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Neue Konzepte in der Voltammetrie

Bestry, Joanna - Freie Universität Berlin (2012)


Das Ziel der Arbeit deckt sich mit dem Hauptziel der "grünen Chemie", nämlich die Verwendung von umweltgefährlichen Substanzen zu reduzieren bzw. zu eliminieren. Es wurden zwei Ansätze aufgegriffen: Die Entwicklung von Elektroden auf Graphitbasis, die nach Möglichkeit Quecksilber auf grund dessen Giftigkeit ersetzen, aber auch das Arbeiten bei positiven Potentialen ermöglichen und die Untersuchung von ionischen Flüssigkeiten, die im Bereich der Synthesechemie bereits als Alternativlösungsmitteln genutzt werden, zwecks einer möglichen Verwendung in Voltammetrie und Polarographie.

Bei Graphitelektroden wurde nach einer Alternative zu Decahydronaphthalin gesucht, das zwar erfolgreich als flüssige Phase eingesetzt werden kann, aber als human- und ökotoxisch gilt. Es wurden zwei-Komponenten-Gemische (Ersatz von Decahydronaphthalin) und drei-Komponenten-Gemische (Minimierung des Einsatzes von Decahydronaphthalin) hergestellt und untersucht. Von den gewählten Substanzen konnte insbesondere Glycerol als möglicher Ersatz aufgezeigt werden. Systeme, die mit Glycerol hergestellt wurden, waren fließfähig und tropffähig. Ihr niedriger Eigenwiderstand überzeugte neben Stabilität in den Elektrolytlösungen. Die Untersuchung der Grundströme und der Potentialfenster ergab, dass die Suspensionen für elektrochemische Anwendungen geeignet sind. Bei der Untersuchung ausgewählter Substanzen, konnte gezeigt werden, dass qualitative Aussagen möglich sind, aber auch ein Zusammenhang zwischen Substanzkonzentration und Stromhöhe vorhanden ist. Weiterhin ist auch die Durchführung von Simultanbestimmungen möglich. Im Vergleich zu anderen Kohleelektroden, sind die hergestellten tropffähigen Graphitelektroden ihnen ebenbürtig, teilweise sogar überlegen.

Aus dem Bereich der ionischen Flüssigkeiten wurden zwei für eine mögliche Verwendung in der Voltammetrie und der Polarographie begutachtet: 1-Ethyl-3-methylimidazolium-trifluormethansulfonat und 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imid. Zunächst wurde mit Hilfe der Quecksilberelektrode und der Kohlefaserepoxidharzmatrix-elektrode das elektrochemische Fenster cyclovoltammetrisch und differentiell bestimmt. Die untersuchten ionischen Flüssigkeiten weisen zu den üblicherweise in der Voltammetrie eingesetzten Leitelektrolyten ein breites elektrochemisches Fenster auf, das teilweise 3,6 V beträgt. Die anschließenden Untersuchungen ausgewählter Substanzen erfolgten mit der Quecksilberelektrode und bei einigen Bestimmungen zusätzlich mit der Quecksilbertropf- und der Kohlefaserepoxidharzmatrixelektrode. Es konnte gezeigt werden, dass die umweltrelevanten Metalle Zink, Blei, Cadmium, Kupfer und Nickel ohne Schwierigkeiten qualitativ und in einigen Fällen sogar quantitativ bestimmt werden können. Auch Simultanbestimmungen sind möglich. Daneben konnte auch Kalium bestimmt werden.

In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass beide Ansätze - tropfende Kohleelektroden und ionische Flüssigkeiten - dem Bedarf nach Nachhaltigkeit und umweltbewusster Arbeitsweise in der Analytik folgen können. So sind die tropfenden Kohleelektroden mit ihrem günstigen elektrochemischen Verhalten nicht nur im anodischen Potentialbereich verwendbar, ihr Einsatz in der Elektrochemie ist im Vergleich zu der Quecksilberelektrode weniger bedenklich. Beide ionischen Flüssigkeiten, die untersucht wurden, können für die Anwendung in Polarographie und Voltammetrie eingesetzt werden. Sie fungieren ohne Schwierigkeiten sowohl als Leitelektrolyt wie auch als Lösungsmittel. Desweiteren sollte bei ionischen Flüssigkeiten als designer solvents die Möglichkeit genutzt werden, dass sie entsprechend der gesuchten Eigenschaften hergestellt werden können. Für die Elektrochemie eröffen sich dadurch attraktive Aussichten.


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