1.หลักการในการวิเคราะห์
คูลอมเมทรีเป็นเทคนิคการวิเคราะห์ทางเคมีเชิงไฟฟ้าวิธีหนึ่ง โดยมีการจัดเซลล์แบบอิเล็กโทรไลต์ ก็คือจะต้องมีการให้พลังงานจากภายนอกให้กับเซลล์ และจะต้องเป็นกระแสตรง (D.C.) เทคนิคนี้จะเกี่ยวข้องกับการวัดปริมาณประจุไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของสารตัวอย่าง ดังนั้นปริมาณของสารตัวอย่างจึงสัมพันธ์กับปริมาณประจุไฟฟ้าทั้งหมดที่ให้กับเซลล์ ในการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคนี้จำเป็นที่จะต้องมีการกวนสารละลายตลอดเวลา เพื่อช่วยนำพาไอออนไปเกิดปฏิกิริยาที่ขั้วใช้งาน (working electrode) การวิเคราะห์ด้วยเทคนิคนี้ จะอาศัยความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของประจุไฟฟ้าที่ใช้ กับจำนวนกรัมสมมูลของสารตัวอย่าง ตามกฎของฟาราเดย์
เพราะฉะนั้นการวิเคราะห์หาปริมาณสารตัวอย่างด้วยเทคนิคคูลอมเมทรีจะแตกต่างจากการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคอิเล็กโทรแกรวิเมทรี โดยเทคนิคคูลอมเมทรีเป็นการวัดประจุไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) แต่อิเล็กโทรแกรวิเมทรีเป็นการชั่งน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นบนขั้วไฟฟ้า ซึ่งทั้งสองวิธีสามารถหาปริมาณสารตัวอย่างได้โดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องสร้ากราฟมาตรฐาน หรือไปเทียบกับสารมาตรฐานแต่อย่างใด
กฎของฟาราเดย์
กฎการแยกสารด้วยไฟฟ้าของฟาราเดย์ กล่าวไว้ว่า "ปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านเข้าในเซลล์ เป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณการเปลี่ยนแปลงสมมูลของสารที่เกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าของเซลล์นั้น" ซึ่งสามารถเขียนอยู่ในรูปสมการได้ดังนี้
Q = F x No.equivalents ............ (1)
Q
= ปริมาณประจุไฟฟ้าที่ถูกพาเข้าสู่เซลล์ มีหน่วยเป็น
C
F =
เป็นค่าคงที่ของฟาราเดย์ มีค่าเท่ากับ 96,485 คูลอมบ์ (C) หรือ
6.022 x 1023 อิเล็กตรอน
เมื่อการไหลของกระแส (i) คงที่ที่ 1 แอมแปร์ (A) ในเวลา (t) 1 วินาที (s) จะได้ว่า
Q = i x t ............ (2)
จาก (1) และ (2) จะได้ความสัมพันธ์ ดังนี้
เมื่อ n
คือ จำนวนโมลของอิเล็กตรอน เช่น
n = 2 โมลของอิเล็กตรอน
2. เทคนิควิธีวิเคราะห์ด้วยคูลอมเมทรี
การวิเคราะห์เชิงไฟฟ้าด้วยเทคนิคคูลอมเมทรีสารมารถแบ่งออกได้เป็น 2 วิธี ดังนี้
2.1 คูลอมเมทรีแบบควบคุมกระแสคงที่
การวิเคราะห์ด้วยเทคนิคคูลอมเมทรีแบบควบคุมกระแสคงที่
อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งควบคุมให้กระแสคงที่คือ แอมเพอโรสแตท (amperostat)
วิธีที่สามารถทำได้โดยการไทเทรชัน (titration) จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า
คูลอมเมตริกไทเทรชัน (coulometric titration) โดยสารตัวอย่างที่ต้องการวิเคราะห์จะถูกไทเทรตด้วยไทเทรนต์
(อิเล็กตรอน) ในการวิเคราะห์จะมีการให้กระแสคงที่กับวงจรตลอดเวลา จนกว่าจะถึงจุดยุติของการไทเทรต
วิธีนี้สามารถสามารถวิเคราะห์สารตัวอย่างได้ถึงระดับไมโครกรัม ( 10 -6)
ทำให้มีความถูกต้องและความแม่นยำสูง
2.2 คูลอมเมทรีแบบควบคุมศักย์ขั้วไฟฟ้า
เทคนิคการวิเคราะห์คูลอมเมทรีแบบควบคุมศักย์ไฟฟ้านี้
จะมีหลักการของการหาปริมาณสารตัวอย่างเช่นเดียวกับเทคนิคอิเล็กโทรแกรวิเมทรีแบบควบคุมศักย์ขั้วไฟฟ้า
กล่าวคือ จะต้องมีอุปกรณ์สำคัญคือ โพเทนชิออสเตท (potentiostate) ที่ทำหน้าที่ในการควบคุมศักย์ไฟฟ้าของขั้วใช้งาน
(working electrode) เพื่อให้ค่าศักย์ไฟฟ้ามีค่าคงที่ตลอดการวิเคราะห์ แต่ในเทคนิคคูลอมเมทรีจะมีการบันทึกกระแสที่ใช้
ณ เวลาต่าง ๆ ของการวิเคราะห์ จนกระทั่งปฏิกิริยาการแยกสารตัวอย่างให้ผลเสร็จสมบูรณ์
และการคำนวณหาปริมาณสารตัวอย่างที่เกิดขึ้นในการวิเคราะห์ สามารถทำได้โดยการอินทิเกรตข้อมูลจากกราฟของกระแสกับเวลา
ซึ่งก็คือปริมาณประจุไฟฟ้าที่ใช้ทั้งหมด
3. การประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์
การวิเคราะห์ด้วยเทคนิคคูลอมเมตริกไทเทรชัน ใช้ในการวิเคราะห์หาชนิดและปริมาณของไอออนโลหะในสารละลายตัวอย่าง และยังสามารถใช้ได้กับการวิเคราะห์ด้วยวิธีไทเทรตทางเคมีทุกรูปแบบ เช่น ปฏิกิริยาสะเทินของกรดและด่าง ปฏิกิริยาการตกตะกอน ปฏิกิริยาการเกิดสารประกอบเชิงซ้อน และปฏิกิริยารีดอกซ์ ปัจจุบันได้มีการประยุกต์และปรับปรุงเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ทันสมัย สามารถวิเคราะห์ได้อย่างอัตโนมัติ เช่น การใช้คอมพิวเตอร์มาควบคุมการทำงานของเครื่องมือ ทำให้การวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการที่มีการวิเคราะห์เป็นประจำ มีความสะดวก รวดเร็ว ถูกต้อง และแม่นยำสูง
