Článkem prochází proud

Ampérometre 1

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

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

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

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

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

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

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

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

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 450 2-AB I, na 400 3-AB 4-AB 350 300 250 1 2 3 4 5 6 10

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

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 20 10 3-AB 0 500 1000 I poz (na) I p /I (na) šum 40 200 100 300 30 4-AB 200 4-AB 2-AB 3-AB 3-AB 2-AB 100 400 0 0 0 E 500 500 1000 1000 E E det (mv) det (mv) det (mv) I poz (na) 1200 800 Závslost výšky píku I p 2-AB, 3-AB a 4-AB (c = 110 5 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.

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

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

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

3.12.2014 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, 2 2 2. Fckův zákon Celková blance

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 0 0.4 0.8 1.2 600 300 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 = 110 5 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

Lmtní proud 18

Příklad 19

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

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

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

Typy analytů Oxdovatelné Redukovatelné 23

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

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

Redukovatelné analyty 26

Redukovatelné analyty 27

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

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 = 1.10-5 M I (na) 8 6 Tubulární detektor c = 1.10-6 M 4 2-N 1-N 2 0 2 4 6 8 10 12 14 t (mn) 29

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

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

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

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

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 450 2-AB I, na 400 3-AB 4-AB 350 300 250 1 2 3 4 5 6 34

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)

MIKROELEKTRODY Platnové, uhlíkové č damantové 36

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

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)

CE-EC Separaton of Neurotransmtters and Metaboltes Borate complexaton wth cs-dol group of catecholamnes current (pa) 300 200 100 D NE E NM MN MOPEG EOF L-DOPA DOPEG VMA HVA 0 0 200 400 600 800 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 +0.95 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

ČIPOVÁ ELEKTROFORÉZA 1- a 2-Naftylamn 40

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

Detekce na souborech elektrod (array) 42

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)

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

Ampérometrcké senzory Clarkovo čdlo 45

The Clark Voltammetrc Oxygen Sensor At the platnum cathode: O 2 + 2H 2 O + 4e - 4 - 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)

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

48

49

Ampérometrcké senzory 50