La polarografía es un método electroquímico que proporciona información cualitativa y cuantitativa de sustancias electro-reducibles y electro-oxidables, basado en la medición del flujo de corriente resultante de la electrólisis de una solución en un microelectrodo polarizable, en función del voltaje aplicado. El intervalo de concentraciones para las sustancias que se analizan es de 10^-2 a 10^-5 M.

Esta medición puede realizarse por polarografía de corriente directa o de pulsos. A menos que se especifique de otro modo, emplear la técnica de corriente directa:

POLAROGRAFIA DE CORRIENTE DIRECTA

En la polarografía de corriente directa convencional, la corriente se mide continuamente mientras se aplica un potencial variable en forma lineal. Esta corriente se compone de dos elementos: el primero es la corriente de difusión, producida por la sustancia que experimenta la reducción u oxidación en el electrodo de trabajo y que es directamente proporcional a la concentración de esta sustancia; y el segundo es la corriente capacitiva, relacionada con la carga de la doble capa electroquímica.

Un polarógrafo emplea un electrodo de goteo de mercurio (EGM) capaz de proporcionar un flujo constante de pequeñas gotas de mercurio, de tamaño reproducible, que fluyen del orificio de un tubo capilar conectado a un reservorio de mercurio, y un electrodo de referencia, generalmente de calomel saturado (ECS), el cual debe ser de superficie grande.

Al aplicar el voltaje inicial, se observa el flujo de una muy pequeña corriente residual; a medida que el voltaje aplicado varía; dicho flujo presenta mínimas variaciones, hasta que la sustancia bajo valoración experimenta la reducción u oxidación. Al principio la corriente aumenta gradualmente y luego lo hace de manera casi lineal con el voltaje hasta alcanzar un valor limitante. En la porción ascendente inicial de la onda polarográfica, el aumento del flujo de corriente se corresponde con una disminución de la concentración de las especies electro-activas en la superficie del electrodo. A medida que el voltaje y la corriente crecen, la concentración de las especies reactivas disminuye aún más hasta alcanzar un valor mínimo en la superficie del electrodo. La corriente está limitada por la velocidad a la cual las especies reaccionantes pueden difundir desde el seno de la solución hasta la superficie del microelectrodo, para que esto ocurra es necesaria la presencia de una elevada concentración de electrolito soporte, inerte dentro del intervalo de potencial empleado para el ensayo. La reacción del electrolito soporte por aumento del potencial causa el incremento final de la corriente, observada en los polarogramas.

En el caso del EGM, la superficie del electrodo se renueva constantemente en forma cíclica, por lo que la corriente aumenta de un valor pequeño cuando la gota comienza a formarse hasta alcanzar un valor máximo cuando la gota cae. Mediante el empleo de un registrador apropiado para medir la corriente, se obtiene el registro polarográfico característico con perfil de diente de sierra. La corriente limitante es la suma de la corriente residual y de difusión. La corriente residual se resta a la corriente limitante para obtener la altura de la onda. Los cambios en las corrientes de difusión y capacitiva, según la variación del tamaño de la gota, producen las oscilaciones en los polarogramas típicos.

La relación lineal entre la corriente de difusión, id, y la concentración de especies electro-activas está dada por la ecuación de llkovic:

en la cual i_d es la corriente máxima en microamperios, n es el número de electrones requeridos por molécula de sustancia electroactiva, D es el coeficiente de difusión en cm² por segundo, m es la velocidad de flujo de mercurio del EGM en mg por segundo, t es el tiempo de caída de la gota en segundos y c es la concentración del analito en milimoles por litro.

Los polarógrafos modernos, capaces de efectuar polarografía por muestreo, están equipados con registradores para determinar la corriente durante la última porción de la vida de la gota, registrando sólo las corrientes máximas y evitando las oscilaciones debidas al crecimiento de la gota.

Para aparatos en los que la corriente se mide con galvanómetros, las ondas con perfil de diente de sierra corresponden a oscilaciones cercanas a la corriente promedio, mientras que si se emplean registradores que operan en modo amortiguado, la medida de la corriente es el promedio de las oscilaciones. Para los polarogramas obtenidos de esta manera, la i_d, dada por la ecuación de llkovic es la corriente promedio en microamperios observada durante la vida de la gota, cuando el coeficiente 708 es reemplazado por 607.

