Мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кадмия

Изобретение относится к области ионометрии, а именно к разработке ионоселективных электродов с мембранами на основе полимерных супрамолекулярных систем. Предлагаемое изобретение предназначено для прямого потенциометрического определения активности катионов кадмия в водных растворах и может быть использовано при экологическом мониторинге сточных вод, в технологических и биологических растворах. Предложена мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кадмия, которая содержит полимерную матрицу, пластификатор, липофильную добавку и активный компонент, в которой в качестве полимерной матрицы используется поливинилхлорид, а в качестве пластификатора используется дибутилфталат. В качестве электродоактивного компонента используется фосфорилсодержащий поданд 2,6-бис[2-(дифенилфосфинил)фенокси] пиридин, а в качестве липофильной добавки - дигидрат тетракис(4-фторфенил)борат натрия при следующих соотношениях мембранных компонентов, мас.%:

электродоактивный компонент 1-3 липофильная добавка 0,5-1,5 пластификатор 65-71 ПВХ 27-32

Изобретение позволяет улучшить предел обнаружения ионов кадмия до 2,1⋅10-6М в водных растворах, а также увеличить избирательность определения кадмия в присутствии меди, цинка, свинца, а также многих щелочных и щелочноземельных металлов. 1 пр., 3 табл.

 

Изобретение относится к области ионометрии, а именно к разработке ионоселективных электродов с мембранами на основе полимерных супрамолекулярных систем. Предлагаемое изобретение предназначено для прямого потенциометрического определения активности ионов кадмия в водных растворах и может быть использовано для определения концентраций катионов токсичного металла в сточных и промышленных водах, биологических растворах, при решении ряда задач экологического мониторинга. Кадмий и все его соединения ядовиты, что связано с его способностью связывать серосодержащие ферменты и аминокислоты. Растворимые соединения кадмия после всасывания в кровь поражают центральную нервную систему, печень и почки, нарушают фосфорно-кальциевый обмен.

Электроаналитические параметры разработанного электрода (область линейной зависимости, угловой наклон электродной функции и селективность) позволяют рекомендовать его для контроля качества питьевой воды и для экологического мониторинга промышленных и сточных вод. Предельно допустимая концентрация кадмия в питьевой воде составляет 0,001 мг/л, что позволяет использовать предлагаемый электрод для мониторинга кадмия в питьевой воде.

Известны составы мембран ионоселективных электродов для анализа кадмия, например, электроды, чувствительные к ионам кадмия на основе краун-эфиров, а именно: дибензо-24-краун-8 (I) [Vinod К. Gupta, Pankaj Kumar //Analitica Chimica Acta 1999. V. 389. P.205], моноаза-18-краун-6 (II) [Vinod K. Gupta, Pankaj Kumar, and Rajni Mangla // Electroanalysis 2000. V. 12. №10. P. 752], тетратиа-12-краун-4 (III) [Mojtaba Shamsipur, Mohammad Hossein Mashadizadeh // Talanta 2001. 53. P. 1065], дициклогексил-18-краун-6 (IV) [Vinod K. Gupta, Sudeshna Chandra, Rajni Mangla // Electrochimica acta 2002. V. 47. P. 1579], которые входят в состав мембран кадмийселективных электродов в качестве электродоактивных компонентов (ЭАК). Угловой наклон электродных характеристик таких электродов близок к теоретическому и составлял S=29-30 мВ, предел обнаружения порядка 10-6 М. Но электроды на основе I-IV не имели практического значения, т.к. имели низкую селективность к ионам кадмия в присутствии меди, цинка, свинца, а также многих щелочных и щелочноземельных металлов.

