Способ приготовления высокостабильного чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода

Авторы патента:

Ситникова Наталья Александровна (RU)

G01N27/26 - путем определения электрохимических параметров; путем электролиза или электрофореза (определение коррозионной стойкости G01N 17/00; путем разделения на составные части с использованием адсорбции, абсорбции или подобных процессов или с использованием ионного обмена, например хроматографии G01N 30/00; иммуноэлектрофорез G01N 33/561; электрохимические процессы и аппараты вообще B01J; стандартные элементы H01M 6/28)

Владельцы патента RU 2442976:

Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по науке и инновациям (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "РУСЕНС" (RU)

Изобретение относится к способу приготовления высокостабильного чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода и может быть использовано в аналитической химии, в клинической диагностике, для контроля состояния окружающей среды, в различных областях промышленности. Способ заключается в том, что берлинскую лазурь стабилизируют гексацианоферратом никеля. При этом осуществляют последовательное осаждение берлинской лазури и гексацианоферрата никеля. Способ позволяет создать сенсоры с высокой чувствительностью, селективностью, хорошей воспроизводимостью токового сигнала, т.е. с высокой стабильностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу приготовления чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода. В частности, к способу стабилизации берлинской лазури, являющейся электрокатализатором восстановления пероксида водорода, гексацианоферратом никеля.

Определение пероксида водорода является важной аналитической задачей для клинической диагностики, контроля состояния окружающей среды и в различных областях промышленности. Его содержание необходимо определять в грунтовых водах и атмосферных осадках, куда он попадает в результате выбросов промышленности и атомных станций, а также в пищевой промышленности.

На сегодняшний день наиболее эффективным чувствительным элементом для определения пероксида водорода является берлинская лазурь - гексацианоферрат (II) железа (III) [1]. Инертные электроды (платина, золото, стеклоуглерод), модифицированные берлинской лазурью, находят широкое применение при конструировании сенсоров на пероксид водорода и биосенсоров, содержащих иммобилизованные оксидазы в качестве биочувствительного элемента [1].

При взаимодействии пленки берлинской лазури и определяемого пероксида водорода происходит разложение последнего до гидроксид-иона OH^-. При малых концентрациях пероксида водорода его влияние на свойства сенсора незначительно. Однако при проведении непрерывных измерений может образовываться значительное количество гидроксид-ионов, которое приводит к постепенному растворению покрытия берлинской лазури с поверхности электрода. Для проведения непрерывного мониторинга содержания пероксида водорода необходимы сенсоры, которые наряду с высокой чувствительностью и селективностью обладают хорошей воспроизводимостью токового сигнала, то есть имеют высокую стабильность.

Сущность изобретения состоит в следующем:

- предложен способ совместного осаждения чувствительного элемента (берлинской лазури) и стабилизатора (гексацианоферрата никеля) на поверхность электрода для изготовления высокостабильного сенсора на пероксид водорода;

- предложен способ последовательного осаждения чувствительного элемента (берлинской лазури) и стабилизатора (гексацианоферрата никеля) на поверхность электрода для изготовления высокостабильного сенсора на пероксид водорода.

Пример 1

Электрохимический способ совместного осаждения берлинской лазури и гексацианоферрата никеля на поверхность электрода

Совместное электроосаждение гексацианоферрата никеля и берлинской лазури проводили в потенциодинамическом режиме, при развертке подаваемого на рабочий электрод потенциала от 0 до +0.75 В, скорость развертки потенциала составляла 50-100 мВ/с, в течение 5-20 циклов. Синтез проводили в трехэлектродной ячейке, содержащей рабочий электрод, хлоридсеребряный электрод сравнения и стеклоуглеродный вспомогательный электрод. Ростовой раствор содержал 1 мМ K₃[Fe(CN)₆] и x мМ NiCl₂ и (1-х) мМ FeCl₃ (x от 0,1 до 0,9) в фоновом электролите состава 0.1 М KCl, 0.1 М HCl.

Затем электроды циклировали в диапазоне потенциалов от 0 до +1 В в фоновом электролите состава 0.1 М KCl, 0.1 М HCl при скорости развертки потенциала 40 мВ/сек в течение 20 циклов. После чего электроды подвергали термической обработке при 100°C в течение 1 часа и охлаждали до комнатной температуры.

