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detección selectiva y sensible, cuantificación rápida de una gran variedad de analitos, herramienta de diagnóstico, desarrollo de nuevas metodologías y sensores, etc. [3].
La combinación de dos técnicas analíticas bien conocidas, la electroquímica y la espectroscopia, da lugar a la espectroelectroquímica (SEC), una metodología científica establecida. Esta tecnología híbrida ofrece a los investigadores lo mejor de ambos mundos al poder registrar una señal óptica y una electroquímica al mismo tiempo para obtener nuevos datos [1]. Este artículo comienza con una definición de espectroelectroquímica y muestra sus ventajas en la investigación, seguido de nuevos sistemas y soluciones que facilitan el trabajo en una multitud de aplicaciones de espectroelectroquímica.
¿Qué es la espectroelectroquímica?
Los métodos espectroelectroquímicos son métodos de múltiples respuestas. Estudian el proceso de reacciones electroquímicas con monitorización óptica simultánea. La espectroelectroquímica proporciona dos señales individuales de un solo experimento, lo que constituye una característica muy poderosa para obtener información crítica sobre el sistema estudiado. Además, el carácter autovalidado de la espectroelectroquímica confirma los resultados obtenidos por dos vías diferentes.
Descubra más sobre este tema en nuestra Nota de aplicación.
El principio de la espectroelectroquímica se basa en el análisis de la interacción entre un haz de radiación electromagnética y los compuestos implicados en las reacciones electroquímicas. Las variaciones en las señales ópticas y electroquímicas proporcionan información sobre la progresión de los procesos de los electrodos.
Esta técnica analítica se desarrolló en la década de 1960 cuando el profesor Theodore Kuwana trabajó con electrodos transparentes para estudiar un proceso simultáneo: medir la carga y la absorbancia (al mismo tiempo) cuando un haz de luz pasa a través del electrodo [2]. Estos llamados «electrodos ópticamente transparentes» (OTE) fueron desarrollados para llevar a cabo experimentos ópticos y electroquímicos combinados. Sin embargo, no todas las configuraciones espectroelectroquímicas requieren electrodos transparentes.
Desde el primer artículo publicado sobre espectroelectroquímica en 1964 [2], el número de trabajos e investigaciones basados en esta técnica ha crecido de forma constante (Figura 1).
Figure 1.
Las publicaciones sobre espectroelectroquímica han aumentado significativamente desde el descubrimiento de la técnica en la década de 1960 (resultados de la búsqueda «Spectroelectrochem*» como término en Scopus a enero de 2025).
La espectroelectroquímica permite a los investigadores recolectar molecular, cinético, y información termodinámica de los reactivos, intermedios y/o productos involucrados en los procesos de transferencia de electrones. De esta forma, es posible realizar estudios espectroelectroquímicos sobre una amplia gama de moléculas y diferentes procesos incluyendo complejos biológicos, reacciones de polimerización, caracterización de nanomateriales, detección de analitos, mecanismos de corrosión, electrocatálisis, procesos ambientales, caracterización de dispositivos de memoria, y mucho más.
Una variedad de técnicas espectroelectroquímicas para elegir: tipos de SEC
Se obtienen diferentes tipos de información dependiendo del rango espectral utilizado. El siguiente gráfico (Figura 2) se clasifica según la combinación de diferentes métodos electroquímicos y espectroscópicos. La clasificación general se basa en la técnica espectroscópica: ultravioleta (UV), visible (Vis), fotoluminiscencia (PL), infrarrojo (IR), Raman, rayos X, resonancia magnética nuclear (RMN) y resonancia paramagnética electrónica (EPR).
Figure 2.
La espectroelectroquímica (SEC) es la combinación de espectroscopia y electroquímica, que se muestra aquí como la superposición entre estas dos técnicas.
Por ejemplo, la espectroscopia UV/VIS proporciona información molecular relacionada con los niveles electrónicos de las moléculas, la región NIR proporciona datos asociados con los niveles vibracionales y el espectro Raman proporciona información muy específica sobre la estructura y composición de la muestra debido a las características de huella digital de esta técnica.Figura 3).
Figure 3.
Diagrama del espectro electromagnético.
Las principales ventajas de las técnicas espectroelectroquímicas se resumen a continuación:
- Proporcionan simultáneamente información obtenida mediante dos técnicas diferentes (electroquímica y espectroscopia) en un solo experimento.
