Share via email
Spektroelektrokimia (SEC) adalah salah satu teknik analitik baru yang paling menjanjikan. Meskipun instrumen spektroelektrokimia komersial telah dikembangkan untuk memudahkan pelaksanaan eksperimen SEC, ketiadaan sel yang mudah digunakan selama ini membatasi perkembangan teknik tersebut. Artikel ini menjelaskan secara rinci berbagai jenis sel SEC tersebut.
Klik untuk menuju topik berikut:
Apa itu spectroelectrochemistry (SEC)?
Spektroelektrokimia adalah teknik analitik yang menggabungkan spektroskopi dan elektrokimia untuk mempelajari reaksi kimia dan proses yang terjadi pada permukaan elektroda. Teknik ini memberikan informasi secara simultan, terukur waktu, dan in-situ mengenai sifat optik dan elektrokimia dari senyawa. Hal ini memungkinkan pemahaman yang lebih mendalam tentang mekanisme reaksi, sifat material, dan proses transfer elektron.
Pelajari lebih lanjut tentang topik ini di artikel blog terkait kami.
Basics of spectroelectrochemistry
Setup spektroelektrokimia tradisional yang terpisah membutuhkan dua instrumen terpisah dan hingga tiga komputer. Hal ini membuat banyak peneliti enggan menggunakan SEC dalam penelitian mereka, meskipun memiliki banyak keunggulan. Pengenalan lini instrumen SPELEC yang canggih — terintegrasi penuh, tersinkronisasi dengan sempurna, dan dikendalikan oleh satu perangkat lunak — telah mengisi kekosongan ini, sehingga SEC menjadi lebih mudah diakses.
Mengatasi keterbatasan SEC
Pengembangan sel SEC menghadapi beberapa keterbatasan alat. Banyak perangkat spektroelektrokimia memiliki tantangan seperti spesifikasi desain yang ketat (misalnya bentuk, ukuran, dan bahan elektroda) yang membatasi penggunaan opsi yang lebih konvensional. Selain itu, perangkat ini sering membutuhkan volume sampel yang lebih besar dan terdiri dari banyak komponen, sehingga memerlukan prosedur perakitan dan pembongkaran yang kompleks dan memakan waktu.
Untuk memudahkan adopsi teknik ini, sel baru dan inovatif dengan pengaturan spektroelektrokimia yang diperbarui telah dikembangkan. Pengaturan umum sebuah sel SEC harus menawarkan keuntungan berikut
Penanganan yang mudah
Fleksibilitas untuk bekerja dengan berbagai elektroda
Ketahanan kimia terhadap berbagai media
Perakitan dan pembongkaran yang sederhana dan cepat
Resistansi penurunan ohmik yang rendah
Selain itu, sel yang buram dan tertutup menghilangkan gangguan dari lingkungan sekitar. Hal ini juga berfungsi sebagai fitur keamanan saat laser digunakan sebagai sumber cahaya, karena sinar laser tidak keluar dari batas sel.
Raman SEC: a fingerprint technique dengan pengaturan sel yang tepat
Spektroelektrokimia Raman adalah teknik gabungan yang mempelajari hamburan inelastik (atau hamburan Raman) dari cahaya monokromatik yang berkaitan dengan senyawa kimia yang terlibat dalam proses elektrokimia. Teknik ini memberikan informasi tentang perpindahan energi getar molekul dengan menggunakan sumber cahaya monokromatik (biasanya laser) yang harus difokuskan pada permukaan elektroda pada saat yang bersamaan dengan pengumpulan foton yang tersebar. (Gambar 1).
Ketika hamburan bersifat elastis, fenomena tersebut disebut hamburan Rayleigh, dan ketika bersifat inelastis, disebut hamburan Raman. Konsep ini dijelaskan dalam Gambar 2.
Pelajari lebih lanjut tentang spektroskopi Raman dalam artikel blog ini.
Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ) tentang spektroskopi Raman: Teori dan penggunaan
Spektroelektrokimia Raman dengan cepat menjadi salah satu teknik analisis yang paling menjanjikan karena sifat sidik jari alaminya yang memungkinkan identifikasi dan pembedaan spesies kimia yang ada dalam sistem yang sedang dipelajari. Oleh karena itu, optimasi kondisi pengaturan spektroelektrokimia merupakan faktor penting untuk memperoleh hasil yang diinginkan. Misalnya, penyesuaian jarak antara probe dan sampel (sesuai dengan sifat optik probe) diperlukan untuk mendapatkan intensitas Raman tertinggi.
