Phƣơng pháp von-ampe sử dụng bình điện phân có 3 điện cực: điện cực so sánh, điện cực đối và điện cực làm việc.
1.3.2.1.Điện cực so sánh
Điện cực so sánh là điện cực có thế điện hóa biết trƣớc, ổn định và thuận nghịch, đƣợc đặt rất gần điện cực làm việc để xác định thế giữa hai điện cực này.
28
Hiện nay có hai loại điện cực so sánh thƣờng đƣợc sử dụng để phân tích các dung dịch nƣớc là điện cực Hg/Hg2Cl2 (calomen) và điện cực Ag/AgCl [11].
1.3.2.2.Điện cực đối
Điện cực đối thƣờng đƣợc chế tạo từ vật liệu dẫn điện trơ nhƣ bạch kim, graphit. Điện cực đối làm nhiệm vụ ổn định dòng điện trong bình điện phân.
1.3.2.3.Điện cực làm việc
Điện cực làm việc có thể đƣợc chế tạo bằng nhiều loại vật liệu dẫn điện khác nhau và đƣợc lựa chọn dựa vào các tiêu chí chính sau:
Phù hợp với đặc tính oxi hóa khử của chất cần phân tích; Có dòng nền thấp trong khoảng thế cần dùng;
Khoảng thế làm việc rộng; Bề mặt ổn định, bền về cơ học; Không hoặc ít độc hại.
Hiện nay, nhiều loại vật liệu khác nhau đang đƣợc dùng để chế tạo điện cực làm việc, phổ biến nhất là thủy ngân, cacbon và các kim loại quý [102].
Hình 1.1. Khoảng thế làm việc của điện cực platin, thủy ngân, cacbon trong các dung dịch nền khác nhau [122].
Điện cực thủy ngân:
Thủy ngân là loại vật liệu chế tạo điện cực có nhiều ƣu điểm nhƣ: quá thế hydro lớn, do đó mở rộng đƣợc khoảng thế làm việc về phía thế âm (~ -1,5 V trong môi trƣờng kiềm và trung tính, ~ -1,2 V trong môi trƣờng axit), dẫn điện
1 M H2SO4 1 M NaOH 1 M H2SO4 1 M KCl 1 M NaOH 0.1 M Et4NOH 1 M HClO4 1 M KCl Pt Hg C +1 0 -1 -2 +2
29
tốt, bề mặt trơn nhẵn và có thể đƣợc làm mới liên tục. Nhƣợc điểm của điện cực thủy ngân là: khoảng thế làm việc về phía thế dƣơng bị hạn chế (do Hg bị oxi hóa) và độc tính cao của thủy ngân [122].
Điện cực giọt thủy ngân treo (hanging mercury drop electrode, viết tắt là HMDE) và điện cực màng thủy ngân (mercury film electrode, viết tắt là MFE), là các loại điện cực đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong phƣơng pháp SV.
Điện cực rắn:
Điện cực rắn thƣờng đƣợc chế tạo từ cacbon hoặc kim loại nhƣ Pt, Au. Ag, Cu. Niken cũng đƣợc dùng để chế tạo điện cực rắn, nhƣng ít phổ biến hơn.
So với bề mặt của thủy ngân trong trƣờng hợp HMDE hoặc MFE, bề mặt của điện cực rắn kim loại không đồng nhất, do đó có thể gây ra sai lệch giữa diện tích thực và diện tích hình học, nên độ lặp lại thấp.
Hiện nay, điện cực rắn chế tạo từ than nhão, sợi cacbon, màng kim cƣơng pha tạp bo (boron doped diamond), ngày càng đƣợc sử dụng nhiều hơn [122].
Điện cực biến tính hóa học:
Điện cực biến tính hóa học (còn đƣợc gọi là điện cực biến tính). Đây là một hƣớng tiếp cận hiện đại để chế tạo điện cực làm việc, bằng cách thêm một ít hóa chất thích hợp lên bề mặt điện cực để biến tính nó.
Các điện cực biến tính có những ƣu điểm cơ bản nhƣ, đẩy mạnh các phản ứng chuyển điện tử, thuận lợi cho quá trình làm giàu, do đó làm tăng độ nhạy, độ chọn lọc và độ ổn định của kết quả phân tích.
Vi điện cực:
Phát triển các loại vi điện cực mới để áp dụng cho phân tích điện hóa là hƣớng nghiên cứu đang phát triển mạnh hiện nay. Vi điện cực là điện cực có kích thƣớc nhỏ hơn 25 m. So với các điện cực thông thƣờng khác, vi điện cực có các ƣu điểm nổi bật sau:
Do có kích thƣớc nhỏ, nên cƣờng độ dòng qua điện cực rất bé, sụt áp trên điện cực cũng rất bé. Nhờ đó, có thể dùng để phân tích các dung dịch có độ
30
dẫn điện kém mà không cần thêm chất điện ly, giảm nguy cơ nhiễm bẩn;
Kích thƣớc nhỏ làm giảm điện dung của lớp kép; tạo thuận lợi cho quá trình chuyển điện tử. Nhờ đó, có thể tăng tốc độ quét thế, nên có thể áp dụng để khảo sát các quá trình điện hóa xảy ra nhanh;
Kích thƣớc điện cực càng giảm thì tốc độ chuyển khối trên cực càng cao. Cùng với việc tăng tốc độ chuyển khối và giảm dòng tụ điện, tín hiệu đo tăng và tín hiệu nhiễu lại giảm [29,[122].