Наиболее близким технически решением является состав полимерной мембраны кадмийселективного электрода, состава 2-3% электродоактивного компонента (ЭАК), 67-70% пластификатор, 27-31% поливинилхлорид (ПВХ), где в качестве ЭАК использовали фосфорилсодержащий поданд 1,8-бис[2-(дифенилфосфорилэтил)фенокси]-3,6-диоксаоктан (V - прототип), в качестве липофильной добавки - тетракис(4-хлорфенил)борат калия (ТХФБК), а в качестве пластификатора дибутилфталат (ДБФ). [Е.Н. Пятова, И.Н. Полякова, И. С. Иванова, Е. С. Криворотъко, Е. Н. Галкина, В. Е. Баулин, А.Ю. Цивадзе // Журн. неорган. химии 2017. Т. 62. №4. С. 427-435. DOI: 10.7868/S0044457X17040158]. Электродная функция данного электрода линейна в диапазоне измеряемых концентраций 10-1-10-5 М. Угловой коэффициент электродной характеристики составлял 25±1 мВ, измеренный предел обнаружения составил 6.2⋅10-6 М. Электрод обладал недостаточно высокой избирательностью по отношению к ионам кадмия в присутствии некоторых переходных металлов, а также относительно невысоким пределом обнаружения, что не позволило его применить при экологическом мониторинге сточных вод, в технологических и биологических растворах. Для краун-эфиров I-IV и фосфорилсодержащего поданда 1,8-бис[2-(дифенилфосфорилэтил) фенокси]-3,6-диоксаоктана - протопит (V) данные электродных функций и предела обнаружения приведены в Таблице 1 «Электродные характеристики кадмий - ИСЭ на основе соединений I-V».

Изобретение направленно на повышение избирательности определения катионов кадмия в присутствии некоторых переходных и токсичных металлов и улучшение предела обнаружения в присутствии биогенных катионов щелочных и щелочноземельных элементов.

Технический результат достигается тем, что предложенная мембрана ИСЭ для определения ионов кадмия, содержит полимерную матрицу, пластификатор, липофильную добавку и электродоактивный компонент. В качестве полимерной матрицы используется поливинилхлорид, в качестве пластификатора используется ДБФ. Отличие состоит в том, что в качестве ЭАК предлагается использовать 2,6-бис[2-(дифенилфосфинил)фенокси] пиридин (VI), а в качестве липофильной добавки дигидрат тетракис(4-фторфенил)борат натрия (TФФБNa) при следующих соотношениях мембранных компонентов, мас. %:

ПВХ 26-32
пластификатор 65-70
липофильная добавка 0,5-1,5
ЭАК 1-3

При увеличении или уменьшении соотношения в мембране ПВХ и пластификатора, меняются механические и физические параметры полимерной композиции, такие как проводимость (увеличивается электрическое сопротивление мембраны), вязкость, и др., что приводит к резкому ухудшению электроаналитических параметров электрода (воспроизводимость и стабильность потенциала). Характеристики ИСЭ можно существенно изменять за счет увеличения относительного количества липофильной добавки. Значения Kпот. вначале уменьшаются, проходят через минимум, а затем возрастают при увеличении концентрации липофильной добавки в мембране. Изменение величины селективности определяется и природой липофильной добавки. [О.М. Петрухин, С.Н. Кураченкова, Е.А. Сонина, Е.В. Шипуло, В.Е. //Журнал аналитической химии. 2002, Т. 57, №3, С. 313]. При использовании липофильных соединений (например, тетрафннилборат натрия или дигидрат тетракис(4-фторфенил)борат натрия) для изменения величин селективности необходима меньшая концентрация более липофильных добавок, что важно при их высокой стоимости. Таким образом, оптимизируя состав мембран ИСЭ, можно существенно изменять их аналитические характеристики, учитывая требования конкретных аналитических задач.

Ниже приведена структурная формула электродоактивного компонента - фосфорилсодержащего поданда 2,6-бис[2-(дифенилфосфинил)фенокси] пиридина:

Исследуемые полимерные мембраны готовили по известной методике. [Камман К., Работа с ионоселективными электродами, М. Мир, 1980, с. 283]. Пленочную мембрану готовили следующим образом: навески ЭАК растворяли в пластификаторе, а затем вводили в 5%-ный раствор ПВХ в свежеперегнанном тетрагидрофуране (ТГФ) при перемешивании, таким образом, чтобы после испарения ТГФ получить полимерную композицию определенного состава. Полученный раствор выливали в чашку Петри и высушивали в течение недели в боксе при комнатной температуре до постоянного веса. Из полимерной пленки вырезали диски диаметром 5-7 мм и приклеивали их при помощи клея (состав мембраны в ТГФ) к торцу ПВХ трубки. В качестве пластификатора использовали ДБФ (ε=6,43) или ОНФОЭ (ε=24). Полученный электрод заполняли внутренним раствором и снабжали внутренним электродом сравнения. Затем его выдерживали в 1⋅10-2 М растворе нитрата кадмия в течение суток. Полученный таким образом ИСЭ может быть использован для определения катионов кадмия в водных растворах.

Для исследования электроаналитических свойств мембраны использовался стандартный корпус ISE (Fluka 45137), а в качестве электрода сравнения - хлорсеребряный электрод ОР-0820Р («Раделкис», Венгрия). Измерения проводились с помощью рН-ион-анализатора ОР-300 («Раделкис», Венгрия).

В процессе исследования электроаналитических свойств разработанных мембран использовалась гальваническая цепь:

Электроаналитические параметры ионоселективных электродов были определены согласно рекомендациям IUPAC [Richard P. Back and Lindner, RECOMMENDATION FOR NOMENCLATURE OF ION-SELECTIVE ELECTRODES (UPAC Recommendations 1994) // Pure and Apple. Chem. Vol. 66, No 12, pp 2527-2536, 1994]. Для получения электродных характеристик использовали калибровочные растворы Сd(NO3)2 с концентрацией 1⋅10-7 - 1⋅10-1 М, которые готовили методом последовательного разбавления исходного раствора 0,1М Сd(NO3)2 непосредственно перед измерением.

Ниже приведен пример изготовления мембраны с наилучшими электроаналитическими параметрами.

Пример 1

5.5 мг 2,6-бис[2-(дифенилфосфинил)фенокси] пиридина и 2,75 мг тетракис(4-фторфенил)бората натрия дигидрата растворяли в 270 мг ДБФ. 81 мг ПВХ растворяли в 5 мл свежеперегнанного тетрагидрофурана при перемешивании. Полученные растворы смешивали и выливали в чашку Петри, а затем высушивали при комнатной температуре до постоянного веса. Получена мембрана ИСЭ следующего состава: ЭАК - 2,6-бис[2-(дифенилфосфинил)фенокси] пиридин - 2,0%; TФФБNa - 1,0%; ДБФ - 67%; ПВХ - 30%.

В Таблице 2 «Свойства мембран в зависимости от содержания электродоактивных компонентов», приведены электроаналитические параметры мембран.

Мембраны 2 (по Примеру 1.) и 4 обладали оптимальными электроаналитическими параметрами с точки зрения предела обнаружения, углового наклона и воспроизводимости потенциала.

Коэффициенты селективности были определены по методу смешанных растворов на фоне постоянной концентрации мешающих компонентов 10-1 М [Bakker Е., Pretsch Е., Buhlmann P. //Anal. Chem. 2000. Vol. 72. P. 1127]. Значения рассчитанных коэффициентов селективности приведены в таблице 3 «Коэффициенты потенциометрической селективности для дибензо-24-краун-8 (I), моноаза-18-краун-6 (II), тетратиа-12-краун-4 (III), дициклогексил-18-краун-6 (IV), 1,8-бис[2-(дифенилфосфорилэтил) фенокси] -3,6-диоксаоктан (V) и 2,6-бис[2-(дифенилфосфинил)фенокси] пиридин - заявляемое соединение (VI)».

Как видно из таблицы, значения коэффициентов селективности заявляемого соединения значительно выше сравнительных электродов не только для щелочных, щелочноземельных, но и многих переходных металлов.

К техническому результату предлагаемого изобретения относится увеличение величин коэффициентов селективности (избирательности) кадмиевой мембраны ИСЭ. Основными мешающими катионами для работы ИСЭ как на основе заявляемого соединения 2,6-бис[2-(дифенилфосфинил)фенокси] пиридина, так и сравнительных лигандов являются Рb2+ и Ag+. Многие катионы щелочных, щелочноземельных и переходных металлов мешают работе электродов на основе краун-эфиров и мало влияют на работу ИСЭ на основе 2,6-бис[2-(дифенилфосфинил)фенокси] пиридина.

