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2026-03-04T14:16:53Z

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Die '''Amperometrie''' ist eine [[Elektrochemie|elektrochemische]] Methode zur [[quantitativ]]en Bestimmung von [[Stoff (Chemie)|chemischen Stoffen]]. Bei der amperometrischen [[Titration]] wird der elektrochemisch erzeugte [[Stromfluss]] als Nachweis für die Vollständigkeit einer Umsetzung genutzt.
Die amperometrische Methode ist gekennzeichnet durch die Messung eines [[Elektrolyse]][[Elektrischer Strom|strom]]s an einer [[Arbeitselektrode]], während ein zeitlich konstantes elektrochemisches [[Elektrisches Potential|Potential]] anliegt. Damit leitet sich die Amperometrie von der [[Voltammetrie]] ab, bei der die Elektrolyse[[Elektrische Spannung|spannung]] mit der Zeit verändert wird. Bei einer Titration muss entweder die vorliegende [[Lösung (Chemie)|Lösung]] (Titrand) oder die zutitrierte Lösung (Titrator) Stoffe enthalten, die an den [[Elektrode]]n [[Oxidation|oxidiert]] oder [[Reduktion (Chemie)|reduziert]] werden können. Man misst die [[Stromstärke]] in Abhängigkeit von der zugesetzten Lösungsmenge.

Wird die Zugabe bei der Titration beendet oder ist ein Reaktant vollständig aufgebraucht, so steigt bzw. fällt der Elektrolysestrom wieder auf das Ausgangspotential (abhängig vom [[Redoxreaktion|Redoxsystem]]).

Der gemessene Elektrolysestrom ist der [[Konzentration (Chemie)|Konzentration]] des umgesetzten Stoffes direkt [[proportional]] (Formel s. u.). Dies gestattet eine Bestimmung unbekannter Konzentrationen mit Hilfe einer [[Kalibrierung|Kalibrier]]<nowiki></nowiki>funktion.

Häufig verwendete [[Werkstoff|Materialien]] für Arbeitselektroden sind: [[Platin]], [[Gold]], [[Kohlenstoff]], [[Quecksilber]] und [[Silber]].

Bei der [[Clark-Elektrode]] wird gelöster [[Sauerstoff]] bei einem konstanten Potential reduziert. Dieses Prinzip der Sauerstoffbestimmung wird in Industrie und [[Umweltanalytik]] häufig gebraucht.

Die Arbeitselektroden amperometrischer [[Sensor]]en können mit einer Schicht überzogen sein, die [[Ionenselektive Elektrode|selektiv]] mit dem zu analysierenden Stoff reagiert.

Sehr weit verbreitet in der [[medizinische Diagnostik|medizinischen Diagnostik]] sind amperometrische [[Glucose]]<nowiki></nowiki>sensoren, die mit dem [[Enzym]] [[Glucose-Oxidase]] modifiziert sind. In seiner Funktion als [[Biokatalysator]] setzt dieses Enzym den [[Analyt]]en Traubenzucker (Glucose) zu [[Gluconsäure]] und [[Wasserstoffperoxid]] um. Dabei wird Sauerstoff verbraucht. Amperometrisch registriert wird eigentlich die Zunahme der Wasserstoffperoxidkonzentration oder die Abnahme der Sauerstoffkonzentration, je nach Wahl des Elektrolysepotentials. Siehe hierzu auch [[Kontinuierlich messender Glucosesensor]].

== Chronoamperometrie ==
Wie der Name andeutet ([[Altgriechische Sprache|altgriechisch]] {{lang|grc|χρόνος}} ''chrónos'' „Zeit“ und {{lang|grc|μέτρον}} ''métron'' „Maß, Maßstab“), wird bei der Chronoamperometrie die Zeitabhängigkeit des Stromes gemessen und ausgewertet. Dazu wird bei dieser [[Relaxationsmethode]] der sich ändernde Elektrolysestrom nach einem Potentialsprung registriert. Zuvor wird ein Potential an die Arbeitselektrode angelegt, bei welchem noch kein Umsatz des Analyten erfolgt. Durch sprunghafte Änderung des Potentials auf einen neuen zeitlich konstanten Wert beginnt die Oxidation bzw. Reduktion des Analyten, und ein elektrochemischer Strom beginnt zu fließen. Dieser Strom hat unmittelbar nach dem Potentialsprung seinen maximalen Wert und fällt dann ab. Der zeitliche Verlauf wird durch die Cottrell-Gleichung (von [[Frederick Gardner Cottrell]] 1903 publiziert<ref>{{Literatur |Autor=[[Frederick Gardner Cottrell]] |Titel=Der Reststrom bei galvanischer Polarisation, betrachtet als ein Diffusionsproblem |Hrsg=Wilhelm Ostwald, Jacobus Henricus van ’t Hoff |Sammelwerk=Zeitschrift für Physikalische Chemie |Band=42U |Nummer=4 |Verlag=Wilhelm Engelmann/De Gruyter |Ort=Leipzig |Datum=1903-10 |Seiten=385–43 |ISSN=2196-7156 |DOI=10.1515/zpch-1903-4229 |Online=[https://archive.org/stream/zeitschriftfurp01hoffgoog#page/n402/mode/2up online im Internet Archive]}}</ref>) beschrieben:

<math>
I = \frac{z \cdot F \cdot A \cdot \sqrt{D}}{\sqrt{\pi \cdot t}} \cdot c
</math>

mit
* dem Elektrolysestrom ''I''
* der Zahl ''z'' der übertragenen [[Elektron]]en ([[Äquivalentzahl]])
*der [[Faraday-Konstante]] ''F'' (96.485,3 [[Ampere|A]]·s/[[mol]])
* der Elektrodenoberfläche ''A''
* der [[Diffusionskonstante]] ''D'' (u. a. abhängig von der [[Viskosität]] der Lösung und der Größe der [[diffundieren]]den Teilchen)
* der Zeit ''t''
* der Ausgangskonzentration ''c'' des umgesetzten Stoffes
.
Das Produkt <math>I \cdot \sqrt{t}</math> ist dabei für den untersuchten Stoff in einem bestimmten Zeitraum während der Messung konstant und hängt ab von
* der Ausgangskonzentration ''c''
* der Diffusionskonstanten ''D''
* der Zahl ''z'' der übertragenen Elektronen (Änderung der [[Oxidationsstufe]] des Stoffes).
Daher kann mit der Cottrell-Gleichung berechnet werden:
* die Ausgangskonzentration,
* die Diffusionskonstante oder
* die Änderung der Oxidationsstufe.<ref>{{Literatur |Autor=Bernd Speiser |Titel=Elektroanalytische Methoden I: Elektrodenreaktionen und Chronoamperometrie |Sammelwerk=Chemie in unserer Zeit |Band=15 |Nummer=1 |Datum=1981-02 |Seiten=21–26 |ISSN=1521-3781 |DOI=10.1002/ciuz.19810150105 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ciuz.19810150105}}</ref>

== Biamperometrie ==
Bei dieser vereinfachten Variante der Amperometrie (nach der [[latein]]ischen [[Präfix|Vorsilbe]] ''bi-'' für ''zwei'') wird mit zwei gleichen Arbeitselektroden gearbeitet, die beispielsweise aus je einem [[Platindraht]] bestehen. Zwischen den beiden Elektroden liegt ein kleiner [[Elektrischer Widerstand|Widerstand]] (z. B. 10 [[Ohm]]), zwischen der Anodenelektrode und dem [[Pluspol]] ein großer Widerstand (z. B. 4 kilo-Ohm), bei [[Batterie (Elektrotechnik)|Batterie]][[Elektrische Spannung|spannungen]] von 0,5 bis 1 [[Volt|V]] wird der Strom an der [[Anode]] gemessen.

Ein Elektrolysestrom kann nur dann fließen, wenn an beiden Elektroden [[Stoffumsetzung]] erfolgt. Dies tritt ein, wenn beide Komponenten elektroaktive [[Spezies (Chemie)|Spezies]] sind und die elektrische Spannung zwischen beiden Elektroden hinreichend groß ist (meist 10–100 mV).

Verwendet wird diese Methode bei der ''Dead-Stop-Titration''. Diese wird z. B. zum [[Nachweisreaktion|Nachweis]] geringer [[Wasser]]<nowiki></nowiki>spuren mittels der [[Karl-Fischer-Titration]] gebraucht. Dabei setzt sich [[Schwefeldioxid]] mit [[Iod]] und Wasser zu [[Iodid]] und [[Schwefelsäure]] um. Vor dem Endpunkt liegt noch das inaktive Iodid vor; sobald aber freie Iod[[molekül]]e vorliegen, steigt der Strom an.

== Siehe auch ==
* [[Coulometrie]]
* [[Sand-Gleichung]] für die Chronopotentiometrie bei konstantem Strom, das Analogon zur Cottrell-Gleichung

== Literatur ==

* Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Stichwort: Elektrochemische Analyseverfahren.
* Georg Schwedt, Analytische Chemie, Wiley-VCH, 2. Auflage 2008, ISBN 978-3-527-31206-1
* Karl Cammann (Hrsg.), Instrumentelle Analytische Chemie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg – Berlin, 2001.

=== Einzelnachweise ===
<references />

[[Kategorie:Elektrochemie]]
[[Kategorie:Chemisches Analyseverfahren]]
[[Kategorie:Elektroanalytik]]

Amperometrie - Versionsgeschichte

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