잔류염소 폴라로그래프 전극이란?

용액에 담근 두 전극 사이에 전압을 가하면 두 전극 사이에 전류가 흐릅니다. 전압을 여러 가지로 바꾸어 전류를 측정하는 장치를 폴라로그라프 라고 합니다. 

이 때 얻어지는 전류와 전압의 관계 도를 폴라로그램, 또는 전류-전위 곡선이라고 하며, 폴라로그래프를 이용한 연구를 폴라로그래피라고 합니다.

두 극 중 전압을 걸 때 기준이 되는 극을 대극, 다른 하나를 작용극이라고 합니다. 엄밀하게는, 작용 극에 적하 수은 전극을 이용한 측정 장치를 폴라로그라프라고 하고,

 그 외의 전극을 이용한 것을 “전압전류법”라고 합니다만, 실제로는 그다지 명확하게 구별해서 이용되어 있지 않은 것 같습니다.

폴라로그래프에서는, 직류나 펄스 등 여러 가지 전압을 인가전압으로서 사용합니다. 대극에는 은이나 납, 또 작용극에는 적하수은 전극을 비롯해 

백금, 금, 유리화 탄소 등외에 최근에는 도전성 다이아몬드 등도 사용되고 있습니다.

폴라로그래프에서 무엇을 알 수 있습니까?

용액의 물질은 작용 극에서 산화되거나 환원됩니다. 산화란 분자나 원자가 전자를 잃는 과정을 말하고, 환원이란 분자나 원자가 전자를 얻는 과정을 말한다. 

전자의 수수가 행해지므로, 작용극과 대극 사이에 전류가 흐릅니다. 이 전류를 확산 전류(Id)라고 하며, 작용 극에서 산화되는 물질(또는 환원되는 물질)의 농도(C)에 비례하고 있으므로,

확산전류를 측정하면 물질 농도를 알 수 있습니다(정량 분석).

　　Id = KC

그러나 K는 반응물의 원자가, 확산 상수, 작용 극 면적, 패러데이 상수 등에 의해 결정되는 상수입니다. 한편, 물질을 산화(또는 환원)하기 위해서는 에너지가 필요하지만, 

물질 개별적으로 필요한 에너지에는 차이가 있습니다. 폴라로그래프에서는 이 에너지를 인가전압이라고 하는 형태로 공급하고 있습니다. 그리고 인가 전압을 

몇 볼트로 하는지에 따라 물질의 종류를 특정할 수 있습니다(정성 분석). 폴라 로그램의 모델은 그림 1 에 나와 있습니다.

그림 1

폴라로그래프를 사용한 계측기
 

폴라로그래프를 사용한 계측기 중 가장 일반적인 것 중 하나에 유리 잔류 염소계가 있습니다 ( 그림 2 ). 대극에 은, 작용극에 금을 사용하여 수돗물 중의 소독제인 

유리 잔류 염소 농도를 측정합니다. 유리 잔류 염소의 폴라로그램( 그림 3 )을 보면,인가 전압 -0.1V 부근에서 확산 전류가 평탄(플라토 영역)이 되기 때문에, 

인가 전압이 다소 변동해도 농도에 의존한 확산전류를 얻을 수 있다 것을 알 수 있습니다. 실제로 계측기에서는 작용 극에 -0.1V를 인가하고 있습니다. 

또한, 환원 반응에 의해 작용극이 더러워지기 때문에, 작용 극에 모터를 부착하여 회전시켜, 용액 중에 넣은 세라믹 비드와 문질러서 전극 면이 더러워지지 않도록 항상 연마하여 

연속 측정할 수 있도록 하고 있습니다.

                          <그림 2 유리 잔류염소계의 구성>                  <그림 3 유리 잔류염소의 폴라로그램>