2

TEHNOLOKO METALURKI FAKULTETUNIVERZITET U BEOGRADU

SEMINARSKI RAD

TEMA:Primena elektrohemijskih metoda u analizi etarskih ulja

STUDENT: MENTOR: Marko Jonovi 4007/2013 Dr Slobodan Petrovi

Beograd,2014Sadraj

Uvod.................................................................................................................................................................................31. Elektrohemijske metode..........................................................................................................................41.1. Voltametrija.......................................................................................................................................41.1.1. Voltametrija sa linearnom promenom potencijala............................................................71.1.2. Ciklina voltametrija................................................................................................................71.1.3. "Stripping" voltametrija (anodna, katodna i adsorpciona)................................................161.1.4. Pulsne metode........................................................................................................................161.1.4.1. Voltametrija sa pravougaonim impulsima (SWV, square-wave voltammetry)171.1.4.2. Normalna pulsna voltametrija (NPV) i diferencijalna pulsna voltametrija (DPV).............................................................................................................................181.1.4.3. Ostale pulsne metode..................................................................................................212. Analiza odabranih radova......................................................................................................................222.1. Antioksidativna svojstva iz etarskih ulja iz biljaka vrste Mentha detektovana elektrohemijskim metodama ........................................................................................................222.2. Elektrohemijska redukcija kumarina na film-modifikovanim elektrodama i odreivanje njihovog nivoa u etarskim uljima .................................................................................................24Zakljuak.......................................................................................................................................................................27Literatura.......................................................................................................................................................................28

Uvod

U svetu se poslednjih desetak godina radi na razvoju elektrohemijskih metoda za kvalitativno i kvantitativno odreivanje razliitih lekova na elektrodama od razliitih materijala (staklasti ugljenik, modifikovane elektrode) i u razliitim tipovima elektrolita [1].Prednost elektrohemijskih metoda je to su bre, jednostavne, ekonomski pogodne i pouzdane za odreivanje atioksidativne aktivnosti kompleksnih biolokih uzoraka i uzoraka hrane [2]. Takoe u kombinaciji sarutinski primenjivanim metodama daju rezultate koji su izvanredna dopuna postojeim klasinim hromatografskim metodama ispitivanja u farmaceutskim kompanijama kao i klinikim centrima u kojima se rade farmakokinetika odreivanja bioloki vanih molekula u telesnim tenostima (krv, urin, plazma).Najee koriene elektrohemijske metode za odreivanje antioksidativne aktivnosti iz biolokih uzoraka i uzoraka hrane su ciklona voltametrija i diferencijalna pulsna voltametrija. Njihov nasleeni analitiki potencijal se zasniva na injenici da oksidativni potencijal je konceptualno povezan sa antioksidativnim kapacitetom. Oekivano je da, to se analizom dobije nii oksidacioni potencijal ispitanog uzorka ekstrakta, da se dobije jai antioksidativni kapacitet. Meutim, protok amperske struje meren pod fiksnim uslovima oksidacije se moe dovosti u vezu sa poveanjem antioksidativnnog kapaciteta, a moe i da predvidi ukupan sadraj familije redoks jedinjenja u uzorku [2-5].

1. Elektrohemijske metodeElektrohemijske metode koje se koriste u elektroanalitici lekova su: Voltametrija sa lineamom promenom potencijala Ciklina voltametrija "Stripping"voltametrija sa taloenjern i rastvaranjem Diferencijalna pulsna voltametrija i normalna pulsna voltametrija "Square wave" voltametrija - voltametrija sa pravougaonim impulsima [7,8]Ilustracije radi, u daljem tekstu su prikazane osnove ovih metoda.1.1. VoltametrijaVoltametrija obuhvata sve metode gde se koriste stacionarne ili fiksne radne elektrode, npr. Hanging mercury drop electrode - HMDE (visea ivina elektroda), Thin mercury film electrode - TMFE (elektroda presvuena tankim filmom ive), Glassy carbon electrode GCE (elektroda od staklastog ugljenika), Carbon paste electrode - CPE (elektroda od ugljenine paste), Pt (platinska elektroda), Ag (elektroda od srebra), Au (elektroda od zlata) i dr. [7].Voltametrija pored potenciometrije i kulometrije ini osnovu elektroanalitike hemije. Obuhvata skup elektroanalitikih metoda kod kojih se podaci o analitu dobijaju iz merenja jaine struje u zavisnosti od zadatog napona pri uslovima koji izazivaju polarizaciju stacioname ili fiksirane radne elektrode. Voltametrija se razvila iz polarografije kod koje je radna elektroda kapljua ivina elektroda [8].Razliite metode obuhvaene su terminima polarografija i voltametrija. One se razlikuju po tehnikama merenja i tipu elektrinog potencijala upotrebljenog za pobuivanje.U voltametriji se promenjivi potencijal koji se naziva ekscitacijski signal dovodi na elektrohemijsku eliju koja sadri radnu elektrodu. Ekscitacijski signal stvara odgovor struje (faradejske) koja protie kroz eliju u toku reakcije analita na radnoj elektrodi [8]. Blie posmatranje struje koja tee kroz radnu elektrodu pokazuje da se ona sastoji od dve komponente, faradejske struje, koja potie od redukcije ili oksidacije analita i nefaradejske (kapacitivne ili kondenzatorske struje) koja nastaje usled pranjenja elektrohemijskog dvostrukog sloja na povrini radne elektrode [8].Kondenzatorska ili kapacitivna struja nastaje zbog toga to se radna elektroda ponaa kao kondenzator. Jednu plou tog kondenzatora ini naelektrisanje na povrini radne elektrode, a drugu suprotno naelektrisani joni ili dipoli rastvaraa u rastvoru neposredno uz samu elektrodu. Ovo predstavlja elektrini ili elektrohemijski dvojni sloj [9].Sredinom 60-ih godina dvadesetog veka dolo je do modifikacije klasine voltametrije koja je postala znatno osetljivija i selektivnija. Tada je primena voltametrije postala mnogo znaajnija za odreivanje velikog broja jedinjenja u farmaciji. Postoji mnogo naina da se elektrodi zada odreeni potencijal. U zavisnosti od toga postoje razliite vrste voltametrije.

