Share via email
Deteksi yang selektif dan sensitif, kuantifikasi cepat berbagai jenis analit, alat diagnostik, pengembangan metodologi dan sensor baru, dan lain-lain [3].
Gabungan dari dua teknik analisis yang sudah dikenal luas, yaitu elektrokimia dan spektroskopi, melahirkan spektroelektrokimia (SEC) – sebuah metodologi ilmiah yang telah mapan. Teknologi hibrida ini menawarkan keuntungan ganda bagi para peneliti karena mampu merekam sinyal optik dan elektrokimia secara bersamaan untuk memperoleh data baru [1]. Artikel ini dimulai dengan definisi spektroelektrokimia dan menampilkan keunggulannya dalam penelitian, diikuti dengan sistem dan solusi baru yang mempermudah penerapan spektroelektrokimia dalam berbagai aplikasi.
Apa itu Spektroelektrokimia?
Metode spektroelektrokimia adalah metode multi-respons. Metode ini mempelajari proses reaksi elektrokimia dengan pemantauan optik secara simultan. Spektroelektrokimia memberikan dua sinyal yang berbeda dari satu eksperimen, yang merupakan fitur sangat kuat untuk memperoleh informasi penting tentang sistem yang sedang diteliti. Selain itu, sifat autovalidasi dari spektroelektrokimia mengonfirmasi hasil yang diperoleh melalui dua jalur berbeda.
Pelajari lebih lanjut dalam Application Note kami
Prinsip spektroelektrokimia didasarkan pada analisis interaksi antara sinar radiasi elektromagnetik dan senyawa yang terlibat dalam reaksi elektrokimia. Variasi sinyal optik dan elektrokimia memberikan wawasan tentang perkembangan proses pada elektroda.
Teknik analisis ini dikembangkan pada tahun 1960-an ketika Profesor Theodore Kuwana menggunakan elektroda transparan untuk mempelajari proses secara simultan — mengukur muatan dan absorbansi secara bersamaan saat berkas cahaya melewati elektroda [2]. Elektroda ini disebut sebagai "elektroda transparan secara optik" (optically transparent electrodes/OTEs) dan dirancang khusus untuk eksperimen gabungan optik dan elektrokimia. Namun, tidak semua konfigurasi spektroelektrokimia memerlukan elektroda transparan.
Sejak publikasi pertama tentang spektroelektrokimia pada tahun 1964 [2], jumlah penelitian dan karya ilmiah yang berbasis teknik ini terus meningkat secara konsisten (Gambar 1).
Figure 1.
Spectroelectrochemistry publications have increased significantly since the technique’s discovery in the 1960’s (results of searching «Spectroelectrochem*» as a term in Scopus as of January 2025).
Spectroelectrochemistry allows researchers to collect molecular, kinetic, and thermodynamic information from the reactants, intermediates, and/or products involved in electron transfer processes. Thus, it is possible to perform spectroelectrochemical studies on a broad range of molecules and different processes including biological complexes, polymerization reactions, nanomaterial characterization, analyte detection, corrosion mechanisms, electrocatalysis, environmental processes, characterization of memory devices, and much more.
Beragam Teknik Spektroelektrokimia yang Dapat Dipilih: Jenis-Jenis SEC
Berbagai jenis informasi dapat diperoleh tergantung pada rentang spektral yang digunakan. Grafik berikut (Gambar 2) diklasifikasikan berdasarkan kombinasi dari berbagai metode elektrokimia dan spektroskopi. Klasifikasi umum didasarkan pada jenis teknik spektroskopi yang digunakan, yaitu: ultraviolet (UV), visible (Vis), photoluminescence (PL), infrared (IR), Raman, X-ray, nuclear magnetic resonance (NMR), and electron paramagnetic resonance (EPR).
Figure 2.
Spectroelectrochemistry (SEC) is the combination of spectroscopy and electrochemistry, shown here as the overlap between these two techniques.
Sebagai contoh, spektroskopi UV/Vis memberikan informasi molekuler yang berkaitan dengan tingkat energi elektron dalam molekul. Spektrum NIR (Near-Infrared) memberikan data yang berhubungan dengan tingkat getaran molekul. Sementara itu, spektroskopi Raman memberikan informasi yang sangat spesifik mengenai struktur dan komposisi sampel karena sifat fingerprinting (sidik jari molekuler) dari teknik ini (Gambar 3).
Figure 3.
Diagram of the electromagnetic spectrum.
Keuntungan Utama Teknik Spektroelektrokimia:
Memberikan informasi secara simultan dari dua teknik berbeda (elektrokimia dan spektroskopi) dalam satu eksperimen.
Dapat digunakan untuk studi kualitatif maupun analisis kuantitatif.
Memiliki selektivitas dan sensitivitas yang tinggi.
