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Articulo de referencia

Espectroelectroquímica

Técnicas espectroscópicas y electroquímicas que conforman la espectroelectroquímica. La espectroelectroquímica ( SEC ) es un conjunto de técnicas analíticas de respuesta múltipl...

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Técnicas espectroscópicas y electroquímicas que conforman la espectroelectroquímica.

La espectroelectroquímica ( SEC ) es un conjunto de técnicas analíticas de respuesta múltiple en las que se obtiene información química complementaria ( electroquímica y espectroscópica ) en un solo experimento. La espectroelectroquímica proporciona una visión completa de los fenómenos que tienen lugar en el proceso electroquímico. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] El primer experimento espectroelectroquímico fue realizado por Theodore Kuwana , PhD, en 1964. [ 6 ]

El objetivo principal de los experimentos espectroelectroquímicos es obtener información electroquímica y espectroscópica simultánea, resuelta en el tiempo e in situ sobre las reacciones que tienen lugar en la superficie del electrodo. [ 1 ] La técnica se basa en el estudio de la interacción de un haz de radiación electromagnética con los compuestos involucrados en estas reacciones. Los cambios en la señal óptica y eléctrica permiten comprender la evolución del proceso electroquímico.

Las técnicas en las que se basa la espectroelectroquímica son:

  • La electroquímica estudia la interacción entre la energía eléctrica y los cambios químicos. Esta técnica nos permite analizar reacciones que implican procesos de transferencia de electrones ( reacciones redox ). [ 7 ]

La espectroelectroquímica proporciona información molecular, termodinámica y cinética de los reactivos, productos y/o intermedios involucrados en el proceso de transferencia de electrones. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Un subcampo de la espectroelectroquímica es la nanoespectroelectroquímica (NSEC). [ 10 ] [ 11 ]

Clasificación de las técnicas espectroelectroquímicas

Existen diferentes técnicas espectroelectroquímicas basadas en la combinación de técnicas espectroscópicas y electroquímicas. En lo que respecta a la electroquímica, las técnicas más comunes utilizadas son:

  • La cronoamperometría mide la intensidad de la corriente en función del tiempo aplicando una diferencia de potencial constante al electrodo de trabajo.
  • La cronopotenciometría mide la diferencia de potencial en función del tiempo mediante la aplicación de una corriente constante.
  • La voltametría mide el cambio de corriente en función del cambio lineal del potencial del electrodo de trabajo.
  • Las técnicas de pulsos , que miden el cambio de corriente en función de la diferencia de potencial, aplican funciones de potencial de pulso al electrodo de trabajo.

La clasificación general de las técnicas espectroelectroquímicas se basa en la técnica espectroscópica elegida.

Espectroelectroquímica de absorción ultravioleta-visible

La espectroelectroquímica de absorción ultravioleta-visible ( UV-Vis ) es una técnica que estudia la absorción de radiación electromagnética en las regiones UV-Vis del espectro, proporcionando información molecular relacionada con los niveles electrónicos de las moléculas. [ 12 ] Proporciona información tanto cualitativa como cuantitativa. La espectroelectroquímica UV-Vis ayuda a caracterizar compuestos y materiales, determina concentraciones y diferentes parámetros como coeficientes de absortividad, coeficientes de difusión, potenciales formales o velocidades de transferencia de electrones. [ 13 ] [ 14 ]

Espectroelectroquímica de fotoluminiscencia

La fotoluminiscencia (PL) es un fenómeno relacionado con la capacidad de algunos compuestos que, tras absorber radiación electromagnética específica , se relajan a un estado de menor energía mediante la emisión de fotones . Esta técnica espectroelectroquímica se limita a aquellos compuestos con propiedades fluorescentes o luminiscentes . Los experimentos se ven fuertemente interferidos por la luz ambiental . [ 1 ] Esta técnica proporciona información estructural y cuantitativa con grandes límites de detección . [ 8 ]

Espectroelectroquímica infrarroja

La espectroscopia infrarroja se basa en el hecho de que las moléculas absorben radiación electromagnética a frecuencias características relacionadas con su estructura vibracional. La espectroelectroquímica infrarroja (IR) es una técnica que permite caracterizar las moléculas en función de la resistencia, la rigidez y el número de enlaces presentes. También detecta la presencia de compuestos, determina la concentración de especies durante una reacción, la estructura de los compuestos, las propiedades de los enlaces químicos, etc. [ 12 ]

Espectroelectroquímica Raman

La espectroelectroquímica Raman se basa en la dispersión inelástica o dispersión Raman de luz monocromática al incidir sobre una molécula específica, proporcionando información sobre la energía vibracional de dicha molécula. El espectro Raman ofrece información altamente específica sobre la estructura y composición de las moléculas, como una huella dactilar característica de las mismas. [ 1 ] Se ha utilizado ampliamente para estudiar nanotubos de carbono de pared simple [ 15 ] y grafeno. [ 16 ]

Espectroelectroquímica de rayos X

La espectroelectroquímica de rayos X es una técnica que estudia la interacción de la radiación de alta energía con la materia durante un proceso electroquímico. Los rayos X pueden originar fenómenos de absorción, emisión o dispersión, lo que permite realizar análisis tanto cuantitativos como cualitativos según el fenómeno que tenga lugar. [ 8 ] [ 9 ] [ 12 ] Todos estos procesos implican transiciones electrónicas en las capas internas de los átomos involucrados. En particular, es interesante estudiar los procesos de radiación , absorción y emisión que tienen lugar durante una reacción de transferencia de electrones. En estos procesos, la promoción o relajación de un electrón puede ocurrir entre una capa externa y una capa interna del átomo.