Указанный технический результат достигается тем, что в состав пластифицированной мембраны ионоселективного электрода для определения катионов кадмия, входит 2,6-бис[2-(дифенилфосфинил)фенокси] пиридин в качестве электродоактивного компонента, которое впервые было получено из 2-дифенилфосфинил-4-этилфенола в присутствие гидрида натрия в диоксане при 100°С и 2,6-бис(метокситозил) пиридина.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение избирательности к иону кадмия в водных растворах в присутствии некоторых переходных металлов, а также катионов щелочных, щелочноземельных металлов.

Мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кадмия, содержащая полимерную матрицу, пластификатор, липофильную добавку и электродоактивный компонент, в которой в качестве полимерной матрицы используется поливинилхлорид, а в качестве пластификатора используется дибутилфталат, отличающаяся тем, что в качестве электродоактивного компонента используется фосфорилсодержащий поданд 2,6-бис[2-(дифенилфосфинил)фенокси]пиридин,

в качестве липофильной добавки дигидрат тетракис(4-фторфенил)борат натрия при следующих соотношениях мембранных компонентов, мас.%:

электродоактивный компонент 1-3
липофильная добавка 0,5-1,5
пластификатор 65-71
ПВХ 27-32



 

Похожие патенты:

Изобретение может использоваться для выявления и измерения микрорельефа поверхности из металлов и диэлектриков, а также с целями дефектоскопии поверхности и обнаружения неоднородности приповерхностных слоев.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения плотности и других физических параметров бурового раствора непосредственно в процессе бурения скважин.

Изобретение относится к области физики, а именно к анализу материалов путем бесконтактного определения удельного электросопротивления нагреваемого в индукторе высокочастотного индукционного генератора металлического образца цилиндрической формы в диапазоне температур 1000-2500 К.

Группа изобретений относится к области неразрушающего контроля состояния стенок трубопроводов. Способ магнитного контроля дефектов трубопровода включает следующие этапы: намагничивание трубопровода по его длине при помощи излучающей катушки, установленной на торце трубопровода и соединенной с генератором широкополосного напряжения; измерение магнитного поля, созданного генератором широкополосного напряжения, при помощи датчика магнитного поля при его перемещении вдоль трубопровода; циркулярное намагничивание трубопровода путём пропускания через него импульсного тока при помощи генератора пилообразного напряжения, подключаемого между торцами трубопровода; измерение магнитного поля, созданного генератором пилообразного напряжения, при помощи датчика магнитного поля при его перемещении вдоль трубопровода; определение по данным измерения магнитного поля созданных полученных на этапах генератором широкополосного напряжения и генератором пилообразного напряжения, остаточной толщины стенки трубопровода и участков трубопроводов с напряжённо-деформированным состоянием.

Изобретение относится к производству алкидных смол, в частности к способу автоматического управления процессом поликонденсации. Способ управления процессом поликонденсации в производстве алкидных смол, состоит в том, что в процессе синтеза образующаяся реакционная вода, удаляется из зоны реакции с помощью ксилола, образующего с реакционной водой азеотропную смесь, затем азеотропная смесь последовательно поступает в теплообменники-конденсаторы и в разделительный сосуд, где происходит конденсация азеотропа и разделение его на реакционную воду и ксилол, после чего ксилол возвращается в реактор через переливную трубу, в течение процесса поликонденсации через каждые 15 сек автоматически производится измерение величины активного сопротивления Rp реакционной массы и передается в блок анализа и управления, где сравнивается со значениями типовой кривой, подготовленной заранее, используя усредненные результаты 15-20 проведенных процессов поликонденсации, при отклонении полученного значения Rp от типового значения подается возвратный ксилол из накопительной емкости в реактор, система настроена таким образом, что при снижении в отдельные моменты скорости поликонденсации регулируемая подача возвратного ксилола в реактор восстанавливает стехиометрическое соотношение ксилол-реакционная вода, и устройство для реализации этого способа.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно - к области средств определения содержания кислорода в жидкости, и может быть использовано в различных областях исследования, где требуется определить содержание кислорода в органической жидкости.