- Se pueden realizar estudios cualitativos y análisis cuantitativos.
- alta selectividad y sensibilidad
- La espectroelectroquímica se utiliza en varios campos diferentes debido a su versatilidad.
- Las nuevas configuraciones facilitan la realización de experimentos espectroelectroquímicos, ahorrando tiempo, muestras, costes, etc.
En los últimos años se han producido avances importantes en cuanto al diseño, desarrollo y posibilidades que ofrecen los instrumentos para trabajar con técnicas espectroelectroquímicas. Además, se han mejorado los conjuntos y las conexiones entre productos y accesorios que facilitan el uso de estos equipos, contribuyendo a hacer más fácil y asequible la investigación y la experimentación en este campo.
La evolución de la instrumentación espectroelectroquímica
Tradicionalmente, la configuración para el análisis espectroelectroquímico consta de dos instrumentos: un instrumento espectroscópico y otro para el análisis electroquímico. (Figura 4). Ambos instrumentos están conectados independientemente a la misma celda espectroelectroquímica y normalmente son no sincronizado. Además, cada instrumento está controlado por un software diferente (y específico), por lo que se necesitan dos programas para interpretar cada señal además de otro software externo para procesar y analizar los datos obtenidos por los dos primeros programas. Por último, hay que considerar que la sincronización no está garantizada, lo que hace que la realización de experimentos y pruebas con esta configuración sea lenta, compleja y costosa.
Figure 4.
Esta configuración espectroelectroquímica separada muestra la complejidad del software y los programas utilizados, mostrando que diferentes sistemas no son capaces de obtener mediciones y datos electroquímicos sincronizados reales.
Metrohm DropSens aprovechó esta oportunidad para crear algo que no existía antes, revolucionando la espectroelectroquímica de vanguardia: el Línea de instrumentos SPELEC (Figura 5). Se trata de soluciones totalmente integradas y sincronizadas que ofrecen a los investigadores mucha más versatilidad. Los dispositivos incluyen todos los componentes necesarios para trabajar con técnicas espectroelectroquímicas de forma sencilla y en un único sistema con el (bi)potenciostato/galvanostato, la fuente de luz y el espectrómetro (dependiendo del rango espectral seleccionado).
Figure 5.
Los sistemas SPELEC de Metrohm DropSens constan de un dispositivo y un software: una configuración SEC totalmente integrada, práctica y fácil de usar para investigadores.
Estos diseños y configuraciones simplifican el trabajo, los procesos y las mediciones espectroelectroquímicas también porque solo un sistema único y un software único son necesarios. En el caso de la solución SPELEC, su software dedicado avanzado (DropView SPELEC) es un programa específico que controla el instrumento, obtiene las señales electroquímicas y espectroscópicas simultáneamente, y también permite a los usuarios procesar y analizar los datos en conjunto. un solo paso. ¡Es realmente así de simple!
El futuro de la espectroelectroquímica: sistemas y software SPELEC
Un instrumento y un software: Metrohm DropSens SPELEC tiene todo lo que necesita para sus experimentos espectroelectroquímicos ahorrando tiempo valioso y espacio en el laboratorio. Los instrumentos SPELEC ofrecen las combinaciones de Electroquímica y espectroscopia UV-Vis, Vis-NIR o incluso Raman en una sola medición con varias opciones de instrumentos diferentes disponibles (ver más abajo). Todo está integrado lo que permite más pruebas en menos tiempo, múltiples espectros, una gama completa de accesorios y flexibilidad de investigación con las diferentes configuraciones ofrecidas.
Hay varias opciones disponibles según el rango espectral necesario:
ESPELEC: 200–900 nm (UV-VIS)
SPELEC 1050: 350–1050 nm (VIS-NIR)
SPELEC NIR: 900–2200 nm (NIR)
SPELEC RAMÁN: Láser de 785 nm, 638 nm o 532 nm
DropView SPELEC Es un software dedicado e intuitivo que facilita la medición, el manejo y el procesamiento de datos. Con este programa, puede visualizar curvas electroquímicas y espectros en tiempo real y seguir sus experimentos en conteos, conteos menos oscuridad, absorbancia, transmitancia, reflectancia o desplazamiento Raman. En lo que respecta al procesamiento de datos, DropView SPELEC ofrece una amplia gama de funciones que incluyen superposición de gráficos, integración y medición de picos, gráficos 3D, películas espectrales y más.
