リニアスイープボルタンメトリー

分析化学において、線形掃引ボルタンメトリーは、作用電極と参照電極間の電位を時間的に線形に掃引しながら作用電極の電流を測定するボルタンメトリー法である。 ^{[1] [2]種の}酸化または還元は、種が酸化または還元され始める電位における電流信号のピークまたは谷として記録される。

リニアスイープボルタンメトリーの実験セットアップでは、ポテンショスタットと 3 電極セットアップを使用して、溶液に電位を供給し、電流の変化を監視します。3 電極セットアップは、作用電極、補助電極、および参照電極で構成されます。ポテンショスタットは、3 電極セットアップを介して電位を供給します。電位Eは、作用電極を介して供給されます。電位対時間のグラフの傾きはスキャン速度と呼ばれ、mV/s から 1,000,000 V/s の範囲です。^{[3]作用電極は、}酸化還元反応が発生する 電極の 1 つであり、この電極で発生するプロセスが監視されます。補助電極 (または対電極) は、作用電極で発生するプロセスと反対のプロセスが発生する電極です。この電極でのプロセスは監視されません。次の式は、作用電極の表面で発生する還元の例を示しています。E _{s は}A の還元電位です (電解質と電極が標準状態にある場合、この電位は標準還元電位です)。EがE _{s に}近づくと、表面の電流が増加し、E = E _sのとき、A の濃度は表面の酸化/還元された A の濃度に等しくなります ([A] = [A ⁻ ])。^[4]作用電極の表面上の分子が酸化/還元されると、それらは表面から離れ、新しい分子が作用電極の表面と接触します。電極に出入りする電子の流れによって電流が発生します。電流は、電極と電解質の界面を介して電子が交換される速度を直接測定します。この速度が、酸化種または還元種が電解質の大部分から電極の表面に 拡散できる速度よりも高くなると、電流はプラトーに達するか、ピークを示します。

${\displaystyle {\ce {A + e- <=> A-}},\ E_{s}=0.00V}$

作用電極の表面での分子Aの還元。

補助電極と参照電極は連携して、作用電極によって追加または除去された電荷のバランスをとります。補助電極は作用電極のバランスをとりますが、追加または除去する必要がある電位の量を知るためには参照電極に依存します。参照電極には既知の還元電位があります。補助電極は参照電極を特定の還元電位に維持しようとしますが、そのためには作用電極のバランスをとる必要があります。^[5]

リニアスイープボルタンメトリーは、未知の種を識別し、溶液の濃度を判定することができます。E1/2 は未知の種を識別するために使用でき、限界電流の高さは濃度を判定できます。電流変化対電圧の感度は、スキャン速度を上げることで高めることができます。1 秒あたりの電位が高いほど、作用電極の表面での種の酸化/還元が促進されます。

可逆反応の場合、サイクリックボルタンメトリーを使用して、順方向反応と逆方向反応に関する情報を得ることができます。線形スイープボルタンメトリーと同様に、サイクリックボルタンメトリーは時間の経過とともに線形電位を適用し、特定の電位でポテンショスタットは適用された電位を逆転させ、開始点までスイープします。サイクリックボルタンメトリーは、酸化反応と還元反応に関する情報を提供します。

サイクリックボルタンメトリーは、リニアスイープボルタンメトリーが使用されるほとんどのケースに適用できますが、リニアスイープボルタンメトリーの方が有用な場合もあります。反応が不可逆な場合、サイクリックボルタンメトリーでは、リニアスイープボルタンメトリーで得られるような追加データは得られません。^[6]ある例では、^[7]リニアボルタンメトリーを使用して、バイオカソードを介したメタン直接生成を調べました。CO2からのメタン生成は不可逆反応であるため、サイクリックボルタンメトリーはリニアスイープボルタンメトリーに比べて明確な利点はありませんでした。このグループは、バイオカソードがプレーンカーボンカソードよりも高い_電流密度を生成し、水素ガスを必要とせずに直流電流からメタンを生成できることを発見しました。

• ボルタンメトリー
• サイクリックボルタンメトリー
• 電気分析法