Группа изобретений относится к системам для измерения концентрации глюкозы в образце физиологической жидкости пациента, страдающего сахарным диабетом. Раскрыта система для измерения глюкозы, содержащая тест-полоску, и измеритель глюкозы, включающий в себя корпус, разъем порта для тест-полоски и микропроцессор.

Изобретение относится к области сенсорной техники и нанотехнологий, в частности к разработке газовых сенсоров хеморезистивного типа, используемых для детектирования газов.

Группа изобретений относится к области газового анализа, а именно к устройствам распознавания состава многокомпонентных газовых смесей и способам их изготовления.

Изобретение относится к области разработки газовых сенсоров хеморезистивного типа, используемых для детектирования газов. Способ изготовления хеморезистора на основе наноструктур оксида цинка электрохимическим методом характеризуется тем, что в емкости, оборудованной электродом сравнения и вспомогательным электродом, заполненной электролитом, содержащим нитрат-анионы и катионы цинка, осаждают наноструктуры оксида цинка на диэлектрическую подложку, оборудованную полосковыми электродами, выполняющими роль рабочего электрода, путем приложения к рабочему электроду постоянного электрического потенциала от -0,5 В до -1,1 В относительно электрода сравнения в течение 100-200 секунд и при температуре электролита в диапазоне 60-80°С, после чего подложку с осажденным нанослоем оксида цинка промывают дистиллированной водой и высушивают при комнатной температуре.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для неразрушающего контроля и автоматического регулирования содержания уранил-ионов в водных растворах.

Изобретение относится к области ионометрии, а именно к разрабоке ионоселективных электродов с мембранами на основе полимерных супрамолекулярных систем, и может быть использовано для прямого потенциометрического определения активности ионов кальция в водных растворах: природных, сточных вод, а также биологических жидкостей.

Изобретение относится к электрохимическим методам анализа, а в частности к ионометрии для определения активности (концентрации) ионов свинца в водных растворах. Мембрана свинецселективного электрода включает следующие соединения при определенном соотношении компонентов, мас.%: поливинилхлорид (ПВХ) - 31,89; диоктилсебацинат (ДОС) - 63,81; диантипирилметан (ДАМ) - 2,50 и олеиновая кислота (О.К) -1,80.

Изобретение относится к потенциометрическим методам количественного определения веществ (ионометрия) и может быть использовано для неразрушающего контроля и автоматического регулирования содержания октагидротриборатного аниона в водных, включая технологические, растворах.

Полупроводниковый сенсорный элемент для определения ионов свинца в водном растворе содержит в качестве чувствительного материала тонкую пленку сульфида свинца, допированную йодом и нанесенную на диэлектрическую подложку.

Изобретение относится к технике измерений гадрохимических параметров водных сред в океанографических, гидрографических и экологических исследованиях и может быть использовано в различных технологических процессах, связанных с контролем концентрации (активности) сульфид-ионов растворенных веществ. Технический результат изобретения - повышение точности определения профиля концентрации растворенного сероводорода и его разрешения без применения при этом кассеты батометров. Сущность: по первому варианту изобретения гидролого-гидрохимический зонд для определения профиля концентрации растворенного сероводорода включает в себя погружаемое устройство (ПУ), содержащее, например, пять измерительных преобразователей (1-5), в том числе преобразователь (1) показателя концентрации растворен-.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в гидрологии и химическом анализе жидкостей. Технический результат - исключение фактора влияния температуры жидкости на результат измерений, что повышает точность определения рН жидкости. Сущность: Согласно способу используют включенные в измерительные цепи вторичных измерительных преобразователей электрод сравнения и два ионоселективных измерительных электрода с одинаковыми параметрами тепловой инерции и разными параметрами их изопотенциальных точек, соответственно помещают электроды в жидкость, регистрируют потенциалы Е1 и Е2 на выходах первого и второго измерительных электродов и вычисляют рН жидкости по формуле Устройство содержит электрод сравнения, два ионоселективных измерительных электрода с одинаковыми параметрами тепловой инерции и разными параметрами их изопотенциальных точек, первый и второй вторичные измерительные преобразователи ВИП-1 и ВИП-2, к входам которых подключены электрод сравнения и соответственно первый и второй измерительные электроды, выходы ВИП-1 и ВИП-2 подключены к входам соответственно первого и второго преобразователей напряжения в цифру, выходы которых подключены к микропроцессору, выход которого является выходом устройства.

