Noções básicas de espectroeletroquímica

A combinação de duas técnicas analíticas bem conhecidas, eletroquímica e espectroscopia, dá origem à espectroeletroquímica (SEC) – uma metodologia científica estabelecida. Esta tecnologia híbrida oferece aos pesquisadores o melhor dos dois mundos, pois permite registrar um sinal óptico e um sinal eletroquímico ao mesmo tempo para obter novos dados [1]. Este artigo começa com uma definição de espectroeletroquímica e mostra suas vantagens na pesquisa, seguido por novos sistemas e soluções que facilitam o trabalho em uma infinidade de aplicações de espectroeletroquímica.

O que é espectroeletroquímica?

Os métodos espectroeletroquímicos são métodos multi-resposta. Eles estudam o processo de reações eletroquímicas com monitoramento óptico simultâneo. A espectroeletroquímica fornece dois sinais individuais de um único experimento, o que é um recurso muito poderoso para obter informações críticas sobre o sistema estudado. Além disso, o caráter autovalidado da espectroeletroquímica confirma os resultados obtidos por duas vias diferentes.
 

Saiba mais sobre este tópico em nossa Nota de Aplicação.

Espectroeletroquímica: uma técnica analítica autovalidada – Confirme os resultados por duas vias diferentes em um único experimento

O princípio da espectroeletroquímica baseia-se na análise da interação entre um feixe de radiação eletromagnética e os compostos envolvidos nas reações eletroquímicas. Variações nos sinais ópticos e eletroquímicos fornecem informações sobre a progressão dos processos do eletrodo.

Esta técnica analítica foi desenvolvida na década de 1960, quando o professor Theodore Kuwana trabalhou com eletrodos transparentes para estudar um processo simultâneo - medindo a carga e a absorbância (simultaneamente) quando um feixe de luz passa pelo eletrodo [2]. Os chamados «eletrodos opticamente transparentes» (OTEs) foram desenvolvidos para realizar experimentos ópticos e eletroquímicos combinados. Entretanto, nem todas as configurações espectroeletroquímicas requerem eletrodos transparentes. 

Desde o primeiro artigo publicado sobre espectroeletroquímica em 1964 [2], o número de trabalhos e investigações baseados nesta técnica tem crescido de forma constante (Figura 1).

A espectroeletroquímica permite aos pesquisadores coletar molecular, cinética, e informação termodinâmica dos reagentes, intermediários e/ou produtos envolvidos nos processos de transferência de elétrons. Assim, é possível realizar estudos espectroeletroquímicos em uma ampla gama de moléculas e diferentes processos, incluindo complexos biológicos, reações de polimerização, caracterização de nanomateriais, detecção de analitos, mecanismos de corrosão, eletrocatálise, processos ambientais, caracterização de dispositivos de memória e muito mais.

Uma variedade de técnicas espectroeletroquímicas para escolher: tipos de SEC

Diferentes tipos de informações são obtidos dependendo da faixa espectral utilizada. O gráfico a seguir (Figura 2) é classificado de acordo com a combinação de diferentes métodos eletroquímicos e espectroscópicos. A classificação geral é baseada na técnica espectroscópica: ultravioleta (UV), visível (Vis), fotoluminescência (PL), infravermelho (IR), Raman, raio X, ressonância magnética nuclear (RMN) e ressonância paramagnética eletrônica (EPR).

Por exemplo, a espectroscopia UV/VIS fornece informações moleculares relacionadas aos níveis eletrônicos das moléculas, a região NIR fornece dados associados aos níveis vibracionais e o espectro Raman fornece informações muito específicas sobre a estrutura e composição da amostra devido às características de impressão digital desta técnica (Figura 3).

As principais vantagens das técnicas espectroeletroquímicas estão resumidas abaixo:

• eles fornecem simultaneamente informações obtidas por duas técnicas diferentes (eletroquímica e espectroscopia) em um único experimento
• estudos qualitativos e análises quantitativas podem ser realizados
• alta seletividade e sensibilidade
• A espectroeletroquímica é usada em vários campos diferentes devido à sua versatilidade
• novas configurações facilitam a realização de experimentos espectroeletroquímicos, economizando tempo, amostras, custos, etc.

Avanços significativos ocorreram nos últimos anos em relação ao projeto, desenvolvimento e possibilidades oferecidas pelos instrumentos para trabalhar com técnicas espectroeletroquímicas. Além disso, as montagens e as conexões entre produtos e acessórios que facilitam o uso desses equipamentos foram aprimoradas, contribuindo para tornar as pesquisas e os experimentos nessa área mais fáceis e acessíveis.

A evolução da instrumentação espectroeletroquímica

Tradicionalmente, a configuração para análise espectroeletroquímica consiste em dois instrumentos: um instrumento espectroscópico e outro para análise eletroquímica (Figura 4). Ambos os instrumentos são conectados independentemente à mesma célula espectroeletroquímica e geralmente são não sincronizado. Além disso, cada instrumento é controlado por um software diferente (e específico), sendo necessários dois programas para interpretar cada sinal, além de outro software externo para processar e analisar os dados obtidos pelos dois primeiros programas. Por fim, deve-se considerar que a sincronização não é garantida, tornando a realização de experimentos e testes com esta configuração lenta, complexa e custosa.

A Metrohm DropSens aproveitou esta oportunidade para criar algo que não existia antes - revolucionando a espectroeletroquímica de última geração: a Linha de instrumentos SPELEC (Figura 5). São soluções totalmente integradas e sincronizadas que oferecem aos pesquisadores muito mais versatilidade. Os dispositivos incluem todos os componentes necessários para trabalhar com técnicas espectroeletroquímicas de forma simples e em um único sistema com um (bi)potenciostato/galvanostato, a fonte de luz e o espectrômetro (dependendo da faixa espectral selecionada). 

