Инверсионная вольтамперометрия (ИВА)

Сущность метода состоит в предварительном накоплении (выделении) анализируемого вещества на индикаторном электроде электролизом с его последующим анодным электрохимическим растворением при линейно изменяющемся потенциале.

Электролитическое накопление вещества из раствора проводится в

течение определенного времени при постоянном потенциале, который

выбирается таким образом, чтобы требуемая электродная реакция протекала на предельном токе, а количество компонента, накопившегося за определенное время, было прямо пропорционально его исходной концентрации в растворе. Раствор во время электролиза перемешивается, как правило, с использованием установки с вращающимся дисковым электродом, чтобы улучшить эффективность стадии накопления. Никаких измерений в течение стадии накопления не проводится. По окончании стадии предварительного накопления перед стадией электрохимического растворения выделенного вещества перемешивание раствора прекращают для успокоения раствора. Стадию растворения накопленного вещества осуществляют в неперемешиваемом электролите одним из вольтамперометрических способов, например, вольтамперометрией с линейной разверткой напряжения. Получаемые при этом вольтамперные кривые имеют пик, положение которого характеризует природу вещества, а его высота пропорциональна концентрации вещества в растворе.

Развёртка потенциала (а) и изменение тока при регистрации вольтамперограммы на стационарном ртутном электроде.

Метод инверсионной вольтамперометрии чрезвычайно удобен для

анализа смеси веществ. Если в результате электролиза многокомпонентного раствора образуется сложная гомогенная амальгама, то ионизация металлов происходит при потенциалах, соответствующих потенциалам ионизации однокомпонентных амальгам.

Анодная инверсионная вольтамперограмма образца речной воды, содержащей 0.5 мкг/л кадмия, 5 мкг/меди и по 15 мкг/л цинка и свинца (предварительный электролиз проводили при -1.2 В на плёночном ртутно-графитовом электроде в течение 5 минут)

Например, на ртутном электроде удобно проводить определение концентрации смеси катионов некоторых металлов, которые обратимо восстанавливаются в определенной области потенциалов (от потенциала окисления ртути до потенциалов восстановления фоновых катионов) и образуют с ртутью амальгамы.

Накопление определяемых компонентов на электроде необходимо проводить при значении потенциала электрода в более отрицательной области, чем потенциал восстановления самого электроотрицательного металла анализируемой смеси. При этих условиях все анализируемые компоненты восстанавливаются на предельном токе. На анодной вольтамперной кривой растворения накопленных при катодной поляризации компонентов будут представлены пики, отвечающие всем анализируемым компонентам. Причем, в случае протекания обратимых электродных процессов потенциалы пиков растворения каждого металла будут близки к их соответствующим равновесным потенциалам.

Для концентрирования вещества на поверхности электрода могут быть использованы различные способы. К числу основных способов концентрирования можно отнести следующие способы:

1. Электроосаждение металлов в виде амальгамы (на поверхности ртутного электрода или на инертной подложке при одновременном соосаждении атомов ртути) с последующей регистрацией токов анодного растворения металлов.

2. Электроосаждение атомов металла на поверхности подходящего инертного электрода.

3. Адсорбционное концентрирование определяемого вещества.

4.Образование малорастворимого соединения на поверхности электрода.

5. Концентрирование в слое ионообменной мембраны или электроактивного полимера на поверхности электрода.

Стадия предварительного концентрирования элемента и последующая стадия регистрации аналитического сигнала проводятся в одном и том же растворе, что является одним из главных преимуществ инверсионной вольтамперометрии. Кроме этого к несомненным достоинствам метода следует отнести:

· возможность определения значительного числа (более 40) химических элементов и многих органических соединений;

· низкие пределы обнаружения, достигающие для некоторых элементов (например, Cd, Bi, Tl, Pb, Sb, Ni) и органических соединений уровня 10^-9 – 10^-10 моль/л;

· высокая селективность и хорошие метрологические характеристики;

· легкость компьютеризации и автоматизации аналитических определений;