So wertest du ein Cyclovoltammogramm mit dem kostenlosen CV-Viewer von MolDraw aus

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Klicke im Live-Viewer auf Ferrocen (reversibel), um ein durchgerechnetes Beispiel zu laden.

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Warum einen CV-Viewer im Browser nutzen?

Potentiostat-Software läuft meist auf einem einzigen Laborrechner und liest nur die Dateien eines Herstellers, sodass Kollegen deine Daten oft nicht öffnen können. Peaks von Hand aus einem Diagramm abzulesen ist langsam und fehleranfällig. Der MolDraw-Viewer liest die gängigen Exporte, überlagert sie und misst die Standardwerte jedes Mal auf dieselbe Weise.

Cyclovoltammetrie in Kürze

Das Potenzial der Arbeitselektrode wird linear bis zu einem Umkehrpunkt und zurück gefahren, während der Strom aufgezeichnet wird. Der anodische Peak (Epa, Strom ipa) stammt von der Oxidation, der kathodische Peak (Epc, Strom ipc) von der Reduktion.

Für ein elektrochemisch reversibles Redoxpaar liegt E½ = (Epa + Epc)/2 nahe am Formalpotenzial. Der Peakabstand ΔEp beträgt bei 25 °C etwa 59/n mV, wobei n die Zahl der Elektronen ist, und ändert sich nicht mit der Scanrate. Ein Verhältnis ipa/ipc nahe 1 bedeutet, dass beide Formen während des Scans stabil sind. Ein größeres ΔEp deutet auf langsameren Elektronentransfer oder unkompensierten Widerstand hin. Fehlt der Rückpeak, reagiert das Produkt weiter.

Ein Potenzial hat nur gegenüber einer Referenzelektrode eine Bedeutung. In wässrigen Systemen nutzt man oft SCE oder Ag/AgCl. In organischen Lösungsmitteln empfiehlt die IUPAC, Potenziale gegen das in derselben Zelle gemessene Ferrocen/Ferrocenium-Paar (Fc/Fc+) anzugeben.

Bei organischen Halbleitern liefern die Onset-Potenziale von Oxidation und Reduktion gegen Fc/Fc+ grobe Grenzorbitalenergien: E(HOMO) ≈ −(E_{ox, onset} + 4,8) eV, und analog mit dem Reduktions-Onset für das LUMO. Der Wert 4,8 eV ist eine Konvention, keine Konstante.

Die Randles-Ševčík-Gleichung verknüpft Peakstrom und Scanrate. Für eine reversible Welle einer gelösten Spezies bei 25 °C gilt ip = 2,69 × 10⁵ n^3/2 A D^1/2 C v^1/2. ip wächst also mit √v. Bei einer an der Elektrode fixierten Spezies wächst ip dagegen mit v.

Dateien, die der Viewer öffnet

So wertest du ein CV Schritt für Schritt aus

1. Klicke auf CV-Datei(en) öffnen oder ziehe Dateien in das Feld. Zum Ausprobieren klicke auf ein Beispiel wie Quasireversibel oder Irreversible Oxidation.
2. Stelle unter Referenz und Einheiten bei Daten gegen die Elektrode ein, gegen die du gemessen hast, und bei Anzeigen gegen die, gegen die du berichten willst. Hast du Ferrocen in derselben Zelle gemessen, gib sein E½ bei E½ von Ferrocen gegen Datenreferenz (V) ein.
3. Wähle im Menü Peaks einen Zyklus. Lies die Tabelle und den Hinweis „What it means“ darunter.
4. Für Energieniveaus öffnest du HOMO / LUMO aus Onset-Potenzialen. Aktiviere Oxidations-Onset verwenden, Reduktions-Onset verwenden oder beide sowie Onsets markieren, um sie im Diagramm zu sehen.
5. Für eine Scanraten-Reihe wählst du mehrere Dateien auf einmal aus oder aktivierst Zum Diagramm hinzufügen statt ersetzen. Prüfe jede Scanrate, öffne Scanraten-Analyse (Randles-Sevcik) und gib Elektronen n und Konzentration (mM) ein.
6. Speichere deine Arbeit mit PNG exportieren, CSV exportieren oder ip-Diagramm als PNG.

Was der Viewer kann

• Überlagerungen: Jede Datei erhält eine eigene Farbe. Blende Dateien ein oder aus, entferne sie und wähle, welche Zyklen gezeichnet werden.
• Einordnung in Klartext: Der Hinweis bezeichnet ΔEp bis 75 mV als reversibel und bis 200 mV als quasireversibel. Peaks, die mehr als 0,8 V auseinanderliegen, gelten als getrennte Prozesse; E½ und ΔEp werden dann nicht angegeben.
• Referenzen und Vorzeichen: Umrechnung zwischen SCE, zwei Ag/AgCl-Elektroden, SHE, NHE, Hg/HgO und Fc/Fc+. Die Oxidation wird nach oben aufgetragen (IUPAC); mit US-Konvention kehrst du das um.
• Scanraten-Analyse: ipa gegen √v mit Ausgleichsgerade und R², die Steigung von log ip gegen log v, eine Einordnung als Diffusion oder Oberflächenprozess und der Diffusionskoeffizient D, wenn n, Fläche und Konzentration angegeben sind.
• Stromdichte: Gib Elektrodenfläche (cm²) ein und aktiviere Stromdichte, um j statt I aufzutragen.

Einsatz in Unterricht und Labor

• Reversibilität unterrichten: Lade nacheinander Ferrocen (reversibel), Quasireversibel und Irreversible Oxidation und vergleiche ΔEp, ipa/ipc und den Rückpeak.
• Eine neue Verbindung publizieren: Gib dein E½ von Ferrocen ein und nenne E½ gegen Fc/Fc+, das andere Arbeitsgruppen direkt vergleichen können.
• Organische Elektronik: Schätze HOMO, LUMO und die elektrochemische Bandlücke aus dem CV eines Films ab und vergleiche sie mit der optischen Bandlücke aus dem UV-Vis-Spektrum-Viewer.
• Mechanismen prüfen: Mit einer Scanraten-Reihe unterscheidest du eine diffundierende Spezies von einer an der Elektrode adsorbierten.

Tipps und Grenzen

• Dateien enthalten selten die Referenzelektrode, prüfe also jedes Mal Daten gegen.
• Die Umrechnungen nutzen feste wässrige Werte gegen SHE. In organischen Lösungsmitteln ist ein interner Ferrocen-Standard zuverlässiger.
• Die Scanraten-Analyse nutzt jeweils den ersten Zyklus jeder Datei. D setzt eine reversible, diffusionskontrollierte Welle bei 25 °C voraus.
• HOMO- und LUMO-Werte sind Schätzungen. Vergleiche nur Werte, die mit demselben Fc/Fc+-Niveau und derselben Methode (Onset oder E½) ermittelt wurden.
• Bei überlappenden Wellen prüfe, ob die Markierungen für Epa und Epc auf den gemeinten Peaks sitzen.

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