Raman spectroelectrochemistry cells
Sel Raman berikut dari Metrohm memiliki desain yang ditingkatkan dan disederhanakan sehingga meningkatkan kemudahan penggunaan dan memudahkan optimasi pengukuran (klik untuk menuju masing-masing jenis sel di bawah):
Sebuah sel hitam baru dengan sistem magnet buka-tutup yang mudah digunakan dipakai untuk melakukan eksperimen spektroelektrokimia dalam pelarut berair dan organik (Gambar 3). Sel ini terdiri dari dua bagian PEEK (polyether ether ketone). Bagian atas memiliki lubang tengah untuk memasukkan ujung probe Raman, serta empat lekukan dengan kedalaman berbeda (1, 1,5, 2, dan 2,5 mm) untuk mengoptimalkan jarak fokus antara probe dan elektroda kerja (WE). Selain itu, terdapat empat lubang untuk CE (elektroda lawan), RE (elektroda referensi), serta aliran udara masuk dan keluar, yang juga dapat ditutup rapat dengan penutup.
Bagian atas dari potongan bawah memiliki ruang untuk menambahkan 3 mL larutan. Volume ini memastikan kontak yang tepat antara WE, RE, dan CE dengan larutan sekaligus mencegah perendaman probe Raman. Bagian bawah potongan bawah terdapat lekukan kecil untuk menempatkan cincin O (O-ring) yang mencegah kebocoran. Selain itu, WE dipasang dengan cara dipasang ulir pada bagian penjepit. Terakhir, sebuah penyangga digunakan untuk menjaga stabilitas sel dan meningkatkan kinerja pengukuran. Gambar 4 memberikan gambaran mengenai berbagai bagian dari sel spektroelektrokimia Raman ini.
Raman cell for screen-printed electrodes (SPEs)
Dirancang dari PEEK berwarna hitam, sel ini hanya terdiri dari dua bagian. Bagian bawah digunakan untuk menempatkan SPE, sedangkan bagian atas memiliki lubang yang diperuntukkan untuk memasukkan probe Raman (Gambar 5). Jarak fokus probe dapat dengan mudah diubah menggunakan spacer dengan ketebalan yang berbeda (0,5, 1, dan 1,5 mm).
Perakitan sel yang mudah dikombinasikan dengan volume kecil yang dibutuhkan (60 µL) membuat konfigurasi ini ideal untuk pengguna yang belum berpengalaman. Selain itu, sel ini memiliki penyangga crucible kecil untuk memudahkan karakterisasi optik yang presisi pada sampel padat dan cair tanpa memerlukan elektrokimia (Gambar 6).
Raman cell for screen-printed electrodes in flow conditions
Spektroelektrokimia alir dapat dengan mudah dilakukan berkat pengembangan elektroda cetak layar (SPE) sel alir lapisan tipis dengan elektroda kerja berbentuk lingkaran (TLFCL-CIR SPEs). Desain SPE ini memungkinkan satu saluran (tinggi 400 µm, volume 100 µL) untuk mengalirkan larutan melalui WE, CE, dan RE (Gambar 7).
Perakitan sel Raman terdiri dari dua langkah mudah. Pertama, letakkan SPE pada posisi yang telah ditentukan di bagian bawah. Kemudian, cukup letakkan bagian atas dan sel siap digunakan. Bagian atas sel memiliki lubang yang dirancang khusus untuk memasukkan probe Raman dan memfokuskan laser pada permukaan elektroda kerja (WE). Sistem ini mencegah kebocoran larutan sampel karena cairan hanya berada di saluran elektroda.
UV-Vis and NIR spectroelectrochemistry cells
Saat mempelajari suatu proses kimia, perekaman simultan evolusi spektrum UV-Vis (200–800 nm) dan near-infrared (800–2500 nm) bersamaan dengan reaksi elektrokimia memungkinkan peneliti memperoleh informasi terkait tingkat elektronik (UV-Vis) dan getaran (NIR) dari molekul yang terlibat. Pengembangan sel spektroelektrokimia baru untuk tujuan ini telah memungkinkan perluasan teknik gabungan ini di berbagai sektor industri.s.
Tergantung pada aplikasi akhirnya, spektroelektrokimia UV-Vis dan NIR dapat dilakukan dalam berbagai konfigurasi pengaturan (klik di bawah untuk langsung menuju setiap topik)::
Konfigurasi Refleksi
Saat bekerja dengan pengaturan sel refleksi, berkas cahaya bergerak secara tegak lurus ke permukaan elektroda kerja tempat terjadinya refleksi (Gambar 8, kiri). Cahaya yang dipantulkan dikumpulkan untuk dianalisis di spektrometer (Gambar 8, kanan). Namun, juga memungkinkan untuk bekerja dengan sudut insidensi dan pengumpulan yang lain. Konfigurasi ini berguna untuk elektroda yang tidak transparan.
Dibuat dari PEEK hitam, sel spektroelektrokimia UV-Visible ini dapat digunakan dengan pelarut berair maupun organik (Gambar 9). Bagian atas dirancang untuk penempatan yang ideal dari elektroda referensi dan elektroda lawan serta serat optik. Bagian penjepit mengoptimalkan jarak antara serat dan elektroda kerja. Selain itu, saluran masuk dan keluar juga terdapat pada bagian atas sel.
Bagian bawah memiliki ruang khusus untuk menambahkan 3 mL larutan tempat elektroda kerja ditempatkan. Sistem magnet buka-tutup menghilangkan kebutuhan sekrup dan membuat perakitan sel menjadi mudah.
