Polarografie, kterou objevil před 100 lety fyzikální chemik Jaroslav Heyrovský, vynesla české vědě v roce 1959 Nobelovu cenu za chemii. Metody odvozené od Heyrovského principů zůstávají platné dodnes a využívají se v ochraně životního prostředí, medicíně, průmyslu, fotovoltaice, ale třeba také v rozvoji nanotechnologií.
Před sto lety vymyslel profesor Heyrovský polarografii. Jeho metoda změnila vědu
Přelomový postup umožnil zjistit elektrolýzou na rtuťové kapkové elektrodě i nepatrné množství látek v roztocích a Tomáš Navrátil z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd připomíná, že k objevu metody došlo mezi 9. a 10. únorem 1922.
V té době jednatřicetiletý Heyrovský měl za úkol zjišťovat povrchové napětí rtuti při vloženém elektrickém napětí. „Nechal odkapat určité množství kapek rtuti, potom je zvážil a podle toho určil její povrchové napětí. A protože šlo o zdlouhavý, nudný proces, napadlo ho, že by mohl připojit galvanometr a pomocí něj měřit elektrický proud. Tímto způsobem charakterizoval dříve pozorované anomálie. Zjednodušeně řečeno: vkládal napětí na kapající rtuť a měřil proud,“ popsal Navrátil.
Heyrovský a objev polarografie (zdroj: ČT24)
Vědec uvedl, že první polarograf, vyvinutý Heyrovským a japonským chemikem Masúzem Šikatou, byl vyroben už dva roky po objevu, tedy již v roce 1924. „Sestával se z takzvaného Kohlrauschova bubínku, který umožňoval měnit vkládané napětí na rtuťovou kapající elektrodu, galvanometru, lampy a komory s fotografickým papírem, na němž se zaznamenával registrovaný signál. Měření probíhalo od počátečního napětí do napětí koncového,“ řekl elektrochemik.
„Když nastala přítomnost nějaké významné látky, vzrostl proud, jenž se pak ustálil na zvýšené hladině, což na fotografickém papíře odpovídalo záznamu ve tvaru vlny. Podle její výšky se určilo, kolik dané látky je v roztoku. Podle pozice na napěťové ose pak o jakou látku se jedná,“ dodal vědec.
Polarografie ve 21. století
Jako důležitá pozdější vylepšení Navrátil zmínil zafixování jediné rtuťové kapky pro celé měření, náhradu rtuťové elektrody pevnými elektrodami a rozvoj elektroniky, což na přelomu 80. a 90. let umožnilo další značné zcitlivění a automatizování metody.
V současnosti jsou moderní metody odvozené od principů polarografie nebo některé její části využívány v řadě odvětví a produktů. „Jde třeba o lambda sondu, kterou máme v autech se vznětovými motory, kde reguluje poměr mezi kyslíkem a palivem, kyslíková čidla nebo glukometry, nanotechnologie, rozbory vody a mnohé další. To jsou všechno metody založené na Heyrovského principu,“ zdůraznil Navrátil.
Těmito postupy lze velmi dobře zkoumat změny fyzikálně-chemických vlastností materiálů, které nastávají při rozměrech krystalů v řádu nanometrů. Podle Navrátila lze odvozené metody použít i k detekci výbušnin, zjišťování přítomnosti narkotik v toxikologii, kontrolu poškození motorů či procesu pokovování, ale i v zemědělství, potravinářství, farmacii a také v akumulátorech.
Měření proudu a napětí, tedy základ tradiční elektrochemie, neumožňuje zkoumat elektrochemické děje na molekulární úrovni. „Je tedy nutné, abychom elektrochemické techniky zkombinovali s metodami, které tyto informace poskytují. Kromě různých metod spektroskopických k tomu využíváme i mikroskopické metody. Experimenty se nejlépe provádějí přímo na rozhraní elektrody a roztoku elektrolytu,“doplnil Ladislav Kavan z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR.
Studio 6: Sto let polarografie (zdroj: ČT24)