Voltametrijski sistem se sastoji od tri elektrode uronjene u rastvor analita i vika elektrolita koji ne reaguje, a zove se osnovni elektrolit. Jedna od tri elektrode je radna elektroda iji se potencijal odrava na odreenoj poznatoj vrednosti ili se kao u voltametriji sa lineamom promenom potencijala menja sa vremenom [8].Radna elektroda je elektroda na kojoj se ispituje eljena pojava [9]. U glavnom je male povrine ime se pojaava njena sklonost ka polarizaciji. esto je napravljena od inertnih metala kao to su plemeniti metali zlato, platina ili staklasti ugljenik i pirolitiki grafit [8].Druga elektroda je referentna elektroda iji potencijal je poznat i stabilan [8]. Referentna elektroda se u eliju uvodi preko Luginove kapilare.Vrh kapilare treba da se postavi na to je mogue krae rastojanje od radne elektrode kako bi otpornost elektrolita izmeu elektrode i vrha kapilare mogla da se svede na zanemarljivu vrednost, s obzirom na to da kada tee struja javlja se pad potencijala na tom rastojanju koji se sabira sa potencijalom elektrode, te mereni potencijal ne odgovara vrednosti elektrodnog potencijala koji se eli meriti ili nametnuti elektrodi. Referentna elektroda treba da se odvoji od rastvora koji se nalazi u eliji pomou elektrolitikog mosta, da elektrolit iz elije ne bi prodirao u elektrolit referentne elektrode i obrnuto [9].Trea elektroda je kontra elektroda (pomona elektroda) koja je esto platinska ica, ica od zlata ili posuda sa ivom koja omoguava tok struje od izvora kroz rastvor do radne elektrode [7,8]. Kontra elektroda obino ima veliku povrinu u odnosu na radnu elektrodu. Kontra elektroda se stavlja na veu ili manju udaljenost od radne elektrode. Na slici 1. prikazan je sistem za merenje u kinetici elektrodnih procesa gde R-predstavlja radnu elektrodu, M-elektroliticki most sa Luginovom kapilarom, a Ref je referentna elektroda [7].

Slika 1. ematski prikaz elije za elektrohemijska ispitivanja sa tri elektrode [7]

Kao to je ve navedeno voltametrijske metode se zasnivaju na promeni potencijala stacioname radne elektrode sa vremenom i merenja odgovarajue struje koja se javlja kao posledica redukciono-oksidacionih procesa, a ispitivana vrsta na elektrodu dospeva procesom difuzije. Kod klasine polarografije, brzina promene potencijala je mala pa se ne uzima u obzir, dok se kod ostalih tehnika vrednost difuzione struje izrazava u funkciji brzine promene potencijala radne elektrode. Metoda je u poetku uvedena da bi se smanjilo vreme polarografske analize, ali eksperimentalni rezultati koji se bitno razlikuju od polarografskih, ne samo po obliku grafika, ukazali su na mogunost praenja niza novih efekata.U toku preliminamih istraivanja elektrohemijskog ponaanja ispitivanog sistema, voltametrijske tehnike su upravo one koje se koriste jer dobijeni voltamogram predstavlja "elektrohemijski spektar" koji pokazuje potencijale na kojima se deavaju oksidacioni i redukcioni procesi, uee homogenih reakcija u ukupnom elektrohemijskom procesu, adsorpciju elektroaktivnih vrsta i sline informacije o ponaanju ispitivanog sistema [9].

