203232 electroanalytical chemistry

38
203232 Electroanalytical Chemistry Assoc. Prof. Dr. Jaroon Jakmunee SCB2324 E-mail: [email protected]

Upload: long

Post on 13-Feb-2016

205 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

203232 Electroanalytical Chemistry. Assoc. Prof. Dr. Jaroon Jakmunee SCB2324 E-mail: [email protected]. โวลแทมเมตรี ( Voltammetry). เนื้อหากระบวนวิชา จำนวนชั่วโมง 1. เซลล์อิเล็กโทรไลติกและโพลาไรเซชัน 1 - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: 203232 Electroanalytical Chemistry

203232Electroanalytical Chemistry

Assoc. Prof. Dr. Jaroon JakmuneeSCB2324

E-mail: [email protected]

Page 2: 203232 Electroanalytical Chemistry

โวลแทมเมตร (Voltammetry)เนอหากระบวนวชา จำานวนชวโมง1. เซลลอเลกโทรไลตกและโพลาไรเซชน 1

2. ภาพรวมเกยวกบเทคนคโพลาโรกราฟและโวลแทมเมตร 2

2.1 หลกการและวชาการเครองมอ 2.2 การขนถายมวลสาร3. โพลาโรกราฟกระแสตรง (Direct current polarography)

14. พลสโพลาโรกราฟ/โวลแทมเมตร 2 > Quiz 1

5. สทรปปงโวลแทมเมตร 2 6. ไซคลกโวลแทมเมตร 1> Report 1

7. กรณศกษาทเปนการประยกตเทคนคโวลแทมเมตร 1> Final exam

รวม 10

Page 3: 203232 Electroanalytical Chemistry

คาบท 1 - หวขอทจะเรยน• ทำาความเขาใจไฟฟา และ คาตางๆ ทางไฟฟา• โพลาไรเซชนทางไฟฟา (electrical

polarization)• เซลลไฟฟาเคมชนดอเลกโทรไลตก• ศกยไฟฟาทเกยวของในเซลลอเลกโทรไลตก • จลนศาสตรของปฏกรยาไฟฟาเคม• ขวไฟฟาชนดโพลาไรซไดและชนดนอนโพลาไรซ

Page 4: 203232 Electroanalytical Chemistry

ภาพรวมเกยวกบไฟฟาและคาทางไฟฟาตางๆ

• สนามไฟฟา• ศกยไฟฟา• กระแสไฟฟา• พลงงานไฟฟา• ความตานทาน• ประจและปรมาณ

ไฟฟา• ความจไฟฟา+การ

เกบประจ • เครองใชไฟฟา - การเปลยนพลงงานไฟฟาไปเปนพลงงานรปแบบอน

Page 5: 203232 Electroanalytical Chemistry

สนามไฟฟา vs สนามโนมถวง

PE = mgh

h

220 V

0 V

heat

I = coulomb/s

E = qV (J)P = IV (J/s)

Release energy

Page 6: 203232 Electroanalytical Chemistry

ภาพรวมเกยวกบไฟฟาและคาทางไฟฟาตางๆ

• สนามไฟฟา• ศกยไฟฟา• พลงงานไฟฟา• กระแสไฟฟา• ความตานทาน• ประจและปรมาณ

ไฟฟา• ความจไฟฟา+การ

เกบประจ

• V = J/C• W = J• A = C/s• P = IV (J/s)• R =V/I• Etc.

Page 7: 203232 Electroanalytical Chemistry

โพลาไรเซชนทางไฟฟา• คอ ความมขว หรอมความแรงของสนามไฟฟามากขน• คอ มศกยไฟฟาสงขน (ทางบวก หรอทางลบ)• คอ การทขวไฟฟามศกยไฟฟาตางไปจากศกยตาม

ธรรมชาตของมน (ซงระบโดยสมการเนนสท) เนองจากไดรบสนามไฟฟาจากแหลงจายไฟฟา

• คอ การทอเลกตรอนในขวไฟฟามพลงงานเปลยนแปลงไปจากเดม เนองจากอยภายใตสนามไฟฟาทมความแรงตางไปจากเดม (ศกยของขวไฟฟาเปลยน)