Testimonio de la Universidad de Burgos sobre el sistema integrado SPELEC de Metrohm DropSens.
Los instrumentos SPELEC son muy versátiles y, aunque son instrumentos espectroelectroquímicos dedicados, también pueden utilizarse para experimentos electroquímicos y espectroscópicos. Se pueden utilizar con cualquier tipo de electrodos (por ejemplo, electrodos serigrafiados, electrodos convencionales, etc.) y con diferentes celdas espectroelectroquímicas. La información óptica y electroquímica se obtiene en tiempo real/operando/configuración dinámica.
Descubra más en nuestra publicación del blog.
Simplificando las configuraciones de espectroelectroquímica con celdas intuitivas y fáciles de usar
Múltiples aplicaciones de la espectroelectroquímica
Las características de la espectroelectroquímica permiten el desarrollo constante de nuevas aplicaciones en diversos campos. Continúe leyendo para descubrir las capacidades de esta técnica (haga clic para expandir cada sección).
Estudio de las propiedades y estructura de diferentes compuestos, análisis de reacciones cinéticas, determinación de la capacidad de transferencia de electrones, etc. [4].
Evaluación de películas protectoras como inhibidores de corrosión, determinación de la estabilidad y reversibilidad de electrodos, monitoreo de la generación de capas y subredes, mejora de las propiedades protectoras de materiales de recubrimiento, etc.
Monitorización de ciclos de intercambio y descarga, determinación de niveles de oxidación/reducción, caracterización de nuevos electrolitos para baterías, comprensión de procesos de dopaje y desdoblamiento en células solares, etc.
Caracterización y comparación de la actividad electrocatalítica de diferentes catalizadores, identificación de especies intermedias y sus cambios estructurales, elucidación del mecanismo de reacción, etc. [5].
estudio de procesos biológicos, caracterización de moléculas utilizadas en biotecnología, bioquímica o medicina, determinación de la actividad antioxidante, etc.
identificación y cuantificación de pesticidas, colorantes y contaminantes, seguimiento de procesos de degradación y filtración, etc. [6].
Caracterización de nuevos materiales para dispositivos de memoria, comparación de minerales, identificación de pigmentos, aceites y pastas, etc.
Aprenda aún más sobre las posibilidades de aplicación de la espectroelectroquímica descargando nuestro libro de aplicaciones gratuito.
Más contenido interesante
Catálogo: Portafolio de la línea SPELEC
Libro de aplicaciones de espectroelectroquímica
Webinar: Espectroelectroquímica en acción: experimentos en vivo
Referencias
[1] Kaim, W.; Fiedler, J. Espectroelectroquímica: lo mejor de dos mundos. Química. Sociedad Revolucionaria 2009, 38 (12), 3373. DOI:10.1039/b504286k
[2] Kuwana, T.; Darlington, R. K.; Leedy, D. O. Estudios electroquímicos utilizando electrodos indicadores de vidrio conductor. Anal. Química. 1964, 36 (10), 2023–2025. DOI:10.1021/ac60216a003
[3] Martín-Yerga, D.; Pérez-Junquera, A.; González García, M. B.; y otros. Espectroelectroquímica Raman cuantitativa utilizando electrodos serigrafiados en plata. Electroquímica Acta 2018, 264, 183–190. DOI:10.1016/j.electacta.2018.01.060
[4] Pérez-Estebanez, M.; Cheuquepan, W.; Cuevas Vicario, J. V.; y otros. Caracterización de doble huella dactilar de uracilo y 5-fluorouracilo. Electroquímica Acta 2021, 388, 138615. DOI:10.1016/j.electacta.2021.138615
[5] Rivera-Gavidia, L. METRO.; Luis-Sunga, M.; Bousa, M.; et al. Catalizadores basados en grafeno dopados con S y N para la reacción de evolución de oxígeno. Electroquímica Acta 2020, 340, 135975. DOI:10.1016/j.electacta.2020.135975
[6] Ibáñez, D.; González García, M. B.; Hernández-Santos, D.; Fanjul-Bolado, P. Detección de pesticidas ditiocarbamato, cloronicotinilo y organofosforados mediante activación electroquímica de características SERS de electrodos serigrafiados. Espectroquímica. Acta. A. Molécula. Biomol. Espectrosc. 2021, 248, 119174. DOI:10.1016/j.saa.2020.119174
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