1.1.1. Voltametrija sa linearnom promenom potencijalaNajstarija i najjednostavnija voltametrijska metoda je voltametrija sa lineamom promenom potencijala. Kod ove metode potencijal radne elektrode se poveava ili smanjuje brzinom od 2-5 mV/s. Struja najee u mikroamperima belei se kao voltamogram koji je graficki prikaz struje u zavisnosti od potencijala radne elektrode. Postoje dve vrste voltametrije sa linemom promenom potencijala, hidrodinamika voltametrija i polarografija.

Slika 2. Promena potencijala sa vremenom kod lineame voltametrije [10]

Primena ovih metoda je za dokazivanje i odreivanje hemijskih jedinjenja na izlazu iz hromatografske kolone, za rutinsko odreivanje glukoze, saharoze i laktoze i za odreivanje zavrnih taaka kulometrijskih i volumetrijskih titracija [7,8].

1.1.2. Ciklina voltametrijaCiklina voltametrija predstavlja metodu koja se koristi za sagledavanje elektrohemijskog sistema u celini, svih procesa koji se u njemu odigravaju u irokom opegu potencijala. To se postie jednostrukim korienjem ili viestrukim ponavljanjem trougaonog pulsa potencijala, tako to se potencijal menja lineamo u opsegu potrebnom da se sagledaju svi procesi.Kada se dostigne potencijal na kome odreeni proces moe da se odigrava primetnom brzinom, struja poinje naglo eksponencijalno da raste. Sa nastupanjem difuzione polarizacije dolazi do usporavanja tog porasta, da bi se dostigao maksimum posle koga struja za taj proces opada na nulu, ali registrovana struja zadrava neku minimalnu vrednost (odreenu kapacitetom elektrohemijskog dvosloja koji se puni usled stalne promene potencijala) ukoliko se nije dostigao potencijal zapoinjanja sledeeg procesa [9].

Slika 3. Promena potencijala sa vremenom kod cikline voltametrije, Ei poetni potencijal, Ef krajnji potencijal, Emin najmanji potencijal, Emax najvei potencijal [7]

Snimanje ciklinih voltamograma se sastoji od reversne promene potencijala od vrednosti Emax do vrednosti Emin pa ponovo do vrednosti Emax odgovarajuom brzinom skeniranja (sweep rate,|dE/dt|=v) (slika 3.) [7].Za proces oksidacije obino se polazi od elektrodnog potencijala na kome nema oksidacije i u toku snimanja elektrodni potencijal se menja prema pozitivnijim vrednostima. Obmuto, za proces redukcije polazi se od elektrodnog potencijala na kome nema redukcije, a elektrodni potencijal se menja prema negativnijim vrednostima. Elektrodni potencijal u odreenom trenutku ima vrednost:

E(t) = Ei + vt (1)

Nakon postizanja konane vrednosti elektrodnog potencijala koja se za primer oksidacije obino postavlja na vrednost neto manju od potencijala oksidacije rastvaraa ili osnovnog elektrolita, elektrodni potencijal se vraa na poetnu vrednost, a elektrodni potencijal u odreenom trenutku ima vrednost:

E(t) = Ei -vt (2)

Prilikom povratka potencijala redukuje se deo vrste koja je oksidovana u direktnom snimanju. Brzina promene potencijala v, brzina polarizacije ili brzina skeniranja kao i kod lineame voltametrije kree se od nekoliko mV/s do nekoliko miliona V/s. Primena brzina od nekoliko miliona volti u sekundi zahteva upotrebu mikroelektroda i posebnih instrumenata [7].Tipican ciklini voltamogram za reverzibilni proces prikazan je na slici 4.

Slika 4. Izgled ciklinog voltamograma reverzibilnog procesa [7]

Uobiajeno je da reduktivnom procesu odgovara negativna struja, a oksidacionom pozitivna.Svaki proces karakteriu potencijal vrha maksimuma struje i strujni vrh (peak current) na voltamogramu. Za cikline voltamograme tj. za mnoge reakcije koje se ispituju ciklinom voltametrijom karakteristina je vea ili manja naspramnost pikova. U tome se razlikuju povratni (reversible) i nepovratni (irreversible) procesi [9].Reverzibilni (Nernstovski) sistemi

Povratnim procesom smatra se proces koji ima dovoljnu vrednost konstante brzine da se za korienu brzinu promene potencijala (sweep rate) na svakom postignutom potencijalu uspostavlja ravnotea izmeu reaktanta i produkta u prielektrodnom sloju ija je koncentracija odreena iskljuivo difuzijom. U takvom sluaju moglo se izvesti da je rastojanje anodnog i katodnog vrha odreeno iskljuivo brojem elektrona razmenjenih u svakom pojedinanom dogaaju elektrohemijske reakcije [9].Ako se razmotri jednostavna reverzibilna reakcija redukcije oksidovane vrste A u redukovanu vrstu B, koja se moe predstaviti jednainom:

A + ne- B (3)

Za izvodenje matematicke formule ciklicnih voltamograma polazi se od drugog Fick-ovog zakona difuzije za oksidovani A i redukovani B oblik elektroaktivne vrste. Izraz za krivu struja-potencijal se dobija resavanjem diferencijalnih jednacina:

(4)

gde su CA i CB koncentracije oksidovane vrste A, odnosno redukovane vrste B, DA i DB su njihovi difuzioni koeficijenti, x je udaljenost od povrine elektrode, t vreme proteklo od poetka elektrolize.