• ทราบไดโดยการวดศกยไฟฟา เทยบกบขวไฟฟาอางอง

Page 8: 203232 Electroanalytical Chemistry

เซลลไฟฟาเคมชนดอเลกโทรไลตก• ใหศกยไฟฟาจาก

ภายนอกแกเซลลไฟฟา

• เกดปฏกรยาตรงขามกบกลวานกเซลล• ศกยไฟฟาทตองใหจะมากกวาศกยของกล

วานกเซลลเสมอ

Minimum decomposition potential, Ed

Page 9: 203232 Electroanalytical Chemistry

ศกยไฟฟาทเกยวของในเซลลอเลกโทรไลตก

Ed = Erev + EIR + EC + Ea

• Erev = ศกยไฟฟาทตองใชเพอตานศกยไฟฟาของเซลลกลวานกซงมคาเทากบ ศกยไฟฟาของเซลลทจดสมดล (reversible cell potential) จะมคาศกยไฟฟาเทากบทวดไดจากเทคนคโพเทนชออเมตร

• EIR = Ohmic drop หรอ IR drop เปนศกยทตกครอมความตานทานของอเลกโทรไลตในเซลล (ความตานทานหรอความนำาไฟฟาของเซลลวดไดโดยเทคนคการวดความนำาไฟฟา)

• EC = ศกยไฟฟาโพลาไรเซชนความเขมขน (concentration polarization potential) คอศกยไฟฟาทเกดจากการเปลยนแปลงความเขมขนทผวขวไฟฟา โดยเมอเกดปฏกรยาขนทำาใหความเขมขนของสารทผวขวไฟฟาตำากวาความเขมขนในสารละลายสวนใหญ (bulk solution) ทำาใหตองใหศกยไฟฟาเพมขนเพอใหเกดปฏกรยาไดเทาเดม

• Ea = ศกยไฟฟาเกนกมมนต (activation overpotential) คอศกยไฟฟาทเกยวของกบจลนศาสตรของปฏกรยา โดยตองใหศกยไฟฟาเพมขนเพอเอาชนะพลงงานกอกมมนตทจะทำาใหเกดปฏกรยาได

Page 10: 203232 Electroanalytical Chemistry

ศกยไฟฟาทเกยวของในเซลลอเลกโทรไลตก

Eapplied = Erev + EIR + EC + Ea

Ea คอ ศกยไฟฟาเกน ซงจะเกดขนททง 2 ขว

Page 11: 203232 Electroanalytical Chemistry

การวดศกยไฟฟาเกน หรอการโพลาไรซของขวไฟฟา

• รป set up ของเครองมอในการวดศกยไฟฟาเกน

1 .วดศกยไฟฟาของขว C เมอมกระแสไหล

2.วดอกครงเมอไมมกระแสไหล

3. = E ครงท 1 – E ครงท 2

Tafel’s equation:  =  a  +  b log | i | | i | คอ ขนาดของความหนาแนนของกระแสไฟฟา (ไมคดเครองหมาย ) มหนวยเปน A/cm2, a และ b คอคาคงท

Page 12: 203232 Electroanalytical Chemistry

จลนศาสตรของปฏกรยาไฟฟาเคม

• (a) เปนขณะทยงไมมการใหศกยแกขวไฟฟา : อเลกตรอนทขวและออรบทลวางของสารทอยในสารละลายมพลงงานตางกนเทากบ zFE

• (b) เมอใหศกยไฟฟา (ไปทางลบ ) เปนการเพมพลงงานใหอเลกตรอนทขวไฟฟาจนขนไปเทากบออรบทลวางของสารในสารละลาย

• (c) เมอเพมศกยไฟฟาขนไปอกเทากบศกยไฟฟาเกน ( ) จะทำาใหอเลกตรอนมพลงงานสงขน ซงพลงงานสวนหนงจะลด G# ลงเทากบ FE ทำาใหระยะในการทะลผานลดลง ทำาใหเกดปฏกรยาไดเรวขน

