利用環電位儀
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利用環電位儀 偵測氧化還原電位及電流 PowerPoint PPT Presentation


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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) 6 3- /Fe(CN) 6 4- 可逆反應之 E 0 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 : E apply =E w +E r 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:

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利用環電位儀 偵測氧化還原電位及電流

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Presentation Transcript


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利用環電位儀偵測氧化還原電位及電流


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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


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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:

  • working electrode;

  • auxiliary electrode;

  • reference electrode


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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)


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-

-

Signal source

+

+

Linear-scan

voltage generator

Current-to-coltage

converter

-

C

R

+

Potentiostatic

Control circuit

-

Referecne electrode

W

-

Recorder

R

+

+

Working electrode

W

Counter electrode

C

儀器原理--循環伏安儀基本電路圖


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激發訊號種類

E

E

E

E

Time→

Time→

Time→

Time→


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輔助電極

Pt線

伏安法之電化學容槽

參考電極

Ag/AgCl

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


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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


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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。


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到達一定電位,使電極足以氧化Fe(CN)64-

最典型的CV圖

極化現象

到達一定電位,使電極足以還原Fe(CN)63-

氧化能力越來越強,電流逐漸增大

極化現象


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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:

  • 擴散(Diffusion):

    物質因為濃度梯度而移動的行為稱為擴散.

  • 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.

  • 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.


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C

C

C

C

C

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

N

N

N

N

N

循環伏安儀

C

C

C

C

C

N

N

N

N

N

實驗動畫

J

I

Current(A)

K

B

A

H

G

C

F

E

e-

e-

e-

D

e-

e-

Potential vs. Ag/AgCl

e-

Fe2+

Fe2+

Fe3+

e-

Fe3+

Fe2+

e-

Fe2+

Fe3+

Fe2+

e-

Fe2+

Fe3+

Fe2+

e-

Fe3+

Fe2+


Electron transfer

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

    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 fe cn 6 3 fe cn 6 4

CV圖 Fe(CN)63– Fe(CN)64–

Epc

Epc

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

2.∣ipa / ipc∣可判定是否可逆反應

3.E0’=(Epa+Epc)/2

開始還原

開始氧化

Epa

Epa

Typical cyclic voltammogram


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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)


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