Na poetku je t = O, x > 0, CA = C0 i CB = 0.

Kadaje t > 0:

1. Odnos koncentracija oba oblika na elektrodi (x 0) se moe predstaviti Nernstovom jednainom:

(5)

zamenom E = Ei - vt dobija se ob1ik:

(6)

2. Suma tokova oksidovane i redukovane vrste na povrini elektrode (x = 0) jednaka je nuli:

(7)

Kao reenje diferencijalne jednaine: pod pretpostavkom da je difuzija linearna dobija se: (8)Ovaj izraz se naziva Randles-evikovom jednainom. Kada je T=25 C, jednacina dobija oblik: (9)gde je iP struja pika izraena u amperima, n broj elektrona, A povrina elektrode (cm2), D difuzioni koeficijent (cm2s-1), v brzina promene potencijala (Vs-1) i C0 koncentracija oksidovanog oblika (mol cm2) [7,11,12].

Iz Randles-evikove jednaine proizilazi da struja pika zavisi od: koncentracije elektroaktivne vrste difuzionog koeficijenta broja izmenjenih elektrona veliine povrine elektrode brzine promene potencijala

Na slici 5 je dat ematski prikaz reakcije oksido-redukcije na povrini elektrode. Glavna elektrohemijska reakcija se odigrava u tankom sloju uz samu elektrodu, debljine reda veliine 10-10 m (0,1 nm). U rastvoru (bulk solution) elektrodni proces vie ne utie na koncentraciju elektroaktivne vrste. Razlog tome je to potencijal opada sa poveanjem udaljenosti od elektrode. Difuzioni sloj je podruje kroz koje elektroaktivna vrsta difunduje prema elektrodi zbog koncentracionog gradijenta izmeu rastvora i povrine elektrode (slika 6) [7,13].

Slika5. ematski prikaz reakcije oksido-redukcije na povrini elektrode, kd je koeficijent prenosa mase [7]

Slika 6. Difuzioni sloj , (dc/dx)o je koncentracioni gradijent na povrsini elektrode [7]

Ciklina voltametrija je veoma dobra metoda za prouavanje kinetike elektrohemijskih reakcija. Prethodno opisane karakteristike ciklinih voltamograma odnose se na elektrohemijske reakcije ograniene samo difuzijom (tzv. reverzibilni sistem), dok ciklini voltamogram za ireverzibilni (potpuno ogranien kinetikom prenosa naelektrisanja) i kvazireverzibilni sistem (delimino ogranien) ima neto drugaiji izgled [9].

Ireverzibilni sistemi

Kada je brzina prenosa elektrona nedovoljna da omogui povrinsku ravnoteu i oblik ciklinih voltamograma se menja. Pri tom oblik voltamograma zavisi od brzine polarizacije. Pri niim vrednostima brzine polarizacije prenos elektrona je bri od masenog transporta elektroaktivne vrste to se manifestuje dobijanjem ciklicnog voltamograma kao za reverzibilni proces. Meutim, sa porastom brzine polarizacije raste i brzina masenog transporta tako da ove dve veliine postaju uporedive i dolazi do poremeaja ravnotee na povrini elektrode(slika 7) [7].

Slika 7. Prelazak iz reverzibilnog u ireverzibilni sistem sa porastom brzine polarizacije (sweep rate) [7]

Najvidljiviji efekat ovakvog ireverzibilnog ponaanja je poveanje razlike potencijala katodnog i anodnog pika sa poveanjem brzine polarizacije (slika 8) [9].