Spektroelektrokimia digunakan di berbagai bidang karena sifatnya yang serbaguna.
Konfigurasi baru mempermudah pelaksanaan eksperimen spektroelektrokimia, menghemat waktu, sampel, biaya, dan lain-lain.
Perkembangan signifikan telah terjadi dalam beberapa tahun terakhir terkait desain, pengembangan, dan kemungkinan yang ditawarkan oleh instrumen untuk teknik spektroelektrokimia. Selain itu, susunan dan koneksi antara produk serta aksesoris yang memudahkan penggunaan peralatan ini juga semakin baik, sehingga membantu penelitian dan eksperimen di bidang ini menjadi lebih mudah dan terjangkau.
Evolusi Instrumentasi Spektroelektrokimia
Secara tradisional, konfigurasi untuk analisis spektroelektrokimia terdiri dari dua instrumen: satu instrumen spektroskopi dan satu instrumen untuk analisis elektrokimia (Gambar 4). Kedua instrumen ini terhubung secara terpisah ke sel spektroelektrokimia yang sama dan biasanya tidak tersinkronisasi. Selain itu, masing-masing instrumen dikendalikan oleh perangkat lunak yang berbeda dan spesifik, sehingga dibutuhkan dua program untuk menginterpretasi masing-masing sinyal, serta program eksternal tambahan untuk memproses dan menganalisis data yang diperoleh dari kedua program tersebut. Akhirnya, perlu dipertimbangkan bahwa sinkronisasi tidak dijamin, sehingga pelaksanaan eksperimen dan pengujian dengan konfigurasi ini menjadi lambat, kompleks, dan mahal.
Figure 4.
This detached spectroelectrochemical setup displays the complexity of the software and programs used, showing that different systems are not able to obtain actual synchronized electrochemical measurements and data.
Metrohm DropSens memanfaatkan kesempatan ini untuk menciptakan sesuatu yang belum pernah ada sebelumnya — merevolusi teknologi terkini dalam spektroelektrokimia. SPELEC line of instruments (Gambar 5). Ini adalah solusi yang sepenuhnya terintegrasi dan tersinkronisasi, yang menawarkan para peneliti fleksibilitas jauh lebih besar. Perangkat ini mencakup semua komponen yang diperlukan untuk bekerja dengan teknik spektroelektrokimia secara sederhana dan dalam satu sistem, yaitu (bi)potensiostat/galvanostat, sumber cahaya, dan spektrometer (tergantung pada rentang spektral yang dipilih).
Figure 5.
The SPELEC systems from Metrohm DropSens consist of one device and one software—a fully integrated, easy-to-use, practical SEC setup for researchers.
Desain dan konfigurasi ini juga menyederhanakan pekerjaan, proses, dan pengukuran spektroelektrokimia karena hanya dibutuhkan satu sistem dan satu perangkat lunak saja. Dalam kasus solusi SPELEC, perangkat lunak khusus yang canggih (DropView SPELEC) adalah program khusus yang mengendalikan instrumen, merekam sinyal elektrokimia dan spektroskopi secara simultan, serta memungkinkan pengguna untuk memproses dan menganalisis data secara bersama-sama dalam satu langkah. Sungguh sesederhana itu!
Masa Depan Spektroelektrokimia: Sistem dan Perangkat Lunak SPELEC
Satu instrumen dan satu perangkat lunak: Metrohm DropSens SPELEC menyediakan semua yang Anda butuhkan untuk eksperimen spektroelektrokimia Anda sekaligus menghemat waktu berharga dan ruang laboratorium. Instrumen SPELEC menawarkan kombinasi elektrokimia dengan spektroskopi UV-Vis, Vis-NIR, atau bahkan Raman dalam satu pengukuran, dengan beberapa pilihan instrumen yang tersedia (lihat di bawah). Semua terintegrasi sehingga memungkinkan lebih banyak pengujian dalam waktu yang lebih singkat, pengukuran spektrum ganda, berbagai aksesoris lengkap, dan fleksibilitas penelitian dengan berbagai konfigurasi yang ditawarkan.
Berbagai pilihan tersedia tergantung pada rentang spektral yang dibutuhkan::
SPELEC: 200–900 nm (UV-VIS)
SPELEC 1050: 350–1050 nm (VIS-NIR)
SPELEC NIR: 900–2200 nm (NIR)
SPELEC RAMAN: 785 nm, 638 nm, or 532 nm laser
DropView SPELEC adalah perangkat lunak khusus yang intuitif yang memudahkan pengukuran, pengelolaan data, dan pemrosesan. Dengan program ini, Anda dapat menampilkan kurva elektrokimia dan spektrum secara real-time serta mengikuti eksperimen dalam bentuk counts, counts minus dark, absorbansi, transmitansi, reflektansi, atau pergeseran Raman.
