を示すことができる。クーロメトリーの一般的な形式には、バルク電気分解（ポテンショスタットクーロメトリーまたは制御電位クーロメトリーとも呼ばれる）や、さまざまなクーロメトリー滴定がある。
参考文献
- ^ スクーグ、ダグラス A.、ドナルド M. ウェスト、F. ジェームズ ホラー (1995-08-25)。分析化学の基礎(第 7 版)。ハーコート ブレイス カレッジ パブリッシャーズ。ISBN 978-0-03-005938-4。
- ^ キッシンジャー、ピーター、ウィリアム・R・ハイネマン（1996-01-23）。電気分析化学の実験技術、第2版、改訂・拡張（第2版）。CRC。ISBN 978-0-8247-9445-3。
- ^ バード、アレン J.; ラリー R. フォークナー (2000-12-18)。電気化学的方法: 基礎と応用(第 2 版)。ワイリー。ISBN 978-0-471-04372-0。
- ^ Zoski, Cynthia G. (2007-02-07).電気化学ハンドブック. Elsevier Science. ISBN 978-0-444-51958-0。
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- ^ HF ウェーバー、ヴィード。 Ann.、7、536、1879
- ^ バード、アレン J.; フォークナー、ラリー R.; ホワイト、ヘンリー S. (2022)。電気化学的方法：基礎と応用（第3版）。ホーボーケン、ニュージャージー：ワイリー。ISBN 978-1-119-33405-7。
文献
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- Hubert H. Girault (2004).分析および物理電気化学. [ローザンヌ: EPFL. ISBN 978-0-8247-5357-3。
- オゾムナ、ケネス I. 編 (2007)。分析電気化学の最近の進歩 2007。トランスワールド リサーチ ネットワーク。ISBN 978-81-7895-274-1。
- Dahmen, EAMF (1986).電気分析: 水性媒体および非水性媒体と自動化学制御における理論と応用。アムステルダム: Elsevier。ISBN 978-0-444-42534-8。
- ボンド、A. カーティス (1980)。分析化学における現代のポーラログラフ法。ニューヨーク: M. デッカー。ISBN 978-0-8247-6849-2。