Slika 8. Ciklini voltamogrami ireverzibilnog procesa za razliite brzine promene potencijala [9]Mogue je da se isti elektrodni proces pri niim brzinama promene potencijala ponasa kao reverzibilan, a da pri veim brzinama postaje ireverzibilan. Izmeu ta dva sluaja postoji oblast u kojoj se elektrohemijski proces odvija kao kvazireverzibilan. Kvazireverzibilni procesi se javljaju kada postoji ogranicenje u brzini prenosa naelektrisanja. Najsigurnija identifikacija ireverzibilnosti nekog elektrohemijskog procesa je odsustvo reverzibilnog pika na ciklinom voltamogramu.Ciklina voltametrija je mona metoda za izuavanje mehanizama elektrodnih reakcija, homogenih reakcija, katalize i adsorpcije. Pomenuti mehanizmi predstavljaju osnovu ovih istraivanja. Treba primetiti daje broj moguih elektrohemijskih ishoda veoma veliki jer elektrodne reakcije mogu biti reverzibilne, ireverzibilne i kvazireverzibilne, mogu biti sa viestrukim (uzastopnim) prenosom naelektrisanja, zatim mogu ukljuivati hemijske reakcije (reverzibilne i ireverzibilne), a elektroaktivne vrste mogu da se adsorbuju na elektrodama.Ciklina voltametrija je metoda koja moe da se primeni u brojnim prouavanjima elektrohernijskih sistema kao i u analitike svrhe. Na primer, ciklina voltametrija moe da se koristi za odreivanje nekih supstanci in vivo. Tipian primer u kome je primenjena elektroda od ugljenine paste je ispitivanje askorbinske kiseline u mozgu pacova (slika 9) [12].

Slika 9. Primena cikline voltametrije za analizu tkiva mozga in vivo, a) aparatura za ciklinu voltametriju, b) ciklini voltamogram oksidacije askorbinske kiseline [12]1.1.3. "Stripping" voltametrija (anodna, katodna i adsorpciona)

Ove voltametrijske metode su najefikasnije elektrohemijske tehnike za analizu ultra mikro koliina supstanci (tragova).Neuobiajeno visoka osetljivost i selektivnost se baziraju na injenici da se odreivana supstanca akumulira pre svog odreivanja i da su i akumulacija i odreivanje elektrohernijski procesi ije se odigravanje moe kontrolisati.Odreivanja "stripping" voltametrijom su generalno osetljivija, tako da su granice detekcije izmeu 10-9-10-11mol dm3, a u nekim sluajevima ak i 10-12 mol dm3. To znai da ove metode spadaju medu najosetljivije instrumentalne metode analize. One su takoe superiome u odnosu na druge tehnike analize tragova po korektnosti izmerenih vrednosti. Poto se i akumulacija i odreivanje odigravaju na istoj elektrodi bez promene posude, to znai da se pojava sistematskih gresaka zbog kontaminacije ili isparavanja moe drati na niskom nivou.Rastvaranje u toku odreivanja akumuliranih proizvoda je njihovo uklanjanje sa radne elektrode odakle potie termin skidanje (engl. stripping). Ovaj proces se moe pratiti voltametrijski i otuda potie naziv voltametrija sa rastvaranjem (stripping voltammetry). Akumulacija se uvek odigrava na konstantnom potencijalu (Eac potencijal akumulacije) na stacionamoj ivinoj elektrodi, filmu ive ili elektrodi od plemenitog metala i u kontrolisanom vremenskom periodu (tac akumulaciono vreme). Analit se taloi elektrolitiki kao metal, kao slabo rastvorno Hg(I) jedinjenje ili adsorptivno kao kompleksno jedinjenje. Uklanjanje akumuliranog analita sa radne elektrode, zasniva se na procesu oksidacije ili redukcije.Kod anodnog rastvaranja elektroda se tokom taloenja ponaa kao katoda, a tokom rastvaranja kao anoda. Kod katodnog rastvaranja je obrnuto. Taloenjem se analit elektrohemijski koncentruje. To znaci da je koncentracija analita na povrini elektrode mnogo vea nego u samom rastvoru [7,11,12].

1.1.4. Pulsne metodeNedostaci nekih voltametrijskih metoda izbegnuti su primenom novih pulsnih metoda kao to je voltametrija sa pravougaonim impulsima, normalna i diferencijalna pulsna voltametrija. Poveanje osetljivosti odreivanja moe se postii poboljanjem odnosa signala i suma tj. odnosa faradejske i kondenzatorske struje (IF/IC). To se postie deliminim eliminisanjem kondenzatorske struje IC (uglavnom izazvane periodinim punjenjem i pranjenjem dvostrukog sloja). Pristup koji se odnosi na smanjenje kondenzatorskih struja doveo je do pojave pulsnih metoda.Opta karakteristika ovih metoda je da se elektrodni procesi pobuuju na razliite naine pri periodinim promenama potencijala pravougaonih talasa sa konstantnom ili rastuom amplitudom EA. Rezultat toga je da se pri kraju trajanja impulsa (tp) uglavnom meri faradejski doprinos, dok je istovremeno kapacitivna struja skoro potpuno izezla (slika 10) [7].Zavisnost kapacitivne struje tokom vremena impulsa [7] je data relacijom: (10)gde je IC - kapacitivna struja, EA - amplituda impulsa, R - otpor pranjenja, t - vreme posle primene impulsa, C - kapacitet dvostrukog sloja radne elektrode

Slika 0. Promena struja sa vremenom primenom stepena potencijala na stacionarnoj elektrodi, IF faradejska i IC kapacitivna struja [7]

1.1.4.1. Voltametrija sa pravougaonim impulsima (SWV, square-wave voltammetry)Metoda poznata pod imenom voltametrija sa pravougaonim impulsima je metoda kod koje se celokupan postupak merenja odigrava na jednoj ivinoj kapi sa relativno velikom amplitudom EA=50 mV i sa brzom promenom potencijala. Trajanje potencijalnog stepena je identino sa duinom trajanja pulsa pravougaonog talasa i iznosi 5-10 ms tj. na svaki stepen potencijala dodata je samo jedna oscilacija potencijala pravougaonog talasa sa relativnom velikom amplitudom (slika 11) [7].

