Článkem prochází proud

Transkript

1 Ampérometre 1

2 Elektroanalytcké metody Elektrochemcké založené na redoxní reakc Elektrometrcké založené na měření elektrcké vlastnost roztoku jako celku Článkem neprochází proud Článkem prochází proud Konduktometre DK metre Rovnovážná potencometre Nízký stupeň elektrochemcké přeměny Voltametre Amperometre Vysoký stupeň elektrochemcké přeměny Coulometre Elektrogravmetre

3 Ampérometre Metoda, př níž je na pracovní elektrodu vložen konstantní potencál (na rozdíl od voltametre) a měří se proud jí tekoucí v závslost na čase. Velkost tohoto proudu v přítomnost analytu (depolarzátoru) je mírou jeho koncentrace. Konstantní potencál je zpravdla zvolen takový, př němž elektrodou teče lmtní proud analytu. Jde o metodu odvozenou od metod voltametrckých a polarografckých, lze př ní použít stejné nstrumentace. 3

4 Metoda, př níž je na pracovní elektrodu vložen konstantní potencál (na rozdíl od voltametre) a měří se proud jí tekoucí v závslost na čase. Ampérometre Velkost tohoto proudu v přítomnost analytu (depolarzátoru) je mírou jeho koncentrace. 4

5 Ampérometre Konstantní potencál je zpravdla zvolen takový, př němž elektrodou teče lmtní proud analytu. 5

6 Ampérometre Jde o metodu odvozenou od metod voltametrckých a polarografckých, lze př ní použít stejné nstrumentace. 6

7 Transport hmoty k elektrodě Účnnost elektrochemcké reakce - dfúze elektroaktvní komponenty k povrchu pracovní elektrody - průtoková rychlost moblní fáze 7

8 Ampérometre v průtokových metodách Typy uspořádání - tenkovrstvé (thn-layer) - wall-jet - wall-tube - tubulární Elektrodové materály - různé formy uhlíku (uhlíková pasta, skelný uhlík, bórem dopovaný damant) - vzácné kovy (Pt, Cu, Au) - amalgámy 8

9 Ampérometre v prax Ampérometrcké detektory pro průtokové metody - FIA - HPLC - elektroforetcké metody Ampérometrcké senzory 9

10 HPLC separace amnobfenylů Chromatogramy směs 2-AB, 3-AB a 4-AB v koncentračním rozmezí (2-10).10-6 mol.l -1 na koloně ChraDex MF: acetátový pufr o ph 5,0/acetontrl/methanol (40/30/30) F M = 1 ml.mn -1 ; E det = +1,2 V, tenkovrstvé uspořádání AB I, na AB 4-AB

11 Pracovní parametry ampérometrckých detektorů ctlvost S = ΔR / Δc šum (konstantní složka pozadí, vysokofrekvenční šum, nízkofrekvenční šum, posun drft, spky) mez detekce / stanovtelnost spolehlvost měření přesnost / správnost stablta a reprodukovatelnost sgnálu charakter závslost sgnálu na koncentrac dynamcký rozsah, lneární dynamcký rozsah selektvta dynamcké charakterstky přechodová charakterstka 11

12 Hydrodynamcké voltamogramy Tenkovrstvé uspořádání E det = +1,2 V vs. Ag/AgCl/ 3M KCl Wall-jet E det = +1,0 V vs. SCE I 2-AB p (na) 4-AB AB I poz (na) I p /I (na) šum AB AB 2-AB 3-AB 3-AB 2-AB E E E det (mv) det (mv) det (mv) I poz (na) Závslost výšky píku I p 2-AB, 3-AB a 4-AB (c = mol l 1 ) a proudu pozadí na vloženém potencálu detekce E det. Moblní fáze acetátový pufr o ph 5,0/acetontrl/methanol (40/30/30), dávkováno 20 ml; průtoková rychlost 12 1 ml mn 1.

13 Transport hmoty k elektrodě Účnnost pracovní elektrody - je závslá na elektroaktvní ploše elektrody: - elektrodepozce mezproduktů a produktů elektrochemcké reakce (aromatcké amny a fenoly) - adsorpce Regenerace povrchu pracovní elektrody - elektrochemcká - mechancká (broušení, leštění Al 2 O 3 ) - tepelná - chemcká 13

14 Mechansmus oxdace aromatckých amnů NH 2 -e - NH 2 + anln anln radkál katont p-amnodfenylamn benzdn NH NH 2 H 2 N NH 2 hydrazobenzen NH NH 14

15 Shrnutí hydrodynamckých prncpů a) Látkový tok J složky v roztoku J J j J, df J D grad c z z 2 F( J z F 2, mg, df u c z J FD grad c Fu c grad 15 J, mg, kon specfcká J Proudová hustota j složky v roztoku, kon grad ) vodvost c v 15

