Cách đọc đường von-ampe vòng bằng trình xem CV miễn phí của MolDraw
Trả lời ngắn: Mở trình xem quét thế vòng tuần hoàn, nhấn Mở file CV hoặc thả một file CSV, file xuất từ CH Instruments, BioLogic, Gamry hay Autolab vào trang. Chọn một chu kỳ và đọc Epa, Epc, E½, ΔEp và ipa/ipc, kèm ghi chú ngắn về ý nghĩa. Cùng trang này còn quy đổi điện cực so sánh, ước tính HOMO và LUMO từ thế onset và chạy phân tích tốc độ quét Randles–Ševčík. File của bạn luôn ở trên thiết bị của bạn.
Dùng thử trình xem CV tại đây
Nhấn Ferrocene (thuận nghịch) trong trình xem trực tiếp để nạp một ví dụ mẫu.
Vì sao nên dùng trình xem CV trên trình duyệt?
Phần mềm potentiostat thường chạy trên một máy tính trong phòng thí nghiệm và chỉ đọc file của một hãng, nên đồng nghiệp thường không mở được dữ liệu của bạn. Đọc pic thủ công trên đồ thị vừa chậm vừa dễ sai. Trình xem MolDraw đọc các định dạng xuất phổ biến, chồng chúng lên nhau và đo các giá trị chuẩn theo cùng một cách mỗi lần.
Tóm tắt về quét thế vòng tuần hoàn
Thế của điện cực làm việc được quét tuyến tính tới một điểm đảo chiều rồi quay lại, trong khi dòng điện được ghi lại. Pic anode (Epa, dòng ipa) đến từ quá trình oxi hóa. Pic cathode (Epc, dòng ipc) đến từ quá trình khử.
Với một cặp oxi hóa khử thuận nghịch về mặt điện hóa, E½ = (Epa + Epc)/2 gần bằng thế hình thức. Khoảng cách pic ΔEp khoảng 59/n mV ở 25 °C, với n là số electron, và không thay đổi theo tốc độ quét. Tỉ số ipa/ipc gần 1 nghĩa là cả hai dạng đều bền trong quá trình quét. ΔEp rộng hơn cho thấy chuyển electron chậm hơn hoặc có điện trở không được bù. Mất pic quay về nghĩa là sản phẩm tiếp tục phản ứng và biến mất.
Thế chỉ có ý nghĩa khi so với một điện cực so sánh. Các phép đo trong nước thường dùng SCE hoặc Ag/AgCl. Trong dung môi hữu cơ, IUPAC khuyến nghị báo cáo thế so với cặp ferrocene/ferrocenium (Fc/Fc+) đo trong cùng bình.
Với chất bán dẫn hữu cơ, thế onset của quá trình oxi hóa và khử so với Fc/Fc+ cho năng lượng orbital biên gần đúng: E(HOMO) ≈ −(Eox, onset + 4.8) eV, và tương tự với onset khử cho LUMO. Giá trị 4,8 eV là một quy ước, không phải hằng số.
Phương trình Randles–Ševčík liên hệ dòng pic với tốc độ quét. Với sóng thuận nghịch của một chất tan ở 25 °C, ip = 2.69 × 10⁵ n3/2 A D1/2 C v1/2. Vì vậy ip tăng theo √v. Với chất cố định trên điện cực, ip lại tăng theo v.
Các file trình xem mở được
| CSV hoặc TXT | Cột thế và cột dòng điện, có thể kèm cột thời gian và cột chu kỳ. Đơn vị dòng (A, mA, µA, nA) được đọc từ dòng tiêu đề. |
|---|---|
| File xuất từ thiết bị | File văn bản xuất từ CH Instruments, file .txt xuất từ BioLogic EC-Lab, file .DTA của Gamry và file ASCII xuất từ Autolab NOVA. |
| Tốc độ quét | Đọc từ dòng tiêu đề hoặc cột thời gian, hoặc nhập theo mV/s bên cạnh tên file. |
| Chu kỳ | Lấy từ cột chu kỳ, hoặc xác định từ các điểm đảo chiều của quá trình quét. |
Cách phân tích CV từng bước
- Nhấn Mở file CV, hoặc thả file vào ô. Để khám phá trước, nhấn một ví dụ như Gần thuận nghịch hoặc Oxi hóa bất thuận nghịch.
- Trong Điện cực so sánh và đơn vị, đặt Dữ liệu so với là điện cực bạn đã dùng khi đo và Hiển thị so với là điện cực bạn muốn báo cáo. Nếu bạn đã đo ferrocene trong cùng bình, nhập E½ của nó vào E½ của ferrocene so với điện cực của dữ liệu (V).
- Chọn một chu kỳ trong menu Pic. Đọc bảng và ghi chú "Ý nghĩa" bên dưới.
