UV/VIS spectroelectrochemical monitoring of 4-nitrophenol degradation

Význam tématu

Spectroelectrochemie UV/VIS představuje významnou multi-response techniku, která současně sleduje elektrochemické procesy i spektroskopické změny látky. Díky tomu nabízí komplexní pohled na reakce probíhající na elektrodovém povrchu a umožňuje okamžitou kvantifikaci sledovaných sloučenin. V praxi je tento přístup klíčový pro environmentální monitoring, kontrolu kvality a výzkum degradace organických kontaminantů.

Cíle a přehled studie

Cílem předložené aplikace bylo získat kinetická data degradace 4-nitrofenolu v roztoku Na₂SO₄ za použití integrovaného instrumentu SPELEC. Studie demonstruje schopnost simultánního zaznamenávání voltammetrických a UV/VIS spekter pro analýzu rychlosti a účinnosti elektrochemické degradace tohoto prioritního polutantu.

Použitá metodika a instrumentace

• SPELEC – plně integrovaný kombinovaný bipotenciostat/galvanostat s UV/VIS spektrometrem (200–900 nm) a dodaným softwarem Dropview SPELEC.
• RPROBE-VIS-UV – bifurkovaná zdrojově-detektorová sonda pro reflexní měření.
• REFLECELL – reflexní buňka z teflonu pro screen-printed elektrody.
• 220AT SPE – zlatá tlačená elektroda se stříbrnou pseudo-referencí a uhlíkovou protielektrodou, průměr pracovní elektrody 4 mm.
• Metody: lineární voltammetrie (LSV) v rozsahu −0,30 až −1,00 V (0,01 V·s⁻¹) a chronoamperometrie při −1,00 V po dobu 150 s s kontinuálním sběrem UV/VIS spekter.

Hlavní výsledky a diskuse

UV/VIS spektra prokázala pokles absorpčního pásu 4-nitrofenolu u 320 nm a nárůst pásu degradačních produktů u 400 nm. Chronoamperometrická data potvrdila postupnou tvorbu těchto produktů; absorbance při 400 nm vzrostla až na 0,095 a.u. po 150 s. Na základě Beerova–Lambertova zákona (ε = 17357 L·mol⁻¹·cm⁻¹, b = 0,36 cm, C = 2×10⁻⁵ M) byla vypočtena teoretická absorbance 0,125 a.u. a efektivita degradace 76 %.

Přínosy a praktické využití metody

• Simultánní získávání elektrochemických a spektroskopických dat zvyšuje přesnost a spolehlivost výsledků.
• Metoda umožňuje rychlé a kvantitativní sledování degradace polutantů bez nutnosti odběru vzorků.
• Využití v environmentální chemii, průmyslové kontrole kvality a vývoji senzorů pro on-line monitoring.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další miniaturizace a integrace s přenosnými zařízeními pro terénní analýzy.
• Rozšíření spektrálního rozsahu i kombinace s jinými metodami (např. Ramanova spektroskopie).
• Vývoj specifických senzorových platform pro kontinální monitorování životního prostředí.
• Automatizace a implementace do výrobních procesů pro kontrolu kvality.

Závěr

Integrované UV/VIS spectroelectrochemical měření poskytuje veškeré potřebné informace o degradaci 4-nitrofenolu v jediném experimentu. Metoda prokázala vysokou efektivitu a potenciál pro aplikace v environmentální a průmyslové analytické chemii.

Reference

1. US Environmental Protection Agency, Federal Register, 1979, 44, 233.
2. US Environmental Protection Agency, Federal Register, 1989, 52, 131.
3. Chaara D., Pavlovic I., Bruna F., Ulibarri M.A., Draoui K., Barriga C., Applied Clay Science, 50 (2010) 292–298.
4. Laha S., Petrova K.P., Biodegradation, 8 (1998) 349–356.
5. Ibañez D., Gomez E., Valles E., Colina A., Heras A., Electrochimica Acta, 280 (2018) 17–24.