10.15 : קולומטריה בזרם מבוקר: מבוא

קולומטריה בזרם מבוקר, המכונה גם קולומטריה אמפרוסטטית, היא טכניקה המשמשת בניתוח אלקטרוכימי למדידת כמות של חומר באמצעות העברת זרם מבוקרת. הטכניקה כוללת יישום של זרם קבוע לתא אלקטרוכימי המכיל את ההאנליט המעניין. כאשר הזרם זורם דרך התא, האנליט עובר תגובת חמצון-חיזור על פני שטח האלקטרודה, מה שמוביל להעברת מטען. על ידי מעקב אחר הזמן הנדרש להעברת כמות מסוימת של מטען, ניתן לקבוע את כמות האנליט על פי חוקי פרדיי של האלקטרוליזה.

המערכת כוללת גלוונוסטט, תא אלקטרוכימי דו-אלקטרודות, טיימר למדידת משך האלקטרוליזה ומתג להפעלה והפסקת התהליך. גשר מלח או מחיצה נקבובית מפרידים בין האנליט לבין תוצרי האלקטרוליזה. נעשה שימוש בגלוונוסטטים מכיוון שריכוז האנליט פוחת במהלך האלקטרוליזה—הזרם יורד בשל ייצור מופחת של אלקטרונים. לכן, יש להעלות את פוטנציאל התא כדי לשמור על זרם יציב. עם זאת, הדבר עלול לגרום לתגובות אחרות באלקטרודה הגנרטורית, מה שעלול להפחית את יעילות הזרם. כדי להשיג יעילות זרם של 100%, ניתן להוסיף כמות עודפת של מתווך, המייצרת יונים המגיבים באופן כמותי עם האנליט הנותר.

בקולומטריה בזרם מבוקר, יצירת הטיטרנט באופן חיצוני פותרת בעיות כמו הפרעות אלקטרודה וזרמים פרזיטיים, במיוחד בדגימות בקנה מידה גדול. הטיטרנט מיוצר בתא אלקטרוליטי נפרד ומועבר לכלי הטיטרציה, ומציע שליטה מדויקת.

מערכת טיפוסית כוללת תא אלקטרוליטי כפול עם אלקטרודות פלטינה סליליות בצינור U הפוך. האלקטרוליט זורם דרך כל זרוע, שם מתרחשת האלקטרוליזה. בטיטרציות חומצה, הקתודה מייצרת יוני הידרוקסיד הנייטרליים את החומצה. בטיטרציות בסיס, האנודה מייצרת יוני מימן לנטרול הבסיס.

בטיטרציות הכוללות ייצור חשמלי של יוד, היוד מיוצר על ידי אלקטרוליזה של תמיסת אשלגן יודיד. במקרה זה, תגובת האנודה יוצרת יוד, המועבר לתא הטיטרציה.

דוגמה נוספת כוללת יצירה חיצונית של יוני Ce^4+ באמצעות תמיסה מימית של Ce^3+. מגבלה אפשרית של שיטה זו היא דילול הטיטרנט במערכת ההולכה, אך ניתן למזער זאת על ידי שליטה בקצבי הזרימה.

לבסוף, ניתן לקבוע את נקודת הסיום של התגובה באמצעות אינדיקטורים חזותיים או באמצעות מדידות פוטנציאליות וקונדוקטומטריות.