Page 13: 203232 Electroanalytical Chemistry

สมการทเกยวของสมการArrhenius: k = A e-Ea/RT; k = rate constant ใชอธบาย

จลนศาสตรของปฏกรยาเคม สามารถเขยนสมการสำาหรบกรณปฏกรยาไฟฟาเคมไดเปนกรณรป (b) io = C  e-G#/RT  กรณรป (c) จะมกระแสไฟฟาไหลเทากบ i (กระแส แปรผนโดยตรงกบอตรา

การเกดปฏกรยา) i = C  e-(G# - FE/RT)

= C  e-G#/RT .e FE/RT

=  io eFE/RT

หรอเขยนอยางงายเปน  i = Ae  ซงเมอ take log จะไดสมการ Tafel   =  a  +  b log | i |

แสดงวา overpotential เกยวของกบจลนศาสตรของปฏกรยา ถามคามาก แสดงวามพลงงานกระตนหรอกำาแพงพลงงานในการเกดปฏกรยาสง

Page 14: 203232 Electroanalytical Chemistry

ขอด-ขอเสยของ overpotential

กระบวนการผลตอลมเนยม

ศกยไฟฟาเกนทำาใหเกดปฏกรยายากขนตองใชพลงงานไฟฟามากขนเพอใหเกดปฏกรยาไดผลตผลเทาเดมเรยกวาม energy efficiency ตำาลง

ตวแปรทมผลตอ :-ชนดขวไฟฟา , ความขรขระของผวขว

พลงงานทใช = ศกยไฟฟา x ปรมาณประจ

Page 15: 203232 Electroanalytical Chemistry

ขอดของ overpotential

Hydrogen overvoltage on Hg electrode

การเกดปฏกรยารดกชนของไฮโดรเจนไอออนไปเปนแกสไฮโดรเจนบนขวแพลทนมจะเกดท

0 โวลตเทยบกบ NHE แตบนขวปรอท (Hg) จะตองใหศกยเปนลบมากกวาน - 2( V) จงจะเกดปฏกรยา ซงชวงศกย 0 ถง -2V นเปนชวงทสารหลายชนดเกดรดกชน จงใชขวปรอทในการศกษาปฏกรยาเหลานนไดโดยไมมการรบกวนจาก H+

บนขวตะกวในแบตเตอรกม Hydrogen overvoltage สงเชนกน แตถามโลหะปนเปอน แบตเตอรจะเสอมเพราะชารตไฟไมเขาเนองจากเกดปฏกรยาของ H+ แทน Pb2+

Lead acid battery

Page 16: 203232 Electroanalytical Chemistry

ขวไฟฟาชนดโพลาไรซไดและชนดนอนโพลาไรซ

• ขวไฟฟาโพลาไรซ (polarized electrode) เมอมการใหศกยไฟฟาจากภายนอกแกขวไฟฟาจะทำาใหขวไฟฟามศกยไฟฟาเปลยนไปตามศกยไฟฟาจากภายนอกโดยไมเกดกระแสไหลผานขว ขวไฟฟาสวนใหญจะมสมบตเปนขวโพลาไรซในบางชวงศกยไฟฟาเทานน

• ขวไฟฟานอนโพลาไรซ (nonpolarized electrode) จะเกดปฏกรยาใหกระแสสงมากเพอตานการเปลยนแปลงศกยไฟฟาเมอมการใหศกยจากภายนอกเขาไป

Page 17: 203232 Electroanalytical Chemistry

ขวไฟฟาอางอง-กลไกการเปนขวนอนโพลาไรซ

• Saturated calomel electrode (SCE) สามารถรกษาศกยไฟฟาใหคงทได แมจะมการใหสนามไฟฟาจากภายนอก

Page 18: 203232 Electroanalytical Chemistry

คาบท 2 - หวขอทจะเรยน• ภาพรวมเกยวกบเทคนคโพลาโรกราฟ และ

โวลแทมเมตร• เทคนคยอยตางๆ• เครองโวลแทมโมกราฟ และเซลลไฟฟาทใช

(voltammetric cell)– เซลลแบบทใช 2 ขว– เซลลแบบทใช 3 ขว และเครองควบคมศกย

ไฟฟา (potentiostat)

Page 19: 203232 Electroanalytical Chemistry

ภาพรวมเกยวกบเทคนคโพลาโรกราฟ และโวลแทมเมตร

โวลแทมเมตร เปนเทคนคทมการกระตนเซลลไฟฟาเคมดวยการใหศกยไฟฟารปแบบตาง ๆ กน แลววดกระแสไฟฟาทเปนผลมาจากการเกดปฏกรยา