В фигуре 1 представлено сравнение зависимостей тока от времени в постоянном потоке 1·10^-3 М H₂O₂ для сенсоров с чувствительными элементами на основе берлинской лазури и берлинской лазури, стабилизированной гексацианоферратом никеля путем совместного осаждения из растворов солей. Для смешанного покрытия удалось понизить константу инактивации каталитического покрытия почти на порядок величины - она составила 5·10^-3 мин^-1 по сравнению с 45·10^-3 мин^-1 для берлинской лазури. В режиме постоянного потока пероксида водорода к поверхности электрода за 20 минут сенсор со стабилизированным чувствительным элементом теряет менее 10% величины начального сигнала, в то время как сенсор на основе берлинской лазури теряет более 35% величины сигнала за 10 минут.

Пример 2

Электрохимический способ последовательного осаждения берлинской лазури и гексацианоферрата никеля на поверхность электрода

Последовательный электросинтез каталитических слоев берлинской лазури и стабилизирующих слоев гексацианоферрата никеля проводили в различных трехэлектродных ячейках. Одна из ячеек содержала ростовой раствор для синтеза гексацианоферрата никеля: 1 мМ K₃[Fe(CH)₆] и 1 мМ NiCl₂ в фоновом электролите состава 0.1 М KCl, 0.1 М HCl. Вторая ячейка содержала раствор для электросинтеза берлинской лазури, концентрации солей изменяли в пределах 0,5-4 мМ как для FeCl₃, так и для K₃[Fe(CH)₆]. Электрохимическое осаждение покрытия гексацианоферрата никеля проводили в потенциодинамическом режиме, при развертке потенциала от 0 до +0.75 В, скорость развертки потенциала составляла 50-100 мВ/с, в течение 1-5 циклов. Электроосаждение берлинской лазури проводили в потенциодинамическом режиме, при развертке потенциала от +0,4 до +0.75 В, скорость развертки потенциала составляла 10-20 мВ/с, в течение 1-5 циклов. После осаждения одного из соединений электрод ополаскивали дистиллированной водой и переносили в другую ячейку для последующего нанесения другого соединения. Общее число слоев в чувствительном элементе сенсора составляло от 2 до 20.

Стадии обработки электродов после окончания электросинтеза аналогичны описанным в примере 1.

Из фигуры 2 видно, что для сенсора с чувствительным элементом на основе покрытия берлинской лазури, стабилизированной гексацианоферратом никеля путем последовательного электроосаждения, сигнал стабилен в течение 1 часа и более, в то время как в случае сенсора с нестабилизированным чувствительным элементом за 10 минут теряется более 35% начальной величины сигнала. Удалось понизить константу инактивации каталитического покрытия берлинской лазури, стабилизированной гексацианоферратом никеля путем последовательного электроосаждения, на четыре порядка величины: для него константа составила 5·10^-6 мин^-1, в то время как для берлинской лазури - 4,5-10·^-2 мин^-1.

Все характеристики сенсоров получены из экспериментов, проводившихся в проточно-инжекционном режиме тестирования в фосфатном буфере (0.1 М KCl, 0.1 М KH₂PO₄, рН=6,0). Скорость потока раствора буфера - 0.25 мл/мин. Рабочий потенциал 0 В отн. Ag/AgCl/1 M KCl.

Литература

1. Arkady A. Karyakin, Prussian Blue and Its Analogues: Electrochemistry and Analytical Applications. Electroanalysis (2001), 13, 813-19.

1. Способ приготовления чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода, отличающийся тем, что, с целью увеличения стабильности чувствительного элемента, берлинскую лазурь стабилизируют гексацианоферратом никеля.

2. Способ приготовления чувствительного элемента по п.1, отличающийся тем, что для увеличения стабильности чувствительного элемента используют последовательное осаждение берлинской лазури и гексацианоферрата никеля.

Изобретение относится к медицине и описывает способ неинвазивного потенциометрического определения оксидант/антиоксидантной активности биологических тканей, включающий введение исследуемого объекта в контакт с электропроводящей средой, содержащей медиаторную систему и оценку оксидант/антиоксидантной активности по изменению разности потенциалов на электродах, введенных в электропроводящую среду, при этом электропроводящая среда представляет собой гель, содержащий в качестве медиаторной системы пару химических соединений, содержащих элемент в разных степенях окисления, при этом электроды через гель контактируют с исследуемым объектом, а оксидант/антиоксидантную активность определяют по формулам.

Вольтамперометрический способ количественного определения l-тироксина // 2428690

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к вольтамперометрическим способам количественного определения гормонов. .