Potencial de media-onda - El potencial de media-onda (E_1/2) corresponde, en el polarograma, al punto medio de la distancia entre la corriente residual y la meseta de la corriente limitante. Este potencial es por lo general independiente de la concentración del analito o del capilar empleado para obtener la onda, siendo característico de las especies electroactivas, por lo que sirve como criterio de identificación de una sustancia. El E_1/2 depende de la composición de la solución y puede cambiar con variaciones en el pH o en el sistema de solventes, o con el agregado de agentes complejantes.

A menos que se especifique de otro modo, el potencial del EGM es igual al voltaje aplicado frente al ECS, luego de realizar la corrección por la caída óhmica, iR (el potencial necesario para pasar la corriente, i, a través de una solución con una resistencia R). Es especialmente importante hacer esta corrección para soluciones no acuosas que poseen alta resistencia.

Medición de la altura de la onda (ver Figura) - Para fines cuantitativos, es necesario determinar la. altura de la onda polarográfica. Ya que ésta es un índice de la magnitud de la corriente de difusión i_d, se mide verticalmente, compensado la corriente residual, por extrapolación del segmento de la curva que precede a la onda hasta más allá del ascenso en la misma. Para una onda bien formada donde esta extrapolación es paralela a la meseta de la corriente limitante, la medición no es ambigua. Para ondas no muy bien definidas, puede emplearse el siguiente procedimiento a menos que se especifique de otro modo en la monografía correspondiente. Tanto la corriente residual como la corriente limitante se extrapolan con líneas rectas. La altura de la onda se toma como la distancia vertical entre estas líneas medidas a nivel del potencial de media-onda.

Precaución - El mercurio metálico tiene una presión de vapor importante a temperatura ambiente; por lo tanto, el área de trabajo debe construirse de modo que cualquier salpicadura o gota derramada puedan recuperarse completamente con relativa facilidad. Limpiar el mercurio después de cada empleo del aparato.

Procedimiento - Transferir una porción de la dilución final de la muestra a una celda polarográfica apropiada, inmersa en un baño de agua regulado a 25,0 ± 0,5 °C. Pasar una corriente de nitrógeno a través de la solución durante 10 a 15 minutos para eliminar el oxígeno disuelto. Comenzar el goteo de mercurio desde el capilar, insertar el capilar en la solución muestra y ajustar la altura del reservorio de mercurio. Modificar el flujo de nitrógeno de modo que pase sobre la superficie de la solución, a fin de que la misma esté libre de vibraciones durante el tiempo en que se registra la onda. Registrar el polarograma en el intervalo de potencial indicado en la monografía correspondiente, empleando un registrador o un galvanómetro de sensibilidad apropiada para obtener una onda apropiada. Medir la altura de la onda y, a menos que se especifique de otro modo en la monografía correspondiente, comparar ésta con la altura de la onda obtenida con la Sustancia de referencia correspondiente, medida bajo las mismas condiciones.

POLAROGRAFIA DE PULSOS

En la polarografia de pulso normal, se aplica un pulso de potencial al electrodo de mercurio cerca del final de la vida de la gota. A cada gota siguiente se le aplica un pulso ligeramente mayor, con una velocidad de incremento-determinada por la velocidad de barrido seleccionada. La corriente se mide al término del pulso, representando principalmente la corriente de difusión, ya que en esas condiciones la corriente capacitiva es casi nula. La aplicación de pulsos cortos permite una sensibilidad aproximadamente diez veces mayor que la polarografía de corriente directa y la corriente limitante se mide con mayor facilidad, ya que las ondas están exentas de oscilaciones.

La polarografía de pulso diferencial es una técnica mediante la cual un pulso de altura fija aplicado al final de la vida de cada gota se superpone a una rampa de incremento lineal de corriente directa. El flujo de corriente se mide justo antes de la aplicación del pulso. La diferencia entre estas dos corrientes se mide y se representa en el registrador; dicha señal diferencial proporciona una curva que se aproxima a la derivada de la onda polarográfica, con pico cuyo potencial máximo es equivalente a:

E_1/2 - DE/2

donde DE es la altura del pulso. La altura del pico es directamente proporcional a la concentración a velocidades de barrido y alturas de pulso constante. Esta técnica es muy sensible (pueden determinarse concentraciones del orden de 10_-7 M) y proporciona mejor resolución entre ondas poco espaciadas.