สเปกโตรอิเล็กโทรเคมี ( SEC ) คือชุดของเทคนิคการวิเคราะห์แบบตอบสนองหลายอย่าง ซึ่งได้ ข้อมูลทางเคมีเสริม ( ทางเคมีไฟฟ้าและสเปกโทรสโกปี ) ในการทดลองเดียว สเปกโตรอิเล็กโทรเคมีให้ภาพรวมทั้งหมดของปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในกระบวนการอิเล็กโทรด ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}การทดลองสเปกโตรอิเล็กโทรเคมีครั้งแรกดำเนินการโดยดร.ธีโอดอร์ คูวานา ในปี 1964 ^{[ 6 ]}

วัตถุประสงค์หลักของการทดลองสเปกโตรอิเล็กโทรเคมีคือการได้รับ ข้อมูล อิเล็กโทรเคมีและสเปกโตรสโก ปิกแบบพร้อมกัน แบบเรียลไทม์ และในสถานที่จริง เกี่ยวกับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวอิเล็กโทรด^{[ 1 ]}พื้นฐานของเทคนิคนี้ประกอบด้วยการศึกษาปฏิสัมพันธ์ของลำแสงรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากับสารประกอบที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเหล่านี้ การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณแสงและไฟฟ้าช่วยให้เราเข้าใจวิวัฒนาการของกระบวนการอิเล็กโทรด

เทคนิคพื้นฐานของสเปกโตรอิเล็กโทรเคมีมีดังนี้:

• เคมีไฟฟ้าซึ่งศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างพลังงานไฟฟ้าและการเปลี่ยนแปลงทางเคมี เทคนิคนี้ช่วยให้เราสามารถวิเคราะห์ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ( ปฏิกิริยา รีดอกซ์ ) ^{[ 7 ]}

• สเปกโทรสโกปีซึ่งศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากับสสาร (การดูดกลืน การกระจาย หรือการปล่อย) ^{[ 8 ] [ 9 ]}

สเปกโตรอิเล็กโทรเคมีให้ข้อมูลระดับโมเลกุลอุณหพลศาสตร์และจลนศาสตร์ของสารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ และ/หรือสารตัวกลางที่เกี่ยวข้องในกระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอน^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}สาขาย่อยของสเปกโตรอิเล็กโทรเคมีคือนาโนสเปกโตรอิเล็กโทรเคมี (NSEC) ^{[ 10 ] [ 11 ]}

มีเทคนิคสเปกโตรอิเล็กโทรเคมี หลายประเภท ที่ใช้การผสมผสานระหว่างเทคนิคทางสเปกโทรสโกปีและเทคนิคทางอิเล็กโทรเคมี สำหรับเทคนิคทางอิเล็กโทรเคมีนั้น เทคนิคที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด ได้แก่:

• โครโนแอมเพอโรเมตรีคือการวัดความเข้มของกระแสไฟฟ้าเป็นฟังก์ชันของเวลา โดยการให้ความต่างศักย์คงที่แก่ขั้วไฟฟ้าทำงาน

• โครโนโพเทนชิโอเมตรีคือการวัดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าเมื่อเทียบกับเวลา โดยการจ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่

• โวลแทมเมตรีคือการวัดการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าเทียบกับการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นของศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดทำงาน

• เทคนิคแบบพัลส์คือการวัดการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าเทียบกับความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้า โดยใช้ฟังก์ชันศักย์ไฟฟ้าแบบพัลส์กับอิเล็กโทรดทำงาน

การจำแนกประเภททั่วไปของเทคนิคสเปกโตรอิเล็กโทรเคมีนั้นขึ้นอยู่กับเทคนิคสเปกโทรสโกปีที่เลือกใช้