16 b) blance změny koncentrace složek nesoucích náboj v čase c t x t x t c c Fu z c v x c D t c x c D t c x J t c A x J x x J t n grad grad grad ) ( ) ( 0, 2 2 0, Fckův zákon Celková blance

17 Lmtní proud vlv průtokové rychlost I p (na) 40 2-AB 4-AB 3-AB A p (na.s) 900 L knfcd 2/3 x dle typu uspořádání F x m 20 4-AB 3-AB 2-AB F m (ml.mn -1 ) log L K log K knfd xlog F 2 / 3 C m Závslost výšky I p a plochy A p píku 2-AB, 3-AB a 4-AB (c = mol l 1 ) na průtokové rychlost F m. Moblní fáze acetátový pufr o ph 5,0/acetontrl/methanol (40/30/30), dávkováno 20 ml, E det = +1,0 V. analyt x (teore) x (exp.) 2-AB 1,67 3-AB 0,75 1,60 4-AB 1,62 17

18 Lmtní proud 18

19 Příklad 19

20 Ampérometre v průtokových metodách Typy uspořádání - tenkovrstvé (thn-layer) - wall-jet - wall-tube - tubulární Elektrodové materály - různé formy uhlíku (uhlíková pasta, skelný uhlík, bórem dopovaný damant) - vzácné kovy (Pt, Cu, Au) - amalgámy 20

21 Ampérometre v průtokových metodách Typy uspořádání - tenkovrstvé (thn-layer) WJ - wall-jet 21

22 Ampérometre v průtokových metodách Typy uspořádání Tubulární a teflonová kaplára b Pt trubčka c kontakt 12, 39 (2000) 22

23 Typy analytů Oxdovatelné Redukovatelné 23

24 Oxdovatelné analyty Ar-NH 2 Ar- Ar-SH - oxdovatelné na pevných elektrodách - bologcky aktvní látky: neurotransmtery hormony amnokyselny léčva envronmentální polutanty pestcdy 24

25 Oxdovatelné analyty Oxdovatelné na pevných a rtuťových elektrodách - R-NH-NH-R R-N=N-R Ar-NO 25

26 Redukovatelné analyty 26

27 Redukovatelné analyty 27

28 Tubulární a mkrocylndrcký detektor Tubulární a teflonová kaplára b Pt trubčka c kontakt Mkrocylndrcký a 12, 39 (2000) 28

29 Tubulární a mkrocylndrcký detektor Detekce směs amno a hydroxy dervátů naftalenu Mkrocylndrcký detektor 12 E det = +1,2 V 10 2-AN 1-AN Mkrocylndrcký d. c = M I (na) 8 6 Tubulární detektor c = M 4 2-N 1-N t (mn) 29

30 Využtí BDD elektrody ke stanovení amnobfenylů Mkrokrystalcký S/BDD: Přpraven v komerčně dodávaném reaktoru (1,5 kw, ASTeX Inc., Lowell, MA) na Mchganské státní unverztě, East Lansng, USA) tloušťka flmu 5 μm velkost krystalků 1 3 μm hydrogenovaný povrch aktvace v 0,1 M H 2 SO 4, 60 mn, E = +2,4 V

31 Ampérometrcký detektor s bórem dopovanou damantovou flmovou elektrodou v uspořádání tenkovrstvé wall-jet Ag/AgCl/3 M KCl, E = +0,242 V SCE, E = +0,204 V vs. SHE

32 Tenkovrstvé uspořádání 1. utahovací šroub 2. spodní část těla cely 3. mosazná lamela 4. S/BDD elektroda S = 4 mm 2 5. horní část těla cely 6. pomocná elektroda 7. referentní elektroda Ag/AgCl/3 M KCl V = 10 ml 8. těsnění z vtonu

33 Uspořádání wall-jet BDD elektroda dsková varanta 9 1. teflonové tělo 2. elektrcký kontakt 3. šroubovací nástavec 4. kovová pružna 5. mosazná lamela 6. BDDFE na křemíkové podložce S = 12,6 mm 2 7. těsnění z vtonu 8. ústí elektrody kontakt s roztokem 9. dutna o výšce l k = 1,5 mm Referentní nasycená kalomelová elektroda

34 HPLC separace amnobfenylů Chromatogramy směs 2-AB, 3-AB a 4-AB v koncentračním rozmezí (2-10).10-6 mol.l -1 na koloně ChraDex MF: acetátový pufr o ph 5,0/acetontrl/methanol (40/30/30) F M = 1 ml.mn -1 ; E det = +1,2 V, tenkovrstvé uspořádání AB I, na AB 4-AB

35 Využtí elektrod na báz BDD nízké hodnoty šumu a zbytkového elektrckého proudu Analytcké aplkace Amny: Alfatcké amny a polyamny Aromatcké amny Amnotholy Katecholamny Pestcdy (N-methylkarbamáty) Xanthn a jeho N-methyl derváty (kofen, theofyln) Farmaceutka Tholy; dsulfdy: homocysten, glutathon Chlorofenoly Polycyklcké aromatcké uhlovodíky Bomolekuly (NADH, DNA)