Slika 11. Voltametrija sa pravougaonim impulsima: a) ema primene potencijala b) Zavisnost struja-potencijal: Est ~ 2 mV;tmin= 2 ms [7]

Razlika izmeu izmerenih vrednosti struja u takama 1 i 2 (za vrlo kratka vremena merenja) prikazuje se u zavisnosti od potencijala i dobija se kriva struja-potencijal. Jedna od znaajnih primena voltametrije sa pravougaonim talasom je u elektrohemijskoj detekciji kod HPLC [11].

1.1.4.2. Normalna pulsna voltametrija (NPV) i diferencijalna pulsna voltametrija (DPV)U normalnoj pulsnoj voltametriji (NPV) potencijal se ne menja lineamo rastuim potencijalom nego sa pulsevima potencijala pravougaonih talasa sa rastuom visinom (amplitude pulsa EA) superponiranjem na konstantan poetni potencijal. Superponiranje pulsa je sinhronizovano sa nastajanjem kapi na kapljuoj ivinoj elektrodi, pri emu svaka kap ima jedan puls potencijala sa vremenom pulsa od oko 50 ms primenjen na nju.Amplituda raste od jedne kapi do sledee za konstantnu veliinu i postie maksimum od 1000 mV. Struja se meri na kraju ivota kapi oko 10 do 15 ms pre zavretka impulsa tp. Poto je promena potencijala na svakoj kapi relativno velika, a vreme trajanja pulsa kratko, nastaje veliki koncentracioni gradijent i kao rezultat velika faradejska struja. Obrnuto, kondenzatorska struja ostaje mala, jer se merenje vri kada je povrina ivine kapi konstantna i Ic praktino nestaje za vreme merenja. Izmerena struja se snima do sledeeg merenja (na sledeoj kapi). Ako se pojedine vrednosti struje prikau u zavisnosti od promene potencijala pulsa dobijaju se krive struja-potencijal stepenastog oblika. Krive su oblika pika ako se struja svakog prethodnog pulsa oduzme od sauvane izmerene vrednosti sledeeg [11]. Osetljivost koja se moe postii je oko 10-7 mol dm-3. Slika 12 pokazuje ekscitacioni signal i krivu struja-potencijal za NPV [7].

Slika 12. Ekscitacioni signal i kriva struja-potencijal kod normalne pulsne voltametrije [7]

Najefikasnija pulsna metoda je diferencijalna pulsna voltametrija (DPV). Kod digitalnih instrumenata pobuujui signal se sastoji od stepenastog poveanja jednosmernog potencijala (potencijal stepena Estep) na koji se primenjuju mali pulsevi pravougaonih talasa konstantnog potencijala (amplitude impulsa EA). Superponiranje je sinhronizovano sa vremenom kapanja i odigrava se kada se povrina elektrode dalje ne menja. Slika 13 prikazuje mernu tehniku DPV [7].

Slika 13. Difereneijalna pulsna voltametrija: a) ema primene potencijala, b) Kriva strujapoteneijal [7]

Struja se meri dva puta na svakoj ivinoj kapi, pre svakog pulsa i na kraju vremena pulsa tp. Razlika izmeu merenja (i) se crta u zavisnosti od jednosmernog poteneijala i dobijaju se voltamogrami oblika pika, jer je i najvea za promenu potencijala u oblasti polutalasnog poteneijala. Nastajanje ove razlike takoe dovodi do daljeg smanjenja doprinosa kondenzatorske struje i stoga do poveanja osetljivosti ak i kada se poredi sa odreivanjima sa NPP.Struja pika u DPV je data relaeijom: (11)gde je Ip-struja pika, n-broj razmenjenih elektrona u reakciji, F-Faradejeva konstanta, Rgasna konstanta, T-apsolutna temperatura, A-povrina elektrode, Ca-koncentracija odreivane supstance, EA-amplituda pulsa, D-difuzioni koeficijent odreivane supstance, tp-vreme trajanja pulsa.Prema jednaini za reverzibilne elektrodne procese visina pika Ip u voltamogramima je proporcionalna koncentraciji analita Ca i odreena je amplitudom EA pulsa pravougaonih talasa, kao i vremenom trajanja pulsa tp.Granica detekcije u DPV iznosi ~-10-7 10-8 mol dm-3.Jedna od prednosti ove metode je to se pojedinani maksimum krive moe dobiti za supstance sa polutalasnim potencijalom koji se razlikuje za 0,04 V -0,05 V. Nasuprot tome normalna pulsna voltametrija zahteva razliku potencijala od najmanje 0,2 V za razlikovanje talasa. Derivativni voltamogrami daju maksimume pogodne za kvalitativnu analizu [11].