โดยขวไฟฟาทำางาน ซงเปนขวไฟฟาชนดโพลาไรซไดมการเปลยนแปลงศกยไฟฟา ไปตามความตางศกยภายนอกทใหเขาไป ซงจะทำาใหสารเคมในสารละลายของเซลลสามารถรบ (หรอให ) อเลกตรอนทขวไฟฟา นนคอ เกดปฏกรยารดอกซ หรอปฏกรยาการถายเทอเลกตรอน (electron transfer reaction) อเลกตรอนขางตนจะไหลผานวงจรไฟฟา ดงนนจงสามารถวดออกมาเปนกระแสไฟฟาได ทำาการบนทกศกยไฟฟาของขวทำางาน และกระแสไฟฟาทวดไดทศกยไฟฟานน ๆ โดยใหกระแสเปนแกน y เรยกกราฟนวา โวลแทมโมแกรม (voltammogram; volt-amp-diagram) หรอโพลาโรแกรม (polarogram; polarization-diagram)

โพลาโรกราฟ หมายถง เทคนคทใชขวปรอทหยดเปนขวไฟฟาทำางาน (working electrode)โวลแทมเมตร หมายถง เทคนคทใชขวอนๆ ทมพนทผวคงทเปนขวไฟฟาทำางาน

Page 20: 203232 Electroanalytical Chemistry

เทคนคยอยตางๆ

Page 21: 203232 Electroanalytical Chemistry

เทคนคยอยตางๆ

เทคนคยอยตาง ๆ เหลานมความเหมาะสมในการประยกตสำาหรบงานวเคราะหดานตาง ๆ กน เชน สามารถใชในการศกษาปฏกรยาเคมทงดานเทอรโมไดนามกสและจลนศาสตร การศกษากลไกการเกดปฏกรยาเคม การวเคราะหชนดและปรมาณของสารทสนใจในระดบความเขมขนตำา เปนตน

Page 22: 203232 Electroanalytical Chemistry

เครองโวลแทมโมกราฟ และเซลลไฟฟาทใช (voltammetric cell)

• เครองมอทใชในเทคนคน เรยกวา เครองโวลแทมโมกราฟ หรอ โพลาโรกราฟเซลลไฟฟาเคมแบบ 2 ขวไฟฟา ประกอบดวยขวทำางานและ

ขวอางอง ซงมสมบตเปนขวโพลาไรซและขวนอนโพลาไรซ ตามลำาดบ และมสารละลายอเลกโทรไลตทไมเกดปฏกรยา (inert electrolyte) เพอชวยนำาไฟฟาหรอชวยลดความตานทานของเซลลไฟฟา

• เมอเปลยนความตางศกยไฟฟาทใหแกเซลล โดยเลอนจดตอบน linear resistor จะทำาใหขว WE มศกยไฟฟาเปลยนแปลงไปตามความตางศกยของ power supply - ซงเมอถงศกยทเหมาะสมจะทำาใหสารเกดปฏกรยาบนขวได

Cd2+ -0.40 V vs NHE = -0.64 V vs SCE

Page 23: 203232 Electroanalytical Chemistry

เซลลไฟฟาเคมแบบ 2 ขวไฟฟา• ขวอางองเปนขวชนดนอนโพลาไรซ ดงนนจงมศกยคงทไมเปลยนแปลง• ความตางศกยไฟฟาจากภายนอกทใหแกเซลลไฟฟาจงทใหขวทำางาน

(WE) ถกโพลาไรซหรอมศกยเปลยนแปลงไป (อเลกตรอนในขวมพลงงานเปลยนไป)

ขวไฟฟาทำางานจงมสมบตเปนตวรดวซหรอตวออกซไดซกไดขนอยกบศกยขณะนน จงสามารถทำาใหสารทสมผสอยกบขวมารบหรอใหอเลกตรอนทขวและเกดปฏกรยา