สเปกโตรอิเล็กโทรเคมีการดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต-วิสิเบิล ( UV-Vis )เป็นเทคนิคที่ศึกษาการดูดกลืนรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วง UV-Vis ของสเปกตรัม ซึ่งให้ข้อมูลระดับโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับระดับอิเล็กตรอนของโมเลกุล ^{[ 12 ]}ให้ข้อมูลทั้งเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ สเปกโตรอิเล็กโทรเคมี UV-Vis ช่วยในการจำแนกลักษณะของสารประกอบและวัสดุ กำหนดความเข้มข้นและพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืน ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ ศักยภาพอย่างเป็นทางการ หรืออัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ^{[ 13 ] [ 14 ]}

การเรืองแสง (Photoluminescence , PL) เป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับความสามารถของสารประกอบบางชนิดที่หลังจากดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า เฉพาะแล้ว จะผ่อนคลายไปสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่าโดยการปล่อยโฟตอนเทคนิคสเปกโตรอิเล็กโทรเคมีนี้จำกัดเฉพาะสารประกอบที่มี คุณสมบัติ เรืองแสงหรือเปล่งแสงเท่านั้น การทดลองถูกรบกวนอย่างมากจากแสงแวดล้อม^{[ 1 ]}เทคนิคนี้ให้ข้อมูลโครงสร้างและข้อมูลเชิงปริมาณด้วยขีดจำกัดการตรวจจับที่ ^{สูง [ 8 ]}

สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่เฉพาะที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างการสั่นสะเทือนของโมเลกุล สเปกโทรอิเล็กโทรเคมี อินฟราเรด (IR) เป็นเทคนิคที่ช่วยให้สามารถระบุลักษณะของโมเลกุลโดยอาศัยความต้านทาน ความแข็ง และจำนวนพันธะที่มีอยู่ นอกจากนี้ยังตรวจจับการมีอยู่ของสารประกอบ กำหนดความเข้มข้นของสปีชีส์ในระหว่างปฏิกิริยา โครงสร้างของสารประกอบ คุณสมบัติของพันธะเคมี ฯลฯ ^{[ 12 ]}

สเปกโตรอิเล็กโทรเคมีรามานอาศัยการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นหรือการกระเจิงรามานของแสงเอกรงค์เมื่อกระทบกับโมเลกุลเฉพาะ ซึ่งให้ข้อมูลเกี่ยวกับพลังงานการสั่นของโมเลกุลนั้น สเปกตรัมรามานให้ข้อมูลที่เฉพาะเจาะจงมากเกี่ยวกับโครงสร้างและองค์ประกอบของโมเลกุล เช่น ลายนิ้วมือที่แท้จริงของโมเลกุลเหล่านั้น^{[ 1 ]}มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษานาโนทิวบ์คาร์บอนผนังเดี่ยว^{[ 15 ]}และกราฟีน^{[ 16 ]}

สเปกโตรอิเล็กโทรเคมีของรังสีเอกซ์เป็นเทคนิคที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ของรังสีพลังงานสูงกับสสารในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรดรังสีเอกซ์สามารถก่อให้เกิดปรากฏการณ์การดูดกลืน การปล่อย หรือการกระเจิง ทำให้สามารถทำการวิเคราะห์ทั้งเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพได้ ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น^{[ 8 ] [ 9 ] [ 12 ]}กระบวนการเหล่านี้ทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กตรอนในชั้นภายในของอะตอมที่เกี่ยวข้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการแผ่รังสีการดูดกลืนและการปล่อยที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนนั้นน่าสนใจ ในกระบวนการเหล่านี้ การส่งเสริมหรือการผ่อนคลายของอิเล็กตรอนสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างเปลือกนอกและเปลือกในของอะตอม

การเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) เป็นเทคนิคที่ใช้ในการหาข้อมูลทางกายภาพ เคมี อิเล็กทรอนิกส์ และโครงสร้างของโมเลกุล โดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของความถี่เรโซแนนซ์ของสปิน นิวเคลียร์ ในตัวอย่าง การผสมผสานกับเทคนิคทางเคมีไฟฟ้าสามารถให้ข้อมูลโดยละเอียดและเชิงปริมาณเกี่ยวกับหมู่ฟังก์ชัน โครงสร้างทางเรขาคณิต พลวัต และโครงสร้างสามมิติของโมเลกุลในสารละลายระหว่างกระบวนการถ่ายโอนประจุ พื้นที่ใต้พีค NMRสัมพันธ์กับอัตราส่วนของจำนวนรอบที่เกี่ยวข้องและปริพันธ์ของพีคเพื่อกำหนดองค์ประกอบเชิงปริมาณ

