Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути в водных растворах

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, в частности к потенциометрическому способу определения концентрации ионов ртути в растворах. Раскрыт состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути (II) в водных растворах, включающий халькогенидное стекло, состоящее из: 1) потенциалопределяющего вещества; 2) соединения с высокой ионно-электронной проводимостью; 3) стеклообразователя, где в качестве потенциалопределяющего вещества использован иодид ртути HgI2 в количестве 15-35 мол. %, в качестве соединения с высокой ионной проводимостью использован селенид серебра Ag2Se в количестве 15-35 мол. %, а в качестве стеклообразователя - селенид мышьяка As2Se3 в количестве 40-60 мол. %. Изобретение обеспечивает увеличение ресурса и улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы ртути в кислых средах. 2 ил., 1 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, в частности, к способу определения концентрации ионов ртути в растворах.

Известны химические сенсоры (ионоселективные электроды) с прессованными поликристаллическими мембранами на основе смеси 45-65 мол. % Hg2Cl2 - 35-55 мол. % Ag2S, полученной методом смешения солей с последующей гомогенизацией и горячим прессованием [1].

В настоящее время известен состав прессованных мембран ионоселективных электродов для определения ионов ртути, где в качестве чувствительного вещества используют Hg2O, полученную термическим разложением раствора нитрата ртути на титановой подложке [2]. К недостатку данных электродов является то, что они работают только в узкой области рН от 3 до 8.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является мембранный материал, где в качестве чувствительного (электродноактивного) вещества используют суперионный проводник (Ag8HgS2I6) в смеси с Ag2S в соотношении 40 - 60 вес. % [3], который принят в качестве прототипа.

Недостатком известного мембранного материала является низкий предел обнаружения, который не превышает 10-4 - 10-5 М, что определяется, в частности, относительно низкой стабильностью суперионного проводника в водных растворах и частичным его разложением даже в слабокислых средах (рН≥2,5). К недостаткам вышеназванных составов мембран для ртутьселективных сенсоров можно отнести также относительно невысокий срок службы около 6 месяцев.

Значительно лучшими характеристиками обладают сенсорные мембранные материалы на основе халькогенидных стекол.

Технический результат заявленного способа состоит в существенном увеличении ресурса работы и повышении стабильности работы химического сенсора на ионы ртути в кислых средах.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве соединения с высокой ионно-электронной проводимостью выбран селенид серебра, в качестве стеклообразователя селенид мышьяка, а в качестве электродноактивного вещества иодид ртути, что обеспечивает высокую устойчивость мембранного материала и, как следствие, лучшие характеристики чувствительности и точности определения ионов ртути, при этом соотношение компонентов халькогенидного стекла, содержащего: иодид ртути (15 - 35 мол. %) - потенциалопределяющее вещество; селенид серебра (15 - 35 мол. %) -соединение с высокой ионной проводимостью; селенид мышьяка (40 - 60 мол. %) - стеклообразователь.

Заявленное изобретение было апробировано в Санкт-Петербургском государственном университете в режиме реального времени. При этом были использованы: иономер (Mettler Toledo S40) с входным сопротивлением 1011 Ом для измерения потенциалов ячейки. В качестве растворов для построения градуировочных графиков применяли: а) 10-1-10-6 моль⋅л-1 Hg(NO3)2, б) 10-1-10-6 моль⋅л-1 Hg(NO3)2 с постоянной ионной силой равной 0.1 по HN03. Определение коэффициента селективности для Hg-селективных сенсоров проводились методом биионных потенциалов в смешанных растворах. Для этого использовались раствор 0,1 М Hg(NO3)2 и 0,1 М растворы, содержащие мешающие ионы тяжелых металлов: Cu(NO3)2, Zn(NO3)2, Cd(NO3)2, Pb(NO3)2.

Результаты апробаций представлены в виде конкретных примеров реализации в реальных лабораторных условиях. После проведения калибровок, сенсоры на ионы ртути (Фиг. 1) были использованы для измерения в ряде лабораторных сред, при этом погрешности измерений составляли 3-5%, для растворов 10-5-10-6 М, погрешность не превышала 10-15%. Пример 1.