Cd2+ -0.40 V vs NHE (-0.64 V vs SCE)-หมายความวาหากไมม overpotential เกดขนเลย Cd2+ จะรบอเลกตรอนจากขวไฟฟา เมอขวไฟฟามศกยไฟฟาเปนลบมากกวา -0.64 โวลต ดงนนจะวดกระแสได เรยกวาขวไฟฟาเกดการดโพลาไรซ (depolarization)

Page 24: 203232 Electroanalytical Chemistry

เซลลไฟฟาเคมแบบ 3 ขวไฟฟา• เซลลไฟฟาเคมแบบ 2 ขวมขอเสย คอจะมกระแสไฟฟาไหลผานขวไฟฟา

อางองและทำาใหเกดปฏกรยาดวย อายการใชงานขวอางองจงสน แกไ– ขโดยเพมขวไฟฟาชวย (auxialary electrode, AE) เขามาเปนทางผานของกระแส โดยจะประกอบดวยเซลล 2 ชนด

Page 25: 203232 Electroanalytical Chemistry

เซลลไฟฟาเคมแบบ 3 ขวไฟฟา• เซลลไฟฟาเคมแบบ 2 ขวมขอเสย คอจะมกระแสไฟฟาไหลผานขวไฟฟา

อางองและทำาใหเกดปฏกรยาดวย อายการใชงานขวอางองจงสน แกไ– ขโดยเพมขวไฟฟาชวย (auxialary electrode, AE) เขามาเปนทางผานของกระแส โดยจะประกอบดวยเซลล 2 ชนดเซลลอเลกโทรไลตก – WE vs

AE (หรอ CE)เซลลกลวานก – WE vs RE

ซงขวไฟฟาชวยมสมบตเปนขวโพลาไรซเชนเดยวกบขวทำางาน ความตางศกยทใหจงทำาใหขวทงสองมศกยไฟฟาเปลยนไป ซงเราจะวดศกยไฟฟาของขวไฟฟาทำางานเทยบกบขวอางอง เนองจากปฏกรยาทเราสนใจจะเกดขนทขวทำางาน

Page 26: 203232 Electroanalytical Chemistry

เครองควบคมศกยไฟฟา (Potentiostat)

Ewaveform

การทำางานของโพเทนชออสแตตจะอาศยสมบตของ Op Amp ซงม 3 ขอหลก คอ

1. ความตานทานขาเขา (input impedance) ทงดานบวกและดานลบของ Op Amp จะสงมาก (~1012 โอหม ) จงถอวาไมมกระแสไฟฟาไหลเขาทางขาเขาของ Op Amp2. ความตานทานขาออก (output impedance) ของ Op Amp ตำา จงจายกระแสไฟฟาทางขาออกไดมาก

3 . Op Amp จะทำางานโดยปรบศกยไฟฟาขาเขาทงสองของมนใหมคาเทากนโดยจายศกยไฟฟาออกไปทางขาออก

• เพอควบคมศกยไฟฟาของ WE ใหเปนไปตามตองการจงตองใชวงจร potentiostat ดงรป

Page 27: 203232 Electroanalytical Chemistry

เครองควบคมศกยไฟฟา (Potentiostat)

Ewaveform

จากวงจร Op Amp A จะไดวา Eground = Ewaveform + ERE

ซงจากวงจร Op Amp C จะไดวา EWE = Egroundดงนน EWE = Ewaveform + EREหรอ EWE - ERE = Ewaveform

Op Amp B ดวยหลกการขอ 1 และขอ 3 Op Amp B จะทำาใหศกยไฟฟาขาออกเทากบศกยไฟฟาของขวไฟฟาอางอง (ERE) โดยไมทำาใหกระแสไฟฟาไหลผานขวไฟฟาอางองOp Amp C จะ

แปลงกระแสไปเปนศกยไฟฟา โดย Eout = -Iin R

สามารถปรบอตราการขยายกระแสโดยเปลยนคา R

Page 28: 203232 Electroanalytical Chemistry

คาบท 3 - หวขอทจะเรยน• การใชงานเครองโวลแทมโมกราฟ และสญญาณท

วดได• กระแสไฟฟาทวดได และ กลไกการเกดปฏกรยา• กระแสการเกบประจ (charging current)• การขนถายมวลสาร (mass transfer)