36 MIKROELEKTRODY Platnové, uhlíkové č damantové 36

37 Detekční cela pro mkroelektrody 1) End of separaton capllary 2) chromatographc screwed jont 3) Kel-F screws for exact postonng of capllary n x axs 4) Teflon nut 5) Kel-F screws for exact postonng of capllary n y axs 6) Platnum wre for connectng hgh voltage 7) Platnum wre as a counter electrode 8) Ag/AgCl referent electrode 9) Workng damond mcroelectrode 37

38 Neurotransmtters Neurotransmtter precursor Norepnephrne metaboltes CH 2 CH CO CH CH 2 NH 2 CH CH 2 NH 2 HO NH 2 HO HO Norepnephrne (Noradrenalne, NE) CH CH 2 NHCH 3 HO Epnephrne (Adrenalne, E) CH 2 CH 2 NH 2 3,4-dhydroxyphenylalanne (DOPA) Epnephrne metabolte HO OCH 3 Metanephrne (MN) CH CH 2 NHCH 3 Dopamne metaboltes CH 2 CO HO OCH 3 Normetanephrne (NM) CH CH 2 3,4-dhydroxyphenylethyleneglycol (DOPEG) HO OCH 3 CH CH 2 3-Methoxy-4-hydroxyphenyletyleneglycol (MOPEG) HO HO CH CH 2 CO Dopamne (D) OCH 3 4-Methoxy-3-hydroxyphenylacetc acd (homovanllc acd, HVA) HO OCH 3 38 Vanllylmandelc acd (VMA)

39 CE-EC Separaton of Neurotransmtters and Metaboltes Borate complexaton wth cs-dol group of catecholamnes current (pa) D NE E NM MN MOPEG EOF L-DOPA DOPEG VMA HVA tme (s) Condtons: 0.25 M BB buffer ph 8.80, capllary 70 cm, 27 mm I.D.,separaton voltage 24 kv,electroknetc njecton 15 kv/4s., BDD: detecton potental V vs. Ag/AgCl, t EOF = 443 s (methanol) Concentratons: 5 mm MN, NM; 10 mm D, E, NE, MOPEG; 30 mm L-DOPA; 50 mm DOPEG, VMA, HVA 39

40 ČIPOVÁ ELEKTROFORÉZA 1- a 2-Naftylamn 40

41 Porézní coulometrcký detektor A B + e - A A A A A A A A A A A A A A A A A A Flow A A A A AB B A B AB AB A B A B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B Channel 1 Channel 2 Channel 3 Channel 4 Inlet Outlet Frt Reference Counter 41

42 Detekce na souborech elektrod (array) 42

43 Neurotransmtters Neurotransmtter precursor Norepnephrne metaboltes CH 2 CH CO CH CH 2 NH 2 CH CH 2 NH 2 HO NH 2 HO HO Norepnephrne (Noradrenalne, NE) CH CH 2 NHCH 3 HO Epnephrne (Adrenalne, E) CH 2 CH 2 NH 2 3,4-dhydroxyphenylalanne (DOPA) Epnephrne metabolte HO OCH 3 Metanephrne (MN) CH CH 2 NHCH 3 Dopamne metaboltes CH 2 CO HO OCH 3 Normetanephrne (NM) CH CH 2 3,4-dhydroxyphenylethyleneglycol (DOPEG) HO OCH 3 CH CH 2 3-Methoxy-4-hydroxyphenyletyleneglycol (MOPEG) HO HO CH CH 2 CO Dopamne (D) OCH 3 4-Methoxy-3-hydroxyphenylacetc acd (homovanllc acd, HVA) HO OCH 3 43 Vanllylmandelc acd (VMA)

44 Ampérometrcké senzory Clarkovo čdlo Named after ts generally recognzed nventor (Leyland Clark, 1956), orgnally known as the "Oxygen Membrane Polarographc Detector It remans one of the most commonly used devces for measurng oxygen n the gas phase or, more commonly, dssolved n soluton The Clark oxygen sensor fnds applcatons n wde areas: Envronmental Studes Sewage Treatment Fermentaton Process Medcne

45 Ampérometrcké senzory Clarkovo čdlo 45

46 The Clark Voltammetrc Oxygen Sensor At the platnum cathode: O 2 + 2H 2 O + 4e O 2 At the Ag/AgCl anode: Ag + Cl - AgCl + e - dssolved O 2 O 2 O 2 d = 4 F P m A P(O 2 )/b d - measured current F - Faraday's constant analyte soluton electrolyte P m - permeablty of O 2 A - electrode area P(O 2 ) - oxygen concentraton b - thckness of the membrane O 2 permeable membrane (O 2 crosses va dffuson) platnum electrode (-0.6 volts)

47 The Clark Voltammetrc Oxygen Sensor General desgn and modern mnaturzed versons:

48 48

49 49

50 Ampérometrcké senzory 50