Стекла системы HgI2-Ag2Se-As2Se3 были синтезированы из исходных веществ Ag2Se и HgI2 квалификации (х.ч.) и синтезированного нами As2Se3.

Селенид мышьяка As2Se3 был синтезирован по следующей методике. Ампулу с навесками мышьяка и селена общей массой 25-40 г. нагревали до 400-450°С. При этой температуре расплав выдерживали не менее суток для прохождения гетерогенной реакции взаимодействия мышьяка с селеном. Затем температуру повышали до 900°С, при этой температуре выдерживали в течение 12 часов. Закалку проводили от 850°С на воздухе.

Все стекла трех составов (навески - 3гр., в кварцевых ампулах, при остаточном давлении ≈ 0,1 Па.) получали в следующем режиме: температуру печи с образцами медленно поднимали до 450°С, ампулы выдерживали 8 ч., после чего температуру повышали до 950°С, при которой расплав выдерживали около суток и периодически перемешивали. Далее температуру снижали до 650°С и расплав выдерживали в ампулах в течении 4-5 ч. Закалку проводили от 650°С со скоростью 60-100°С/сек. Контроль стеклообразного состояния осуществляли с помощью рентгенофазового анализа.

Таким образом, были получены ртутьсодержащие халькогенидные стекла трех составов со следующим содержанием HgI2, Ag2Se и As2Se3 в мол. %, соответственно: 1) 15-35-50; 2) 25-25-50; 3) 35-15-50.

Исследование температурных зависимостей электропроводности образцов выполнено методом импедансной спектроскопии на установке «Novocontrol Concept 40». Диапазон частот 20 МГц-10 Гц, для температурного интервала 0-120°С.

Пример 2. Заявленное изобретение поясняется Фиг. 1, на которой представлена зависимость электродной функции ртутьселективного сенсора с мембраной на основе халькогенидного стекла в системе HgI2-Ag2Se-As2Se3.

Пример 3. Заявленное изобретение поясняется Таблицей 1, на которой представлены результаты определения коэффициентов селективности ртутьселективных сенсоров с халькогенидными стеклянными мембранами на основе HgI2-Ag2Se-As2Se3.

Пример 4. Заявленное изобретение поясняется Фиг. 2, на которой представлена зависимость потенциала Е (мВ), ртутьселективного сенсора, состава мембраны 25 мол. % HgI2-25 мол % Ag2Se-50 мол % As2Se3, от рН исследуемого раствора при постоянных концентрациях потенциалопределяющего иона(моль⋅л-1): 10-1 Hg(NO3)2; 10-2 Hg(NO3)2; 10-3 Hg(NO3)2.

Технико-экономическая значимость заявленного изобретения состоит в возможности измерения концентрации ионов ртути в пробе раствора в течение 5-10 мин.; возможно определение ионов ртути в растворах в полевых условиях, т.к. портативный комплект для измерений состоит из сенсора на ртуть, электрода сравнения, калибровочных растворов и иономера - общий вес комплекта составляет 3 кг. Надо отметить, что разработанного сенсора нет в комплектах ни зарубежных, ни отечественных производителей в настоящее время.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Власов Ю.Г., Колодников В.В., Ермоленко Ю.Е., Бычков Е.А., Осипова С.А. Состав мембраны ионоселективного электрода для определения активности ионов ртути /I/ и /II/. Авторское свидетельство СССР №1081520 от 13 декабря 1982 г.

2. Колесников В.А., Кокарев Г.А., Жилова М.Г., Громова Е.В. Способ изготовления мембраны ионоселективного электрода для определения концентрации ионов ртути /II//. Авторское свидетельство СССР №1436050 от 07 ноября 1988 г.

