化学分析における電気化学電極

電気化学電極の概要

電気化学電極は、多くの化学分析技術や実験で使用される重要なツールです。これらの電極は、化学反応における電位差を測定できるようにする装置です。最も一般的なタイプの電気化学電極は、反応性電極と不活性電極です。反応性電極は電気化学反応に関与し、不活性電極は電位差測定の基準点として使用されます。電極は、指示電極として使用される電位差分析において非常に重要です。

電極の種類

電極は電気化学セルの重要なコンポーネントであり、金、白金、カーボン、グラファイト、金属などのさまざまな材料から作成できます。電気化学分析に関しては、測定する特定のイオンまたは分子に応じて使用できるさまざまな種類の電極があります。

電気化学電極

反応性電極

反応電極は、セル内で起こる反応に参加し、電解質中で解離する可能性がある電極です。電気の流れはイオン交換によって起こります。反応性電極の例には、銅、銀、および金が含まれます。

不活性電極

一方、不活性電極は、いかなる化学反応にも干渉または関与しない電極であり、イオンを交換する代わりに溶液に電子を通すことによって電気を伝達するために依然として使用されます。不活性電極の例としては、グラファイト、白金、金、ロジウムなどが挙げられます。

双極電極は、1 つのセルのアノードと近くのセルのカソードの役割を果たす別のタイプの電極です。電極は電子の流れの方向に応じて陽極または陰極の性質をとる可能性があるため、永久的に確立することはできません。

使用する電極の種類に関係なく、電子の流れの方向に応じて、電極がアノードまたはカソードの役割を果たす可能性があることに注意することが重要です。たとえば、電池に供給される電気エネルギーにより化合物の分解が生じるため、カソードはマイナスになります。ただし、化学反応によって電気エネルギーが生成されるガルバニ電池の場合、カソードがプラスになることもあります。

結論として、電気化学分析で使用される電極の選択は、測定される特定のイオンまたは分子、および分析に必要な感度と精度によって異なります。正確で信頼性の高い電気化学分析には、電極の適切な選択と使用が不可欠です。

定量分析における電極

電気化学電極は化学分析に不可欠なツールであり、さまざまな物質の化学的特性の理解に大きく貢献してきました。電極は、溶液中のイオンの濃度、pH レベル、還元電位または酸化電位を測定するために使用されます。化学分析で最も一般的に使用される電極は、pH 電極、参照電極、および作用電極です。

化学分析における電気化学電極

pH電極

pH 電極は、溶液の酸性または塩基性を測定します。溶液の pH は、溶液中の水素イオン (H+) の濃度によって決まります。 pH 電極は、H+ イオン濃度の変化に敏感なガラス膜で構成されています。ガラス膜は塩化銀の薄層でコーティングされており、参照電極として機能します。ガラス膜が溶液と接触すると、参照電極と溶液の間に電位差が生じます。これは溶液中の H+ イオンの濃度に比例します。

参照電極

参照電極は、作用電極に安定した参照電位を提供します。参照電極は、多くの場合、銀/塩化銀や飽和カロメルなど、安定した明確な電位を持つ電極材料で作られています。参照電極の電位は変化せず、作用電極の一定の参照点として機能します。

作用電極

作用電極は、サンプル中の分析物の濃度に比例する電流または電位を生成するために使用されます。作用電極は通常、ガラス、金属、またはカーボンでできています。電極材料の選択は、分析するサンプルの性質と分析物の特定の特性によって異なります。

ディスク電極

ディスク電極は、多くの電気化学実験を行うために不可欠なコンポーネントの 1 つです。ディスク電極は円形で、端の周りに小さなリングがあり、回転させて撹拌を促進したり、実験中の溶液の流量を測定したりできます。ディスク電極を使用する利点は、電極の拡散挙動が標準の半球構造とは異なり、磁束をより高くできることです。一部のディスク電極は非常に小さなサイズに微細加工することができ、コスト効率の高い使い捨て電極として一般的に使用されます。

定量分析における電極の応用

電気化学電極は、製薬、食品および飲料、環境モニタリングなどの業界で広く使用されています。電極は、溶液中のイオンの濃度、pH レベル、還元電位または酸化電位を測定するために使用されます。化学分析における電気化学電極の使用は、分析化学の分野に革命をもたらし、さまざまなサンプル中の化学種のより正確かつ正確な測定を可能にしました。

バッテリー

全体として、電気化学電極は長年にわたって化学分析の分野で広く使用されており、定量分析において重要な役割を果たしています。 pH 電極、参照電極、作用電極は化学分析で最も一般的に使用される電極であり、ディスク電極は多くの電気化学実験を行うために不可欠なコンポーネントです。

