التحليل البولاروغرافي

التحليل البولاروغرافي أو البولاغرافيا (Polarographic) في الكيمياء هي تقنية يتم فيها ضبط الجهد الكهربائي لقطب المحلول وقياس التيار الناتج عن حدوث تفاعلات كهروكيميائية، وذلك عن طريق قياس التيار بدلالة الجهد المطبق على خلية إلكتروليتية (Electrolytic Cell) ذات نوعية خاصة.

ماهية البولاروغرافية

هي تقنية أو طريقة تتغير فيها الفولتية (الجهد الكهربائي) بشكل منتظم بين نوعين من الأقطاب الكهربائية؛ النوع الأول هو قطب المؤشر والنوع الثاني القطب المرجعي من خلال مراقبة شدة التيار في خلية التحليل البولاروغرافي، بحيث يعتمد رسم شكل الأقطاب على مقدار الجهد الكهربائي الذي تم تطبيقه، وعلى نوع القطب الكهربائي المستخدم، وعلى طريقة التحليل التي تم اختيارها.

ويعطي رسم هذه المعلومات منحنى يسمى منحنى التيار والجهد (Current-Voltage-Curve) ويطلق عليه اسم البولاروغرام (Polarogram) الذي يعطي معلومات نوعية، بحيث أنه من مزايا البولاروغرافية أنها طريقة تحتاج كمية قليلة من المحلول المراد تحليله، وأيضاً تحتاج إلى أجهزة بسيطة.

 ماهية خلايا البولاروغرافيا

تتكون خلايا البولاروجرافيا من قطب مايكروئي (Microelectrode) وهو قطب يتميز بأنهُ دقيق وصغير وقطب المرجع (Reference Electrode)، بحيث يكون للقطب الدقيق الذي تحدث عنده التفاعلات الكيميائية سطحاً معدنياً خاملاً ذو مساحة سطحية، قدرها بضع مليمترات مربعة، ويعتبر قطب الزئبق القطار أكثر هذه الأقطاب انتشاراً، حيث في هذا القطب يندفع الزئبق خلال أنبوب شعري دقيق؛ لغرض تجهيز المحلول بسيل مستمر من القطرات المتماثلة، ويبلغ أقصى قطرها من (0.5) إلى (1) مليمتر، ويبلغ عمر القطرة المثالي من (2) إلى (6) ثانية.

تتكون الأقطاب المايكروئية الباقية من أقراص أو أسلاك من البلاتين، حيث يجب أن يكون قطب المرجع في خلية التحليل البولاروغرافي عبارة عن فلز آخر بدل من البلاتين، بحيث يتألف البولاروغرام من رسم التيار بدلالة الجهد المطبق على خلية البولاروغرافيا، ويتصل القطب المايكروئي بالنهاية السالبة لمجهز الطاقة، حيث يعطي للجهد المطبق إشارة سالبة (-) تحت هذه الظروف في التحليل، كما يعطي للتيار إشارة موجبة (+)، وذلك عندما تسير الإلكترونات من مجهز الطاقة إلى القطب المايكروئي بمعنى أن القطب يعمل كقطب سالب.

مبدأ عمل البولاروغرافية

مبدأ عمل البولاروغرافية يكون بناءً على قياس التيار الذي يتناسب قيمته مع تركيز المادة المراد تقديرها، بحيث يتم حساب قيمة التيار من المنحنى الذي يبين العلاقة بين شدة التيار والجهد المطبق، حيث يكون سطح المهبط أقل بكثير من سطح المصعد، ويتم استخدام هذه الطريقة لتعيين عدد الأيونات ومعظم المواد الصلبة.

يتكون المهبط في خلية التحليل البولاروغرافي من الزئبق المتساقط على صورة قطرات صغيرة، وهو القطب الأول في خلية التحليل البولاروغرافية، بحيث يتجدد المهبط بشكل مستمر، حيث إنه يسمح بحدوث العديد من التفاعلات على مهبط غير متغير، بينما المصعد وهو يمثل القطب الثاني في خلية التحليل يتكون من الزئبق، بحيث يمكن التحكم بالجهد الكهربائي (القوة الدافعة الكهربائية) بطريقة أسهل.

التحليل بواسطة البولاروجرافيا

خلال هذه الطريقة يتم تحليل المواد العضوية وغير العضوية التي تختزل أو يحدث لها تأكسد على سطح الأقطاب عند مرور تيار كهربائي مستمر، لذلك تستخدم القياسات البولاروغرافية على نطاق واسع في مصانع الأدوية ومختبرات الأبحاث العلمية والتحاليل، ويعتمد على هذه النظرية بشكل خاص عند تحليل السبائك والخدمات، وكذلك عند تحليل الكميات الضئيلة من الشوائب في الفلزات النقية، وفي التحليل بواسطة البولاروغرافية تتوفر مجالات تطبيق التحليل البولاروغرافي.

مجالات تطبيق التحليل البولاروغرافي

• تحليل المخاليط: في هذا المجال يمكن إجراء تقدير كمي نظرياً لكل مركب في الخليط الذي يحتوي على عدد من المركبات باستخدام بولاروغرام واحد، على شرط أن يكون الفرق بين جهود نصف الموجة للجسيمات أو المركبات المختلفة.

• تقدير التركيز: في طريقة التحليل الكمي البولاروغرافي لمحلول مراد تحليله وذات تركيز تعطي تراكيز المحاليل المجهولة والمراد تحليلها، وعندما تكون العلاقة بين التيار والتركيز خطية، فإن الزيادة في ارتفاع الموجة سوف تؤدي إلى حساب تركيز المادة في المحلول الأصلي أو النموذج، بحيث تكون طريقة الإضافة بشكل قياسي ضرورية، وبالأخص عندما يكون تيار الانتشار حساساً لمركبات أخرى موجودة في المحلول.

• التحليل البولاروغرافي العضوي: في هذا التحليل يتم استخدام طريقة التحليل البولاروغرافي في تحليل المواد العضوية، بحيث يمكن تأكسد واختزال عدد من المجموعات العامة عن قطب الزئبق، بحيث تكون تفاعلات المركبات العضوية بشكل عام بطيئة ومعقدة من تفاعلات الأيونات الموجبة وغير العضوية، لهذا تكون التفسيرات التحليلية البولاروغرافية صعبة، بالرغم من ظهور هذه الصعوبات، ثبت بأن التحليل العضوي البولاروغرافي يعطي دراسة تركيب وتشخيص المركبات إضافة إلى التحليل الكمي للمخاليط.

• التحليل البولاروغرافي غير العضوي: يتم في هذا التحليل البولاروغرافي تحليل المواد غير العضوية، بحيث يمكن اختزال الأيونات الموجبة الفلزية عند قطب الزئبق المتساقط؛ لتكوين ملغم الفلز وأيون في حال تأكسد منخفض، بحيث يتم اختزال الفلزات القلوية وفلزات الأتربة القلوية بشرط لا يتفاعل الإلكتروليت الحامل عند جهود (فولتية).