1.1.4.3. Ostale pulsne metode

Reversna pulsna voltametrija (RPV Reverse Pulse Voltammetry) Diferencijalna normalna pulsna voltametrija (DNPV - Differential Normal Pulse Voltammetry) Dvostruka diferencijalna pulsna voltametrija (DDPV - Double Differential Pulse Voltammetry) [19]

2. Analiza odabranih radova2.1. Antioksidativna svojstva iz etarskih ulja iz biljaka vrste Mentha detektovana elektrohemijskim metodama [14]Eksperimenti cikline voltametrije su vreni radi karakterizacije interakcije izmeu povrine platinaske elektrode i elektroaktivnih vrsta prisutnih u ekstraktima biljaka vrste Mentha. Meutim, da bi se karakterizovalo elektrohemijsko ponaanje platinaske elektrode u ovom okruenju neki eksperimenti su raeni sa noseim elektrolitom sa i bez vazduha, to je prikazano na slici 14.Ova slika doputa karakterizaciju vanog procesa transfera naelektrisanja vezanog za elektrohemijsku redukciju rastvorenog kiseonika u etanolu. Posmatrani vrh na -1,2V se vezuje za ovaj proces.

Slika 14. Ciklini voltamogrami platinske elektrode u etanolu sa tetraetilamonijum hloridom koncentracije 0,10 mol l-1, snimljenog na v=50mVs-1, a) sa rastvorenim kiseonikom i b) bez rastvorenog kiseonika [14]

Prisustvo ekstrakta M. spicata L. Menja tok x potencijalne krive platinske elektrode. Slika 15 pokazuje cikline voltamograme na v = 50 mVs-1 za vreme oscilovanja katodnog potencijala, u odsustvu i prisustvu dve koncentracije M. spicata L. ekstrakta.

Slika 15. Ciklini voltamogrami platinaste elektrode u etanolu sa vazduhom sa tetraetilamonijum hloridom koncentracije 0,10 mol l-1 snimljeni na v=50mVs-1, a) u prisustvu i b) u odsustvu ekstrakta Mentha spicata L. gustine 5.0 x 10-4 g ml-1 i c) 3.5 x 10-3 g ml-1[14]

Prisustvo jedne kapi M. spicata L. (5.0 x 10-4 g ml-1) smanjuje trenutne vrednosti, predlae inhibiciju procesa transfera naelektrisanja zbog elektroredukcije kiseonika. Sledee dodavanje (kriva c) potvrije ovaj efekat. Glavni zakljuak sa ove slike je da je ciklinom voltametrijom posmatran antioksidativni kapacitet etarskog ulja M. spicata L.Meutim, ponovljeni eksperiment sa ekstraktom M. piperita L. je pokazao neoekivano elektrohemijsko ponaanje, prikazano na slici 16.

Slika 16. Ciklini voltamogrami platinske elektrode u etanolu sa tetraetilamonijum hloridom koncentracije 0,10 mol l-1, snimljenog na v=50mVs-1, a) u prisustvu i b) u odsustvu ekstrakta Mentha spicata L. gustine 5.0 x 10-4 g ml-1 i c) 3.5 x 10-3 g ml-1[14]U ovom sluaju, umesto smanjenja katodne struje, vidljivi katodni vrh se pojavljuje nakon dodavanja etarskog ulja M. piperita L., koji raste sa porastom koncentracije ekstrakta. Ovaj trenutni vrh je verovatno vezan za elektroredukciju elektroaktivnih vrsta prisutnih u etarskom ulju. Slini rezultati su posmatrani sa ekstraktima drugih biljaka vrste Mentha, koji navode da aktivne komponente prisutne etarskim uljuma Mentha reaguju sa povrinom platinske elektrode.Uprkos rezultatima, ini se razumno zakljuiti daelektroredukcija kiseonika se idalje odvija na povrini elektrode sa odgovarajuim vrhom potencijala. Trenutna vrednost ovog potencijala za ovaj proces opada u prisustvu ekstrakta Mentha-e. Ovaj efekat se moe povezati sa opadanjem koncentracije kiseonika blizu povrine elektrode.2.2. Elektrohemijska redukcija kumarina na film-modifikovanim elektrodama i odreivanje njihovog nivoa u etarskim uljima [15]Ciklini voltamogrami su snimljeni na razliitim koncentracijama kako je prikazano na slici 17. Ip je proporcionalno koncentraciji, pa je jednaina umanjenja:y = 14,3+11,8 x (korelacioni koeficijent: r = 0,9981) (12)