Espectroelectroquímica de resonancia magnética nuclear

La resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica que permite obtener información física, química, electrónica y estructural sobre las moléculas a partir del desplazamiento químico de las frecuencias de resonancia de los espines nucleares en la muestra. Su combinación con técnicas electroquímicas proporciona información detallada y cuantitativa sobre los grupos funcionales, la topología, la dinámica y la estructura tridimensional de las moléculas en disolución durante un proceso de transferencia de carga. El área bajo un pico de RMN se relaciona con la proporción entre el número de vueltas y las integrales del pico para determinar cuantitativamente la composición.

Espectroelectroquímica de resonancia paramagnética electrónica

La resonancia paramagnética electrónica (RPE) es una técnica que permite la detección de radicales libres formados en sistemas químicos o biológicos. Además, estudia la simetría y la distribución electrónica de iones paramagnéticos . Se trata de una técnica altamente específica, ya que los parámetros magnéticos son característicos de cada ion o radical libre . [ 17 ] Los principios físicos de esta técnica son análogos a los de la RMN , pero en el caso de la RPE , se excitan los espines electrónicos en lugar de los nucleares, lo cual resulta interesante en ciertas reacciones electroquímicas.

Electrodo serigrafiado con diferentes tipos de mediciones SEC (absorción, emisión, dispersión Raman). La figura muestra un sistema de tres electrodos: el disco central, que corresponde al electrodo de trabajo; el semicírculo con el arco más grande, que corresponde al electrodo auxiliar o contraelectrodo; y el semicírculo con el arco más pequeño, que es el electrodo de referencia.

Ventajas y aplicaciones

La versatilidad de la espectroelectroquímica está aumentando debido a la posibilidad de utilizar varias técnicas electroquímicas en diferentes regiones espectrales dependiendo del propósito del estudio y la información de interés. [ 14 ]

Las principales ventajas de las técnicas espectroelectroquímicas son:

  • La información simultánea se obtiene mediante diferentes técnicas en un solo experimento, lo que aumenta la selectividad y la sensibilidad.
  • Se puede obtener información tanto cualitativa como cuantitativa.
  • La posibilidad de trabajar con una pequeña cantidad de muestra, guardándola para análisis futuros. [ 1 ]

Debido a la gran versatilidad de la técnica, el campo de aplicaciones es considerablemente amplio. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 18 ]

  • Caracterización de materiales orgánicos e inorgánicos, que permite comprender la estructura y las propiedades del material cuando se ve perturbado por una señal (eléctrica, luminosa, etc.).
  • Desarrollo de sensores espectroelectroquímicos, basados ​​en respuestas ópticas y eléctricas, capaces de proporcionar dos señales independientes sobre la misma muestra y que ofrecen una determinación autovalidada.
  • Estudia diferentes procesos y moléculas en biotecnología, bioquímica o medicina.
  • Determinar las propiedades y características específicas de nuevos materiales en campos como la energía o la nanotecnología .

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Garoz-Ruiz, Jesús; Perales-Rondon, Juan Victor; Heras, Aranzazu; Colina, Álvaro (5 de abril de 2019). "Detección espectroelectroquímica: tendencias y desafíos actuales". Electroanálisis . 31 (7): 1254–1278 . doi : 10.1002/elan.201900075 . hdl : 10259/6122 . S2CID 133304199 . 
  2. 1 2 3 Keyes, Tia E.; Forster, Robert J. (2007). Manual de electroquímica (1.ª ed.). Ámsterdam, Países Bajos: Elsevier. ISBN  978-0-444-51958-0.
  3. 1 2 3 Kaim, Wolfgang; Fiedler, Jan (2009). "Espectroelectroquímica: lo mejor de dos mundos". Chemical Society Reviews . 38 (12): 3373– 3382. doi : 10.1039/b504286k . PMID 20449056 . 
  4. 1 2 3 Lozeman, Jasper JA; Führer, Pascal; Olthuis, Wouter; Odijk, Mathieu (2020). "Espectroelectroquímica, el futuro de la visualización de procesos electroquímicos mediante la hibridación de la electroquímica con técnicas espectroscópicas" . The Analyst . 145 (7): 2482– 2509. Bibcode : 2020Ana...145.2482L . doi : 10.1039/c9an02105a . PMID 31998878 . 
  5. 1 2 3 Zhai, Yanling; Zhu, Zhijun; Zhou, Susan; Zhu, Chengzhou; Dong, Shaojun (2018). "Avances recientes en espectroelectroquímica". Nanoescala . 10 (7): 3089– 3111. doi : 10.1039/c7nr07803j . PMID 29379916 . 
  6. ↑ Kuwana, Theodore.; Darlington, RK; Leedy, DW (septiembre de 1964). "Estudios electroquímicos utilizando electrodos indicadores de vidrio conductor". Química Analítica . 36 (10): 2023– 2025. Bibcode : 1964AnaCh..36.2023K . doi : 10.1021/ac60216a003 .
  7. ↑ Elgrishi, Noémie; Rountree, Kelley J.; McCarthy, Brian D.; Rountree, Eric S.; Eisenhart, Thomas T.; Dempsey, Jillian L. (3 de noviembre de 2017). "Una guía práctica para principiantes sobre voltametría cíclica" . Journal of Chemical Education . 95 (2): 197– 206. Bibcode : 2018JChEd..95..197E . doi : 10.1021/acs.jchemed.7b00361 .
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