Способ инверсионно-вольтамперометрического определения бензилпенициллина // 2425365

Изобретение относится к медицине и описывает способ инверсионно-вольтамперометрического определения бензилпенициллина, включающий приготовление раствора меди (II) и определение ее концентрации после предварительного электровосстановления по высоте пика анодного растворения, где медь (II) переводят в комплексное соединение с бензилпенициллином, и определение бензилпенициллина проводят по разности между первоначальной концентрацией ионов меди (II) (Сн) и остаточной концентрацией ионов меди (II), не вступивших в реакцию с бензилпенициллином (Со ), в присутствии фонового электролита муравьиной кислоты, описываемой формулой CPen=2·(Сн-Со).

Способ определения физических свойств жидкостей или газов // 2415409

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использованы для высокоточного определения различных физических свойств (плотности, концентрации, смеси веществ, влагосодержания и др.) веществ (жидкостей, газов), находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.) и перемещаемых по трубопроводам.

Устройство для анализа воды // 2415399

Изобретение относится к устройствам для анализа воды по следующим характеристикам: мутности, цветности, температуре, результатам седиментационного анализа, электропроводности, вязкости, электрофоретической подвижности, дзета-потенциалу частиц взвеси, химической потребности в кислороде, содержанию хлора, водородному показателю и редокс-потенциалу и может быть использовано для мониторинга водных объектов, технического и питьевого водоснабжения.

Способ определения констант равновесия реакций малорастворимых солей градиентом титрования // 2395078

Изобретение относится к способам определения различных термодинамических и условных констант равновесия неорганических и органических веществ, которые применяются в теоретической и практической области химии.

Способ определения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем // 2391653

Изобретение относится к аналитическому контролю молекулярного кислорода в теплоносителе и в контурах под давлением с водным теплоносителем, в том числе в контурах исследовательских и энергетических реакторов, входящих в их состав петлевых установок, других ядерно-энергетических установок (ЯЭУ) с азотной компенсацией давления и реакторов типа ВВЭР с паровой компенсацией давления.

Способ диагностики электроизоляционных жидкостей на основе высоковольтной поляризации // 2391652

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для диагностики жидких диэлектриков. .

Способ определения аргинина, изолейцина и лизина в полиаминокислотных препаратах // 2390010

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений применительно к анализу фармацевтических средств и препаратов для спортивного питания. .

Способ оценки депуринизации нуклеиновых кислот и устройство для его осуществления // 2390009

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для анализа материалов с помощью биохимических электродов. .

Способ определения кардиотоксических осложнений у больных хроническим лимфолейкозом // 2450791

Изобретение относится к медицине, онкологии и гематологии и может быть использовано для определения кардиотоксических осложнений у больных хроническим лимфолейкозом, получающих полихимиотерапию

Способ получения биосенсорного электрода для определения моно- и полисахаридов // 2454458

Изобретение относится к области биотехнологии и пищевой промышленности, в частности к способу получения аналитического устройства - биосенсорного электрода, который может быть использован для определения содержания моно- и полисахаридов в углеводсодержащем растительном сырье и промежуточных продуктах на разных стадиях технологического процесса

Способ количественного определения антиоксиданта коэнзима q10 в субстанции методом циклической вольтамперометрии // 2454660

Изобретение относится к фармацевтической химии и может быть использовано для количественного определения антиоксиданта коэнзима Q10 в субстанции

Экспресс-способ ионометрического определения содержания калия в листьях и распределения его по физиологическим пулам // 2465575

Изобретение относится к области биологии, а именно к физиологии растений, и может быть использовано для экспресс-способа ионометрического определения содержания калия в листьях и распределения его по физиологическим пулам

Способ количественного определения содержания диоксида кремния на поверхности кремния // 2469303

Изобретение относится к способам анализа двухкомпонентных структур на основе кремния и может использоваться в электронной промышленности

Электрохимический тестовый датчик с уменьшенным объемом пробы // 2475731

Способ контроля окисленности шлака и металла при выплавке сплавов на основе железа в электродуговых печах переменного тока // 2485185

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам контроля окисленности шлака и металла при выплавке сплавов на основе железа в электродуговых печах переменного тока

Способ оценки состояния воды в тканях живых животных // 2485490

Изобретение относится к физическим методам исследования состояния воды в биообъектах, в том числе тканях живых животных, и представляет интерес для биофизики, биологии, медицины, решения ряда проблем «Экологии человека»

Способ определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ и устройство для его осуществления // 2486499

Изобретение относится к способу определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ

Способ коммутационной хроноамперометрии // 2489710

Изобретение относится к электрохимическим способам определения концентрации элементов в водных растворах, может быть использовано в промышленности при анализе растворов, в контроле объектов окружающей среды, пищевых продуктов и других объектов, особенно в непрерывных и автоматических измерениях, а также для амперометрического детектирования в жидкостной хроматографии