Esses projetos e configurações simplificam o trabalho, os processos e as medições espectroeletroquímicas também porque apenas um sistema único e um software único são necessárias. No caso da solução SPELEC, seu software avançado dedicado (DropView SPELEC) é um programa específico que controla o instrumento, obtém os sinais eletroquímicos e espectroscópicos simultaneamente e também permite aos usuários processar e analisar os dados em conjunto. passo único. É realmente tão simples!

O futuro da espectroeletroquímica: sistemas e software SPELEC

Um instrumento e um software: o Metrohm DropSens SPELEC tem tudo o que você precisa para seus experimentos espectroeletroquímicos, economizando tempo valioso e espaço no laboratório. Os instrumentos SPELEC oferecem combinações de eletroquímica e espectroscopia UV-Vis, Vis-NIR ou mesmo Raman em uma única medição com várias opções de instrumentos diferentes disponíveis (veja abaixo). Tudo é integrado, o que permite mais testes em menos tempo, múltiplos espectros, uma gama completa de acessórios e flexibilidade de pesquisa com as diferentes configurações oferecidas.

Várias opções estão disponíveis dependendo da faixa espectral necessária:

ESPELEC: 200–900 nm (UV-VIS)

Baixe o folheto SPELEC

SPELEC 1050: 350–1050 nm (VIS-NIR)

Baixe o folheto SPELEC 1050

SPELEC NIR: 900–2200 nm (NIR)

Baixe o folheto SPELEC NIR

SPELEC RAMAN: Laser de 785 nm, 638 nm ou 532 nm

Download o folheto SPELEC RAMAN

DropView SPELEC é um software dedicado e intuitivo que facilita a medição, o manuseio e o processamento de dados. Com este programa, você pode exibir curvas e espectros eletroquímicos em tempo real e acompanhar seus experimentos em contagens, contagens menos escuro, absorbância, transmitância, reflectância ou desvio Raman. No que diz respeito ao processamento de dados, o DropView SPELEC oferece uma ampla gama de funções, incluindo sobreposição de gráficos, integração e medição de picos, plotagem 3D, filme espectral e muito mais.

Os instrumentos SPELEC são muito versáteis e, embora sejam instrumentos espectroeletroquímicos dedicados, também podem ser usados para experimentos eletroquímicos e espectroscópicos. Eles podem ser usados com qualquer tipo de eletrodo (por exemplo, eletrodos serigrafados, eletrodos convencionais, etc.) e com diferentes células espectroeletroquímicas. Informações ópticas e eletroquímicas são obtidas em configuração em tempo real/operando/dinâmica. 
 

Descubra mais em nossa postagem do blog.

Simplificando configurações de espectroeletroquímica com células intuitivas e fáceis de usar

Múltiplas aplicações de espectroeletroquímica

As características da espectroeletroquímica permitem o desenvolvimento constante de novas aplicações em diversos campos. Continue lendo abaixo para descobrir os recursos dessa técnica (clique para expandir cada seção).

Suas conclusões de conhecimento

Saiba mais sobre a SPELEC

Catálogo: Portfólio da linha SPELEC

Postagem do blog: Simplificando configurações de espectroeletroquímica com células intuitivas e fáceis de usar

Nota de aplicação: Espectroeletroquímica: uma técnica analítica autovalidada – Confirme os resultados por duas vias diferentes em um único experimento

Nota de aplicação: Coleta de informações de experimentos espectroeletroquímicos – Cálculo de parâmetros eletroquímicos a partir de dados

Livro de Aplicação de Espectroeletroquímica

Webinar sob demanda: Espectroeletroquímica em ação: experimentos ao vivo

Referências

[1] Kaim, W.; Fiedler, J. Espectroeletroquímica: O melhor de dois mundos. Química. Rev. Soc. 2009, 38 (12), 3373. DOI:10.1039/b504286k

[2] Kuwana, T.; Darlington, R. K.; Leedy, D. C. Estudos eletroquímicos usando eletrodos indicadores de vidro condutores. Anal. Química. 1964, 36 (10), 2023–2025. DOI:10.1021/ac60216a003

[3] Martín-Yerga, D.; Pérez-Junquera, A.; González-García, M. B.; e outros. Espectroeletroquímica Raman quantitativa usando eletrodos serigrafados em prata. Electroquímica Acta 2018, 264, 183–190. DOI:10.1016/j.electa.2018.01.060

[4] Pérez-Estebanez, M.; Cheuquepan, W.; Cuevas-Vicário, J. V.; e outros. Caracterização de impressão digital dupla de uracila e 5-fluorouracila. Electroquímica Acta 2021, 388, 138615. DOI:10.1016/j.electa.2021.138615

[5] Rivera-Gavidia, L. M.; Luís-Sunga, M.; Bousa, M.; e outros. Catalisadores baseados em grafeno dopados com S e N para a reação de evolução de oxigênio. Electroquímica Acta 2020, 340, 135975. DOI:10.1016/j.electa.2020.135975

[6] Ibáñez, D.; González-García, M. B.; Hernández-Santos, D.; Fanjul-Bolado, P. Detecção de pesticidas ditiocarbamato, cloronicotinil e organofosforados por ativação eletroquímica de características SERS de eletrodos serigrafados. Espectroquímica. Acta. UM. Mole. Biomol. Espectrosc. 2021, 248, 119174. DOI:10.1016/j.saa.2020.119174