Melakukan spektroelektrokimia dengan SPE membutuhkan pengaturan eksperimen yang sederhana, sehingga teknik analitik ini dapat digunakan untuk analisis rutin. Sel ini terdiri dari dua bagian – bagian bawah dengan lekukan kecil untuk menempatkan SPE, dan bagian atas untuk menahan serat optik sekaligus menjaga jarak fokus yang optimal (Gambar 10).
Sel spektroelektrokimia UV-Visible ini memberikan keuntungan untuk berbagai proyek karena memberikan banyak informasi dari volume sampel yang kecil (< 100 µL). Sel ini memiliki sistem magnet buka-tutup yang inovatif (tanpa perlu sekrup) untuk memudahkan penggantian sensor, sehingga mempermudah pelaksanaan eksperimen spektroelektrokimia UV-Vis dan NIR.
Sel ini merupakan penyangga yang cocok untuk pengukuran spektroelektrokimia dalam kondisi alir menggunakan TLFCL-CIR SPEs. Desainnya yang sederhana memiliki lubang untuk menempatkan probe refleksi pada posisi yang tepat untuk analisis reaksi elektrokimia (Gambar 11).
TLFCL SPEs cocok untuk pengukuran spektroelektrokimia. Karena penutup transparan yang membentuk satu saluran (tinggi 400 µm, volume 100 µL), terbentuk lapisan tipis di atas sel elektrokimia.
Transmission configuration
Eksperimen transmisi mengharuskan berkas cahaya melewati elektroda yang transparan secara optik (Gambar 12). Hal ini memungkinkan pengumpulan informasi tentang fenomena yang terjadi baik pada permukaan elektroda maupun di larutan yang berdekatan. Elektroda dalam konfigurasi ini harus terbuat dari bahan yang memiliki konduktivitas listrik yang baik dan transparansi optik yang memadai pada daerah spektral yang diminati.
Elektroda transparan secara optik (OTE) memungkinkan pengguna untuk melakukan pengukuran spektral dan elektrokimia secara simultan langsung melalui elektroda kerja. Teknik spektroelektrokimia dapat digunakan untuk dengan mudah memperoleh spektrum melalui lapisan konduktif transparan pada saat eksperimen elektrokimia dilakukan.
Sel transmisi untuk SPE terdiri dari dua bagian, dengan bagian bawah yang memiliki lensa (Gambar 13). Lensa ini mengkolimasi cahaya yang datang dari sumber cahaya berkat serat transmisi. OTE ditempatkan pada bagian bawah, memungkinkan cahaya melewatinya. Cahaya yang ditransmisikan dikumpulkan dengan serat refleksi yang diposisikan di bagian atas sel, sehingga diperoleh informasi tentang proses yang terjadi pada permukaan elektroda. Volume kecil yang dibutuhkan (100 µL) dan sel yang mudah dirakit mempermudah pelaksanaan eksperimen spektroelektrokimia UV-Vis dan NIR dalam konfigurasi transmisi.
Ask ChatGPT
Spektroelektrokimia transmisi dapat dengan mudah dilakukan menggunakan kuvet kuarsa tradisional dengan panjang jalur optik 1 mm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14. Paket sel spektroelektrokimia ini juga termasuk elektroda kerja (WE) berupa jala platina, elektroda lawan (CE) berupa kawat platina, dan elektroda referensi (RE) Ag/AgCl. Selain itu, penyangga kuvet yang kokoh dan mudah digunakan memungkinkan pengukuran absorbansi dan fluoresensi (90°) yang sangat akurat dan dapat diulang.
Kesimpulan
Pengembangan sel baru yang disajikan ini membuat pengukuran spektroelektrokimia menjadi lebih mudah dilakukan. Konfigurasi tertutup serta bahan pembuatannya yang buram dan inert menghindari gangguan dan mengatasi masalah keamanan. Tidak diperlukan protokol yang rumit untuk perakitan, pembongkaran, atau pembersihan sel. Akhirnya, kesederhanaan dan kemudahan penanganannya memudahkan penggunaan, yang dikombinasikan dengan solusi terintegrasi SPELEC, membuat spektroelektrokimia menjadi lebih mudah diakses oleh khalayak yang lebih luas.
Your knowledge take-aways
Blog post: Basics of spectroelectrochemistry
Blog post: Raman spectroelectrochemistry from India to Spain: History and applications
Application Note: Spectroelectrochemistry: an autovalidated analytical technique
Application Note: UV-Vis spectroelectrochemical cell for conventional electrodes
Application Note: UV/VIS spectroelectrochemical monitoring of 4-nitrophenol degradation
Application Note: New strategies for obtaining the SERS effect in organic solvents
Application Note: Enhancement of Raman intensity for the detection of fentanyl
Spectroelectrochemistry Application Book
Shedding light, in the literal sense of the phrase, on electrochemical knowledge and procedures. Spectroelectrochemistry offers analysts more information by being able to record both an optical and an electrochemical signal at the same time to obtain new data.