– Migration– Convection– Diffusion

Page 29: 203232 Electroanalytical Chemistry

การวเคราะหโดยเทคนคโวลแทมเมตร

Apply potential waveform

WE มศกยไฟฟาเปลยนแปลงไปตาม potential waveform เกดปฏกรยาไฟฟาเคมท

WE วดกระแสไฟฟา และ plot voltammogram

Page 30: 203232 Electroanalytical Chemistry

จะเกดปฏกรยาทศกยไฟฟาเทาไร• การทขวไฟฟามการเปลยนแปลง

ศกยไฟฟาจะทำาใหเกดปฏกรยา electron transfer ได

• Scan ไปทางบวก เกด–ออกซเดชน เรยกวา anodic scan

• Scan ไปทางลบ เกดรดกชน –เรยกวา cathodic scan

• การเพม/ลดศกยไฟฟา คอ การทำาใหอเลกตรอนในขวไฟฟามพลงงานลดลงหรอเพมขน จนสามารถถายเทไปยงออรบทอลของสารทมารบ

Page 31: 203232 Electroanalytical Chemistry

กระแสไฟฟาทวดไดเกดจาก...กระแสไฟฟาเกดจากการไหลของอเลกตรอน ซงเกดจาก 2

กระบวนการ 1) การเกดปฏกรยา เรยกวา กระแสฟาราเดอก (faradaic

current, If)2 ) เกดจากการไหลไปเกบทผวของขวไฟฟา เรยกวา กระแสประจ

(charging current, Ic)กระแสทวดได: Imeasured = If + Ic

If เทานนทสมพนธกบปรมาณสารทเกดปฏกรยา

Page 32: 203232 Electroanalytical Chemistry

ชนประจสองชน (electrical double layer)

• เมอมการใหศกยแกขวไฟฟา กจะมสนามไฟฟาเกดขนรอบผวของขวไฟฟา ซงจะดงประจตรงขามเขามาหาและผลกประจเหมอนกนออกไป จะเกดเปนชนประจสองชนทขวไฟฟาเรยกวา electrical double layer ซงมลกษณะและสมบตเหมอนตวเกบประจ ซงสามารถเกบประจ หรอ อเลกตรอนไวได โดยความจ (capacitance, C) ของตวเกบประจ (หนวยเปน farads หรอcoulomb/volt) เปนไปตามสมการ C = Q/V การเปลยนแปลงศกยของขวไฟฟาจะทำาใหมกระแสไหลมาประจ หรอคายประจทชนประจสองชนดงกลาว

Page 33: 203232 Electroanalytical Chemistry

ตวแปรทมผลตอความจของตวเกบประจ   ดวยปจจยทกำาหนดคาการเกบประจ ไดแก พนทของแผนเพลต ระยะหางระหวางแผนเพลต และชนดของไดอเลกตรก ดงนนสามารถเขยนสมการความสมพนธได ดงน 

โดยท C = คาการเกบประจ มหนวยเปน ฟารด (F)8.85 x10-12 = คาความเพอรมตตวต (Permittivity) มหนวยเปน ฟารด/เมตร (F/m)K = คาคงทไดอเลกตรกA = พนทของแผนเพลต มหนวยเปน ตารางเมตร (m2)d = ระยะหางระหวางแผนเพลต มหนวยเปน เมตร (m)จากสมการจะเหนวา คาการเกบประจเปนสดสวนโดยตรงกบคาคงทไดอเลกตรก (K) และพนทของแผนเพลต (A) และเปนสดสวนผกผนกบระยะหางระหวางเผนเพลต (d)

Page 34: 203232 Electroanalytical Chemistry

กระแสฟาราเดอกถกจำากดดวยการถายเทมวลสาร

• การเกดปฏกรยาเกยวของกบหลายกระบวนการดงรป ซงอาจแบงไดเปน 2 สวนคอ การถายเทอเลกตรอน (electron transfer) และการถายเทมวลสาร (mass transfer) ซงตามปกตแลวการถายเทอเลกตรอนจะเกดขนเรวกวาการถายเทมวลสารมาก