Slika 17. Ciklini voltamogrami kumarina u Brittton-Robinson (BR) puferu (PH 5,83) na tankom filmu modifikovane ivine GCE (Hg/GCE). Koncentracije: a) 2,723 x 10-4 M; b) 5,446 x 10-4 M; c) 1,089 x 10-4 M; d) 2,178 x 10-4 M; v = 12,5 mVs-1 [15]Linearnost izmeu vrha struje (Ip) i kvadratnog korena brzine skeniranja v1/2 (slika 18A) je dobra, i karakteristina je za difuziono kontrolisane procese. Veza izmeu vrha potencijala i logaritma brzine skeniranja (slika 18B) se moe koristiti da se grubo odredi broj elektrona ukljuenih u katalitiku redukciju. Za totalno ireverzibilnu elektrohemijsku redukciju, vrh struje u ciklinim voltamogramima se moe izraziti: (13)gde je Ip vrh struje, n broj elektrona ukljuenih u redukciju, na je parametar koji se odnosi na ireverzibilnost redukcije, A je povrina elektrode (cm2), C0 je koncentracija supstrata, v brzina skeniranja potencijala i D0 je koeficijent difuzije supstrata. Vrednost n(na) se moe odrediti iz nagiba na slici 18A. Sa druge strane vrh potencijala u ciklinim voltamogramima se moe izraziti kao funkcija logaritma brzine skeniranja:Ep = k + (0,03/na) logv (14)Stoga broj elektrona (n) ukljuenih u proces redukcije se moe odrediti iz podataka prikazanih na slici 18A i B; dobijena je vrednost n = 0,94 elektrona.

Slika 18A. Dimenzije vrha struje (Ip) kao funkcija kvadrata brzine skeniranja redukcije kumarina. Koncentracija: 3,73 x 10-3 M. [15]

Slika 18B. Stvarni potencijal redukcije kumarina kao funkcija logaritma brzine skeniranja. Koncentracija: 3,73 x 10-3 M.[15]

ZakljuakNa osnovu prikazanih radova eksperimenti sa ciklinom voltametrijom potvruju interakcije izmeu povrina elektroda i aktivnih komponenti prisutnih u etarskom ulju.

Literatura

[1] Stoiljkovi, Z. ., Odreivanje amlodipina i nifedipina elektrohemijskim i drugim analitikim metodam, 2013, TMF Beograd, 17-35[2] A. J. Blasco, A. Gonzalez Crevillen, M. C. Gonzalez, A. Escarpa, Electroanalysis 2007, 19, 2275.[3] A. J. Blasco, M. C. Gonz_lez, A. Escarpa, Anal. Chim. Acta 2004, 511, 71.[4] T. Huang, P. Gao, M. J. Hageman, Curr. Drug Discov. Tech.2004, 1, 173.[5] M. J. Aguirre, Y. Y. Chen, M. Isaacs, B. Matsuhiro, L. Mendoza, S. Torres, Food Chem. 2010, 121, 44.[6] A. J. Blasco, M. C. Rogerio, M. C. Gonzalez and A. Escarpa, Anal. Chim. Acta 2005, 539, 237.[7] C.M.A Brett, AM.O. Brett, Electrochemistry, Principles, Methods and Applications, 1993, (reprinted 2005) Oxford University Press[8] A Scoog, D.M. West, F.J. Holler, Analytical Chemistry,1991, Saunders College Publishing[9] A Despic, Elektrohemijske tehnike i tehnologije, Srpska akademija nauka i umetnosti, 2005, Beograd[10] http://www.files.chem.vt.edulchem-ed/echeml1insweep.htm1. updated 04/05/201311:49:40[11] J. Wang, Analytical Electrochemistry, 2nd ed., 2000, Wiley-VCH[12] AI. Bard, L.R. Faulkner, Electrochemical Methods, Fundamentals and Applications, 2nd ed., 2001, John Wiley & Sons, Inc.[13] A Despic, Elektrohemija, Zavod za udzbenike i nastavna sredstva, 2003, Beograd[14] Gonclaves, R.S., Battistin, A., Pauletti, G., Rota, L., Serafini, L.A., antioxidant properties of essential oils from Mentha species evidenced by electrochemical methods, 2009, Rev. Bras. Pl. Med., Botucatu, v.11, n.4, p.372-382[15] Wang, L. H., Liu, H.H., Electrochemical Reduction of Coumarins at a Film-Modified Electrode and Determination of Their Levels in Essential Oils and Traditional Chinese Herbal Medicines, 2009, Molecules, 14,; doi:10.3390/molecules14093538, 3538-35502