NETRADIČNÍ FILMOVÉ ELEKTRODY VE VOLTAMETRICKÉ A AMPÉROMETRICKÉ ANALÝZE ORGANICKÝCH SLOUČENIN

Význam tématu

Moderní analytická chemie čelí široké škále úloh ve stopové a ultrastopové analýze organických sloučenin, zejména těch biologicky aktivních a environmentálně rizikových. Elektrochemické metody nabízejí nízké náklady, vysokou citlivost, možnost miniaturizace a analýzu in situ. Klíčovým prvkem je volba a konstrukce pracovní elektrody tak, aby byla odolná vůči pasivaci, snadno obnovitelná a modulovatelná pro cílené stanovení.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem přehledového referátu je představit a zhodnotit vlastní přínos autorů (Dvořák, Vyskočil a kol.) v oblasti netradičních filmových elektrod na bázi rtuťových, bismutových, antimonových a uhlíkových vodivých vrstev. Jsou popsány příprava, možnosti i omezení těchto elektrod ve voltametrické a ampérometrické analýze organických látek a jejich praktické aplikace v rámci seriálu „Nové pohledy na analytickou chemii“.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přípravu filmových elektrod byly využity následující postupy:

• Elektrodepozice tenkých kovových filmů (rtuť, bismut, antimon) na substráty (AgSAE, GCE, AuE apod.) při řízeném potenciálu a čase.
• Rolovaná modifikace uhlíkové pracovní elektrody vodivým filmem mikronizovaného grafitu v polymeru.
• Voltametrické techniky: diferenční pulzní voltametrie (DPV), voltametrie s lineárním náběhem potenciálu (DCV) a amperometrická detekce ve vsádce i v průtoku (FIA-AD).
• Prekoncentrace na tuhé fázi (SPE) pro zlepšení mezí stanovitelnosti.
• Charakterizace morfologie filmů mikro­skopiemi (AFM) a elektrochemickými testy reprodukovatelnosti.

Hlavní výsledky a diskuse

Autoři demonstrovali, že:

• Rtuťová filmová elektroda HgF-AgSAE dosahuje pro nitrofenoly LOQ v řádu 10⁻⁶–10⁻⁷ mol·l⁻¹ s velmi dobrou reprodukovatelností.
• Bismutové filmové elektrody na AgSAE (BiF-AgSAE, LSBiF-AgSAE) poskytují pro karcinogenní nitro­sloučeniny mez stanovitelnosti až 10⁻⁸ mol·l⁻¹, přičemž eliminují toxicitu rtuťových systémů.
• Antimonové i uhlíkové filmové elektrody (SbFE, GF-AgSAE, LSGF-PtE) jsou vhodné pro stanovení jak redukovatelných, tak oxidovatelných analýz s LOQ 10⁻⁶–10⁻⁸ mol·l⁻¹.
• AFM potvrdila, že bismutové filmy nejsou úplně homogenní, přesto poskytují stabilní signály.
• Jednoduchá obnova filmů mechanickým přebroušením či opětovnou elektrodepozicí umožňuje dlouhodobou stabilitu a dobré opakovatelné výsledky.

Přínosy a praktické využití metody

Filmové elektrody představují:

• Nízkonákladovou a ekologičtější alternativu k Hartlově kapkové elektrodě (HMDE).
• Široké potenciálové okno, zejména u filmů z uhlíkových materiálů.
• Vhodnost pro mobilní a in situ měření.
• Kompatibilitu s průtokovými (FIA) i vsádkovými systémy.
• Možnost přímé modifikace povrchu pro selektivní detekci cílových organických látek.

Budoucí trendy a možnosti využití

Ve vývoji filmových elektrod lze očekávat:

• Integraci nanomateriálů (grafen, nanotrubičky) pro zlepšení elektrokatalytických vlastností.
• Pokročilé polymery a kompozitní systémy pro lepší stabilitu a biofunkcionalizaci.
• Miniaturizované průtokové buňky a přenosná elektrodická zařízení pro rychlý screening.
• Spojení s mikrofluidikou a digitálními readouty v rámci inteligentních senzorů.

Závěr

Netradiční filmové elektrody založené na rtuťových, bismutových, antimonových i uhlíkových vrstvách ukazují značný potenciál v analýze organických sloučenin. Nabízejí vynikající meze stanovitelnosti, dobrou reprodukovatelnost i širokou možnost modifikace. Jejich jednoduchá příprava, obnova a nízká toxicita podporují implementaci v rutinní praxi a budoucí rozvoj elektrochemických senzorů.

Reference

1. Vyskočil V., Barek J.: Crit. Rev. Anal. Chem. 39, 173 (2009).
2. Wang J.: Analytical Electrochemistry, 3. vyd. John Wiley & Sons, Hoboken (2006).
3. Economou A., Fielden P. R.: Analyst 128, 205 (2003).
4. Dvořák P., Vyskočil V.: Netradiční filmové elektrody ve voltametrické a ampérometrické analýze organických sloučenin. Chemické listy 117, 3–12 (2023). DOI:10.54779/chl20230003.
5. Metrohm Česká republika (sponzor seriálu Nové pohledy na analytickou chemii).