การเรโซแนนซ์พาราแมกเนติกของอิเล็กตรอน (EPR) เป็นเทคนิคที่ช่วยให้สามารถตรวจจับอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นในระบบเคมีหรือชีวภาพได้ นอกจากนี้ยังศึกษาความสมมาตรและการกระจายอิเล็กตรอนของ ไอออน พาราแมกเนติก เทคนิคนี้มีความเฉพาะเจาะจงสูงเนื่องจากพารามิเตอร์แม่เหล็กมีลักษณะเฉพาะของแต่ละไอออนหรืออนุมูลอิสระ [ ^{17 ] หลักการ}ทางฟิสิกส์ของเทคนิคนี้คล้ายคลึงกับของ NMRแต่ในกรณีของ EPRนั้น จะมีการกระตุ้นสปินอิเล็กตรอนแทนที่จะเป็นนิวเคลียส ซึ่งน่าสนใจในปฏิกิริยาอิเล็กโทรดบางอย่าง

ความสามารถในการใช้งานของสเปกโตรอิเล็กโทรเคมีเพิ่มขึ้นเนื่องจากความเป็นไปได้ในการใช้ เทคนิค อิเล็กโทรเคมี หลายอย่าง ในบริเวณสเปกตรัมที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการศึกษาและข้อมูลที่สนใจ^{[ 14 ]}

ข้อดีหลักของเทคนิคสเปกโตรอิเล็กโทรเคมีมีดังนี้:

• การได้มาซึ่งข้อมูลพร้อมกันโดยใช้เทคนิคที่แตกต่างกันในการทดลองเดียว ช่วยเพิ่มความแม่นยิงและความไวในการตรวจจับ

• สามารถรวบรวมข้อมูลได้ทั้งเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ

• ความเป็นไปได้ในการทำงานกับตัวอย่างจำนวนเล็กน้อย โดยเก็บไว้สำหรับการวิเคราะห์ในอนาคต^{[ 1 ]}

เนื่องจากเทคนิคนี้มีความหลากหลายสูง ขอบเขตการใช้งานจึงกว้างขวางมาก^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 18 ]}

• การศึกษาเกี่ยวกับกลไกการเกิดปฏิกิริยาซึ่ง สามารถสังเกต การออกซิเดชันและการรีดักชันของสารที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยา ตลอดจนการเกิดสารตัวกลางของปฏิกิริยาได้

• การวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของวัสดุอินทรีย์และอนินทรีย์ ซึ่งช่วยให้เข้าใจโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุเมื่อถูกรบกวนด้วยสัญญาณ (ไฟฟ้า แสง ฯลฯ)

• การพัฒนาเซนเซอร์สเปกโตรอิเล็กโทรเคมี ซึ่งอาศัยการตอบสนองทางแสงและทางไฟฟ้า สามารถให้สัญญาณอิสระสองสัญญาณเกี่ยวกับตัวอย่างเดียวกัน และให้การวิเคราะห์ที่ตรวจสอบความถูกต้องได้ด้วยตนเอง

• การศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยาการหาความสัมพันธ์ระหว่าง คุณสมบัติ ทางไฟฟ้าเคมีและสเปกโทรสโกปีกับพฤติกรรมทางเคมีแสงและทางฟิสิกส์แสงของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านั้น

• ศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการและโมเลกุลต่างๆ ในสาขาเทคโนโลยีชีวภาพ ชีวเคมี หรือการแพทย์

• กำหนดคุณสมบัติและลักษณะเฉพาะของวัสดุใหม่ในสาขาต่างๆ เช่น พลังงานหรือนาโนเทคโนโลยี