電位差分析

電位差分析は、化学分析、特にサンプル中のイオンまたは分子の濃度の測定において広く使用されている方法です。この方法では、2 つの電極間の電位差を測定します。一方の電極は参照電極であり、もう一方の電極は検体と反応する作用電極です。

作用電極

作用電極は通常、検体にさらされると酸化または還元反応を起こす金属または金属酸化物でできています。電極に出入りする電流がポテンショスタットによって記録される場所です。サイクリックボルタンメトリーの実験では、さまざまな形状の作用電極の面積を知ることが役立ちますが、通常は平坦な表面です。

参照電極

参照電極は、作用電極の電位のベースラインとして機能するように一定の電位を維持します。ポテンショスタットは、参照電極と作用電極の間を流れる電流量をほぼゼロに制限します。参照電極は、作用電極の電位が参照される電極です。一部の参照電極は、絶対電位がわかっている酸化還元系で構成されていますが、参照電極の唯一の実際の要件は、その電位が実験期間中一定に保たれることです。

イオン選択性電極

イオン選択性電極は、特定のイオンに選択的に結合する別のタイプの電位差測定電極です。これらの電極は、特定のイオンに選択的に結合するイオノフォアと参照電極で構成されています。 2 つの電極間に生成される電位差は、サンプル内の対象イオンの濃度に比例します。イオン選択性電極の例としては、溶液中の水素イオンの濃度を測定する pH 電極や、サンプル中のフッ化物イオンの濃度を測定するフッ化物イオン選択性電極などがあります。

電極技術の進歩

電極技術の進歩により、小型で使い捨てのポータブル電極が開発され、電位差分析がより利用しやすく便利になりました。ただし、正確で信頼性の高い結果を確保するには、電極の適切な校正とメンテナンスが重要です。

全体として、電位差分析は化学分析における強力なツールであり、さまざまな用途でさまざまな分析物の正確かつ高感度の検出を可能にします。医療、環境モニタリング、食品産業など、さまざまな分野で広く使用されています。

指示極

指示電極は、溶液の化学組成の変化を識別するための電気化学測定に利用されます。これらの電極は、溶液の電位を測定するために使用される電気化学電極の一種です。これらは、電極材料の薄層でコーティングされた金属または金属酸化物で構成されています。この材料は溶液の変化に敏感であり、溶液の変化と反応して電位の変化を生成します。この変化は参照電極を使用して測定できます。

指示電極はどのように機能しますか?

指示電極は、溶液の化学組成の変化を検出するように設計されています。これらは分析物の活性の変化に敏感であり、電極電位の変化を生成することによって応答します。次に、参照電極を使用して電位変化を測定し、分析物の定量的測定を行います。

指示極の種類

指示電極にはさまざまな種類があり、それぞれ特定のイオンまたは分子の測定に使用されます。最も一般的なタイプの指示電極は、溶液中の水素イオンの濃度を測定するために使用される pH 電極です。他のタイプの指示電極には、フッ化物イオンや塩化物イオンなどの特定のイオンの濃度を測定するために使用されるものが含まれます。

pH指示薬電極

pH 指示電極は実験室分析で広く使用されています。これらは、溶液中の水素イオン濃度の変化に応答する pH 感受性膜で構成されています。膜は通常、ガラスまたはポリマーでできており、イオン感受性材料の薄層でコーティングされています。電極が水素イオンを含む溶液と接触すると、イオンが膜を通って拡散し、電極の電位が変化します。次に、参照電極を使用して電位変化を測定し、溶液の pH を決定します。

他のタイプの指示電極

他のタイプの指示電極には、フッ化物イオン電極や塩化物イオン電極などがあります。フッ化物イオン電極は、溶液中のフッ化物イオンの濃度を測定するために使用され、通常、フッ化物イオン感応性材料の薄層でコーティングされたフッ化物感応性膜でできています。塩化物イオン電極は、溶液中の塩化物イオンの濃度を測定するために使用され、通常、塩化物イオン感受性材料の薄層でコーティングされた塩化物感受性膜でできています。

全体として、指示電極は化学分析において不可欠なツールであり、溶液の化学組成を正確かつ信頼性の高い測定を提供します。これらの電極は実験室分析で広く使用されており、特定のイオンや分子を測定するためにさまざまな種類が用意されています。

結論

結論として、電気化学電極は化学分析において重要な役割を果たします。これらは電気化学セルの重要なコンポーネントであり、pH、イオン濃度、酸化還元電位などのさまざまなパラメーターの測定に使用されます。使用される電極の種類は用途によって異なり、反応性電極は酸化還元反応に使用され、不活性電極は pH などの測定に使用されます。電極を使用した電位差分析は、溶液中のイオン濃度の正確な測定を可能にし、化学分析に革命をもたらしました。要約すると、電気化学電極は、化学分析の分野で幅広い用途を持つ多用途ツールです。