- Với mức năng lượng, mở HOMO / LUMO từ thế onset. Đánh dấu Dùng onset oxi hóa, Dùng onset khử hoặc cả hai, và Đánh dấu onset để thấy chúng trên đồ thị.
- Với một loạt tốc độ quét, chọn nhiều file cùng lúc, hoặc đánh dấu Thêm vào đồ thị thay vì thay thế. Kiểm tra từng tốc độ quét, mở Phân tích tốc độ quét (Randles-Sevcik), và nhập Số electron n cùng Nồng độ (mM).
- Lưu kết quả bằng Xuất PNG, Xuất CSV hoặc PNG đồ thị ip.
Trình xem làm được gì
- Chồng phổ: mỗi file có một màu riêng. Hiện, ẩn hoặc xóa file, và chọn các chu kỳ cần vẽ.
- Kết luận bằng lời dễ hiểu: ghi chú coi ΔEp tới 75 mV là thuận nghịch và tới 200 mV là gần thuận nghịch. Các pic cách nhau hơn 0,8 V được coi là các quá trình riêng biệt, nên E½ và ΔEp không được tính.
- Điện cực so sánh và quy ước dấu: quy đổi giữa SCE, hai loại điện cực Ag/AgCl, SHE, NHE, Hg/HgO và Fc/Fc+. Quá trình oxi hóa được vẽ hướng lên (IUPAC); đánh dấu Quy ước Mỹ để lật ngược.
- Phân tích tốc độ quét: ipa theo √v với đường hồi quy và R², độ dốc của log ip theo log v, kết luận khuếch tán hay bề mặt, và hệ số khuếch tán D khi đã nhập n, diện tích và nồng độ.
- Mật độ dòng: đặt Diện tích điện cực (cm²) và đánh dấu Mật độ dòng để vẽ j thay cho I.
Cách dùng trên lớp và trong phòng thí nghiệm
- Giảng dạy về tính thuận nghịch: lần lượt nạp Ferrocene (thuận nghịch), Gần thuận nghịch và Oxi hóa bất thuận nghịch rồi so sánh ΔEp, ipa/ipc và pic quay về.
- Báo cáo hợp chất mới: nhập E½ của ferrocene và báo cáo E½ so với Fc/Fc+, giá trị mà các nhóm khác có thể so sánh trực tiếp.
- Điện tử hữu cơ: ước tính HOMO, LUMO và vùng cấm điện hóa từ CV của màng, rồi so sánh với vùng cấm quang học từ trình xem phổ UV-Vis.
- Kiểm tra cơ chế: chạy một loạt tốc độ quét để phân biệt chất khuếch tán với chất hấp phụ trên điện cực.
Mẹo và giới hạn
- File hiếm khi ghi lại điện cực so sánh, nên hãy kiểm tra Dữ liệu so với mỗi lần.
- Các phép quy đổi dùng giá trị cố định trong nước so với SHE. Trong dung môi hữu cơ, chuẩn nội ferrocene đáng tin cậy hơn.
- Phân tích tốc độ quét dùng chu kỳ đầu tiên của mỗi file. D giả định sóng thuận nghịch, do khuếch tán khống chế ở 25 °C.
- Giá trị HOMO và LUMO là ước tính. Chỉ so sánh các giá trị tính với cùng mức Fc/Fc+ và cùng phương pháp (onset hoặc E½).
- Khi các sóng chồng lấn, hãy kiểm tra các vạch Epa và Epc nằm đúng trên pic bạn muốn.
Trang công cụ liệt kê tất cả trình xem dữ liệu miễn phí của MolDraw.
Hỏi và đáp
Vì sao ΔEp của tôi lớn hơn 59 mV với một cặp oxi hóa khử lẽ ra thuận nghịch?
Điện trở không được bù và chuyển electron chậm đều làm ΔEp rộng ra. Hãy đo ferrocene trong cùng bình điện hóa. Nếu ferrocene cũng có ΔEp lớn, nguyên nhân nằm ở bình đo.
Có thể báo cáo thế so với Fc/Fc+ nếu tôi đo so với Ag/AgCl không?
Có. Đặt Dữ liệu so với là điện cực Ag/AgCl của bạn, nhập E½ của ferrocene đo trong cùng bình, và đặt Hiển thị so với là Fc/Fc+. Nếu không có giá trị này, trình xem giả định +0,40 V so với SCE (acetonitrile), chỉ là giá trị gần đúng.
Cần bao nhiêu file cho phân tích tốc độ quét?
Ít nhất ba đường CV ở các tốc độ quét khác nhau. Nếu file không ghi tốc độ quét, hãy nhập nó theo mV/s bên cạnh tên file.
Trình xem có xử lý được file có nhiều chu kỳ không?
Có. Chọn chu kỳ cần phân tích trong menu Pic và đánh dấu các chu kỳ muốn hiển thị trên đồ thị.