3. Власов Ю.Г., Ермоленко Ю.Е., Колодников В.В., Меркулов Е.В. и др. Состав мембраны ионоселективного электрода для определения активности ионов ртути /2/. Авторское свидетельство СССР №1274455 от 28 декабря 1984 г (прототип)

Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути (II) в водных растворах, включающий халькогенидное стекло, состоящее из: 1) потенциалопределяющего вещества; 2) соединения с высокой ионно-электронной проводимостью; 3) стеклообразователя, отличающийся тем, что в качестве потенциалопределяющего вещества использован иодид ртути HgI2 в количестве 15-35 мол. %, в качестве соединения с высокой ионной проводимостью использован селенид серебра Ag2Se в количестве 15-35 мол. %, а в качестве стеклообразователя - селенид мышьяка As2Se3 в количестве 40-60 мол. %.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электроаналитической химии, физической химии, физики, может быть использовано в медицине, фармацевтической и пищевой промышленности для определения содержания кофеина в биологических жидкостях, лекарственных препаратах, пищевых продуктах.
Изобретение относится к медицине и может найти применение в стоматологии при определении активности кариозного процесса у детей. .

Изобретение относится к электрохимическому анализу. .

Изобретение относится к производным дибензополиоксиэтиленов, в частности к 1,8-бис-[2-(4-антипирилиминометин)фенокси]-3,6-диоксаоктану, который может быть использован в качестве электродноактивного вещества для определения активности ионов свинца в водных растворах.

Изобретение относится к области потенциометрических измерений величин PH водных растворов, преимущественно находящихся при высоких гидростатических давлениях. .

Изобретение относится к ионометрии, а именно к конструкциям ячеек для проведения биологических и медицинских анализов, например анализов крови. .

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для контроля содержания органических катионов в водных растворах на химическом и химико-фармацевтическом производстве.

Изобретение относится к способу определения модуля натриевого жидко го стекла, может быть использовано в строительстве, химической и бумажной промышленности и позволяет ускорить время анализа.

Настоящее изобретение относится к двойному посеребренному стеклу с низкоэмиссионным покрытием, устойчивому к термическим процессам, обеспечивающему эффективную степень защиты от солнца при низком солнечном факторе, а также пропускающему дневной свет в середину и сводящему к минимуму потерю тепловой энергии.

Изобретение относится к способам загрузки шихты и стеклобоя в бункеры загрузчиков стекловаренной печи. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности загрузки смеси шихты и стеклобоя в бункеры загрузчиков стекловаренной печи.

Изобретение относится к вакуумному стеклопакету и способу его изготовления. Стеклопакет включает первую и вторую стеклянные подложки, расположенные параллельно друг другу и на некотором расстоянии друг от друга.

Изобретение относится к легкоплавким высокопреломляющим халькогенидным стеклам. Халькогенидное стекло содержит мышьяк, сурьму, йод, серу, бром при следующем соотношении компонентов, мол %: мышьяк 8-15; сурьма 1-4; йод 3-25; бром 1-6; сера - остальное.
Способ получения силикатного стекла, используемого в производстве листового и кварцевого высокопрозрачного стекла для создания солнечных батарей, а также в качестве высокопрозрачной защиты в музейных и выставочных экспозициях.
Изобретение относится к волоконной оптике и к разработке способа получения высокочистых теллуритных стекол. .
Изобретение относится к области технологии силикатов и касается производства стекла, используемого для изготовления стеклоплитки. .
Изобретение относится к составам каменного литья, изделия из которого могут использоваться в условиях воздействия высоких температур и агрессивных сред. .

Изобретение относится к области изготовления оптических материалов, а именно стекла, прозрачного в ИК-области спектра, и может быть использовано в технике и технологиях волоконно-оптических систем передачи (ВОСП).
Изобретение относится к материалам для инфракрасной оптики, а именно к способу получения особо чистых халькогенидных стекол, легированных редкоземельными элементами.

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, в частности к потенциометрическому способу определения концентрации ионов ртути в растворах. Раскрыт состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути в водных растворах, включающий халькогенидное стекло, состоящее из: 1) потенциалопределяющего вещества; 2) соединения с высокой ионно-электронной проводимостью; 3) стеклообразователя, где в качестве потенциалопределяющего вещества использован иодид ртути HgI2 в количестве 15-35 мол. , в качестве соединения с высокой ионной проводимостью использован селенид серебра Ag2Se в количестве 15-35 мол. , а в качестве стеклообразователя - селенид мышьяка As2Se3 в количестве 40-60 мол. . Изобретение обеспечивает увеличение ресурса и улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы ртути в кислых средах. 2 ил., 1 табл., 4 пр.

Наверх