Изобретение относится к технике измерений гидрохимических параметров водных сред в океанографических, гидрографических и экологических исследованиях и может быть использовано в различных технологических процессах, связанных с контролем концентрации (активности) сульфид-ионов растворенных веществ. Технический результат - уменьшение погрешности измерения концентрации растворенного сероводорода и повышение степени автоматизации измерений за счет возможности учитывать влияние факторов среды, например, рН, солености, на степень диссоциации растворенного сероводорода, не осуществляя в процессе измерений градуировку прибора. Сущность: среду зондируют преобразователем, содержащим ионоселективный электрод, реагирующий на ионы двухвалентной серы, и электрод сравнения.

Изобретение может быть использовано для потенциометрического определения анионных и катионных поверхностно-активных веществ (ПАВ), таких как алкилсульфатов натрия, алкилпиридиниевых и тетраалкиламмониевых солей в многокомпонентных смесях, моющих, чистящих композиций, технологических растворах, сточных водах, лекарственных препаратах.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии. Гидратированную оксидную ванадиевую бронзу аммония состава (NH4)0,5V2O5·0,5H2O используют в качестве ионоселективного материала для селективного определения концентрации ионов аммония в растворах.

Электрод сравнения для датчика кислорода, изготовленного из следующих компонентов в массовых концентрациях в процентах: 40-99,96 мас.% Cr; 0,01-30 мас.% Cr2O3; 0,01-10 мас.% MnO; 0,01-10 мас.% CoO и 0,01-10 мас.% NiO. Для электрода сравнения MnO, CoO и NiO добавляют к системе Cr+Cr2O3, вследствие чего электродный порошок обладает высокой реакционной способностью и большой эффективной площадью поверхности. Датчик кислорода, приготовленный с использованием электрода сравнения, обладает высокой быстротой отклика, обладает низким отклонением измерения температуры и применим в средах как с высоким, так и с низким содержанием кислорода. Результаты показывают, что обеспеченный датчик кислорода способен к отклику в течение 4 с, обладает отклонением измерения температуры менее 2°C и применим для среды как с высоким, так и с низким содержанием кислорода. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 16 ил., 6 табл.

Изобретение относится к области ионометрии, а именно к разработке ионоселективных электродов с мембранами на основе полимерных супрамолекулярных систем. Предлагаемое изобретение предназначено для прямого потенциометрического определения активности катионов кадмия в водных растворах и может быть использовано при экологическом мониторинге сточных вод, в технологических и биологических растворах. Предложена мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кадмия, которая содержит полимерную матрицу, пластификатор, липофильную добавку и активный компонент, в которой в качестве полимерной матрицы используется поливинилхлорид, а в качестве пластификатора используется дибутилфталат. В качестве электродоактивного компонента используется фосфорилсодержащий поданд 2,6-бис[2-фенокси] пиридин, а в качестве липофильной добавки - дигидрат тетракисборат натрия при следующих соотношениях мембранных компонентов, мас.: электродоактивный компонент 1-3 липофильная добавка 0,5-1,5 пластификатор 65-71 ПВХ 27-32 Изобретение позволяет улучшить предел обнаружения ионов кадмия до 2,1⋅10-6М в водных растворах, а также увеличить избирательность определения кадмия в присутствии меди, цинка, свинца, а также многих щелочных и щелочноземельных металлов. 1 пр., 3 табл.

Наверх