Dalam hal pemrosesan data, DropView SPELEC menawarkan beragam fungsi, termasuk overlay grafik, integrasi dan pengukuran puncak, pemetaan 3D, pembuatan video spektral (spectral movie), dan masih banyak lagi.
Testimoni dari Universitas Burgos tentang sistem SPELEC terintegrasi dari Metrohm DropSens.
Instrumen SPELEC sangat serbaguna, dan meskipun didedikasikan sebagai instrumen spektroelektrokimia, instrumen ini juga dapat digunakan untuk eksperimen elektrokimia dan spektroskopi secara terpisah. Instrumen ini dapat digunakan dengan berbagai jenis elektroda (misalnya, elektroda cetak layar, elektroda konvensional, dll.) serta dengan berbagai sel spektroelektrokimia. Informasi optik dan elektrokimia diperoleh secara real time / operando / dalam konfigurasi dinamis.
Pelajari lebih lanjut di postingan blog kami.
Simplifying spectroelectrochemistry setups with intuitive and user-friendly cells
Beragam Aplikasi Spektroelektrokimia
Karakteristik spektroelektrokimia memungkinkan pengembangan aplikasi baru secara terus-menerus di berbagai bidang. Baca lebih lanjut di bawah ini untuk mengetahui kemampuan teknik ini (klik untuk memperluas setiap bagian).
Studi tentang sifat dan struktur berbagai senyawa, analisis reaksi kinetik, penentuan kapasitas transfer elektron, dan lain-lain [4].
Evaluasi film pelindung sebagai inhibitor korosi, penentuan stabilitas dan reversibilitas elektroda, pemantauan pembentukan lapisan dan sublapisan, peningkatan sifat pelindung bahan pelapis, dan lain-lain.
Pemantauan siklus pertukaran dan pelepasan, penentuan tingkat oksidasi/reduksi, karakterisasi elektrolit baru untuk baterai, pemahaman proses doping dan pemisahan pada sel surya, dan lain-lain.
Karakterisasi dan perbandingan aktivitas elektrokatalitik dari berbagai katalis, identifikasi spesies antara (intermediate) dan perubahan strukturnya, penjelasan mekanisme reaksi, dan lain-lain [5].
Studi tentang proses biologis, karakterisasi molekul yang digunakan dalam bioteknologi, biokimia, atau kedokteran, penentuan aktivitas antioksidan, dan lain-lain.
Identifikasi dan kuantifikasi pestisida, pewarna, dan polutan, pemantauan proses degradasi dan filtrasi, dan lain-lain. [6].
Identifikasi dan kuantifikasi pestisida, pewarna, dan polutan, pemantauan proses degradasi dan filtrasi, dan lain-lain.
Learn even more about spectroelectrochemistry application possibilities by downloading our free Application Book.
Poin-Poin Penting
Catalog: SPELEC line portfolio
Blog post: Simplifying spectroelectrochemistry setups with intuitive and user-friendly cells
Spectroelectrochemistry Application Book
On-demand webinar: Spectroelectrochemistry in action: Live experiments
Referensi
[1] Kaim, W.; Fiedler, J. Spectroelectrochemistry: The Best of Two Worlds. Chem. Soc. Rev. 2009, 38 (12), 3373. DOI:10.1039/b504286k
[2] Kuwana, T.; Darlington, R. K.; Leedy, D. W. Electrochemical Studies Using Conducting Glass Indicator Electrodes. Anal. Chem. 1964, 36 (10), 2023–2025. DOI:10.1021/ac60216a003
[3] Martín-Yerga, D.; Pérez-Junquera, A.; González-García, M. B.; et al. Quantitative Raman Spectroelectrochemistry Using Silver Screen-Printed Electrodes. Electrochimica Acta 2018, 264, 183–190. DOI:10.1016/j.electacta.2018.01.060
[4] Perez-Estebanez, M.; Cheuquepan, W.; Cuevas-Vicario, J. V.; et al. Double Fingerprint Characterization of Uracil and 5-Fluorouracil. Electrochimica Acta 2021, 388, 138615. DOI:10.1016/j.electacta.2021.138615
[5] Rivera-Gavidia, L. M.; Luis-Sunga, M.; Bousa, M.; et al. S- and N-Doped Graphene-Based Catalysts for the Oxygen Evolution Reaction. Electrochimica Acta 2020, 340, 135975. DOI:10.1016/j.electacta.2020.135975
[6] Ibáñez, D.; González-García, M. B.; Hernández-Santos, D.; Fanjul-Bolado, P. Detection of Dithiocarbamate, Chloronicotinyl and Organophosphate Pesticides by Electrochemical Activation of SERS Features of Screen-Printed Electrodes. Spectrochim. Acta. A. Mol. Biomol. Spectrosc. 2021, 248, 119174. DOI:10.1016/j.saa.2020.119174
Penulis