• สำาหรบปฏกรยาสวนใหญกระแสไฟฟาทเกดขนจะถกจำากดดวยอตราการถายเทมวลสารสผวขวไฟฟา

Page 35: 203232 Electroanalytical Chemistry

กระบวนการการขนถายมวลสาร• Migration เปนการเคลอนทอยางมทศทางโดยแรงดงดดหรอแรง

ผลกจากสนามไฟฟา: เกดในกรณทสารละลายมประจอยนอยมาก แรงจากสนามไฟฟาของขวสามารถสงแรงดงดดใหไอออนเคลอนเขามาหาขวไฟฟาแลวเกดปฏกรยาได ซงจะใหกระแสไฟฟาสงขนกวาปกต เรยกวา กระแสไฟฟาทเกดจากกระบวนการนวา migration current ซงไมแปรผนโดยตรงกบความเขมขนของสารทเกดปฏกรยา กระแสนสามารถลดไดโดยการเตมสารละลายอเลกโทรไลตใหเขมขนมากพอ เพอใหไอออนทไมเกดปฏกรยาลงไปบดบงแรงจากขวไฟฟาทจะกระทำาตอไอออนทสนใจหาปรมาณ รวมทงชวยลดความตานทานของสารละลาย (ลด IR drop) ดวย • Convection เปนการเคลอนทอยางสมของมวลสาร

เนองจากมแรงมากระทำา (เชน แรงกล หรอความรอน เปนตน ) เกดในเซลลไฟฟาทสารละลายไมนง (มการคนสารละลาย ) กระแสทเกดขนจากการขนถายมวลสารโดยกระบวนการน เรยกวา convective current ซงไมแปรผนโดยตรงกบความเขมขนสารเชนกน แตจะสมพนธกบอตราการคนสารละลาย

Page 36: 203232 Electroanalytical Chemistry

กระบวนการการขนถายมวลสาร• Diffusion เปนการเคลอนทของมวลสารท

เกดจากการทมความแตกตางของความเขมขนของสารในสองบรเวณ (concentration gradient) ทำาใหสารเคลอนทจากททมความเขมขนสงไปยงททมความเขมขนตำา (เปนการเพมเอนโทรปของระบบ ) อตราการเคลอนทแปรผนโดยตรงกบความแตกตางของความเขมขนเปนไปตาม Fick’s law ในเซลลไฟฟาทสารละลายนงเมอสารเกดปฏกรยาทขวไฟฟาความเขมขนของสารบรเวณผวขวไฟฟาจะลด ลงเขาใกลศนย ทำาใหเกดความแตกตางของความเขมขนขน จากนนสารทอยในบรเวณทหางออกไปจากขว (bulk solution) ซงยงมความเขมขนคงเดมเหมอนกอนเกดปฏกรยา จะเคลอนทเขามายงผวขวไฟฟาโดยกระบวนการแพร (diffusion) สารทแพรมาถงจะเกดปฏกรยาหมดในทนท ดงนน กระแสไฟฟาทเกดขนจงถกควบคมดวยอตราการแพร (diffusion controlled current) หรอเรยกวา diffusion current (id)

Diffusion rate = C/x

Id α Diffusion rate α C

Page 37: 203232 Electroanalytical Chemistry

สภาวะในการวดในเทคนคโวลแทมเมตร

• ตองม supporting electrolyte• ใชขวไฟฟาทำางานขนาดเลก และขวไฟฟาชวยขนาดใหญ• การใหศกยและวดกระแส ทำาในสารละลายทนง

• อตราการเกดปฏกรยาขนอยกบการเกดปฏกรยาทขวไฟฟาทำางาน ซงจะเปนขนกำาหนดอตรา (rate determining step) – ซงขนอยกบอตราการแพรของสารมายงผวขวไฟฟา –แปรผนตรงกบความเขมขนใน bulk solution

• กระแสไฟฟา แปรผนโดยตรงกบอตราการเกดปฏกรยา

Page 38: 203232 Electroanalytical Chemistry

ตวอยางโวลแทมโมแกรมทบนทกได

• Half wave potential (E1/2) ใชวเคราะหเชงคณภาพ ระบชนดสารทเกดปฏกรยา• Limiting current (Il) หรอ diffusion current (Id) ใชสรางกราฟมาตรฐานเพอ

หาความเขมขน