Состав мембраны ионоселективного электрода для определения ионов кальция

Изобретение относится к составу мембраны ионоселективного электрода для определения ионов кальция, включающему поливинилхлорид в качестве полимерной матрицы в количестве 27-32 мас. %, пластификатор в количестве 65-71 мас. %, липофильную добавку в количестве 0.5-1.5 мас. % и ионофор в количестве 1-3 мас. %. Мембрана характеризуется тем, что в качестве пластификатора используют дибутилфталат, в качестве липофильной добавки - дигидрат тетракис(4-фторфенил)борат натрия, в качестве ионофора - 1-(метоксидифенилфосфорил)-2-дифенилфосфорил-4-этилбензол. Изобретение позволяет улучшить предел обнаружения ионов кальция в водных растворах, а также увеличить избирательность определения кальция в присутствии катионов щелочных и щелочноземельных элементов, включая биогенные, а также катионов d-элементов, что позволяет применять такие электроды для анализа биологических объектов (цельная кровь, сыворотка крови, моча и др.), также при определении содержания ионов кальция в природных водах. 1 ил., 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 кальция в водных растворах и может быть использовано для анализа природных и сточных вод, а также для анализа биологических жидкостей. Среди известных ионоселективных электродов (ИСЭ) широкое распространение получили электроды для определения биогенных ионов, таких как калий, натрий, кальций, литий, хлор. Эти ионы относятся к незаменимым, любое отклонение от нормы их содержания в организме приводит к нарушению жизнедеятельности.

Известен кальций-селективный электрод на основе нейтрального переносчика с матрицей из поливинилхлорида (ПВХ), содержащий N,N'-ди/(II-этоксикарбонил)ундецил/-N,N'-4,5-тетраметил-3,6-диоксооктандиаид в качестве электродоактивного вещества и 2-нитрофенил-н-октиловый эфир в качестве пластификатора. Такой электрод обладает высокой избирательностью, угловой наклон электродной характеристики близок к теоретическому и составляет S=29 мВ, предел обнаружения <10-6 М [Craggs A., Moody.G.J. and Thomas J.D.R. Evalution of calcium ion-selective electrodes based on di(n-alkylphenyl)phosphate sensor and their calibration with ion buffers // Analyst, 1979, Vol. 104, №1238, P. 412-418].

Существенным недостатком такого электрода является быстрая потеря селективности, особенно при изменениях рН. Этот недостаток делает предложенный электрод непригодным для практического применения.

Также известен состав полимерной мембраны кальций-селективного электрода, содержащий 2-3% электродоактивного компонента, 69-71% пластификатора, 29-31% поливинилхлорида, где в качестве электродоактивного компонента выступает фосфорсодержащий поданд тетратолил-о-ксилендифосфин, в качестве липофильной добавки - тетракис (4-хлорфенил) борат калия (ТХФБК), а в качестве пластификатора - о-нитрофенилоктиловый эфир [С.М. Бессись, А.Ф. Жуков, Ю.И. Урусов, О.М. Петрухин, Г.В. Бодрин, Н.П. Нестерова, Ю.М. Поликарпов, М.Н. Кабачник. Кальций селективный электрод на основе бидентатных фосфорорганических соединений // Журнал аналитической химии, 1988, т. XLIII, №12, С. 1769-1771]. Электроды на основе таких мембран обладают линейным диапазоном измеряемых концентраций 10-1-10-5 М (рСа2+=1-5). Угловой коэффициент электродной характеристики близок к теоретическому и составляет 27±1 мВ, измеренный предел обнаружения составляет 5.6⋅10-6 М (рСа2+=5.25).

Недостатками электрода на основе предложенной мембраны являются недостаточно высокая избирательность по отношению к ионам кальция в присутствии катионов щелочных и щелочноземельных элементов, включая биогенные Li+, Na+, K+, Mg2+, и относительно невысокий предел обнаружения. Такие недостатки не позволяют использовать его для многих специфических задач, решаемых в медицине и биологии.

Наиболее близким техническим решением (прототип) является мембрана ИСЭ для определения ионов кальция, содержащая ионофор тетратолил-м-ксилендифосфин в количестве 1-3 мас. %, ПВХ в количестве 27-32 мас. %, пластификатор о-нитрофенилоктиловый эфир в количестве 65-71 мас. % и липофильную добавку тетракис (4-фторфенил) борат калия в количестве 0.5-1.5 мас. % [А.В. Копытин, К.Ю. Жижин, В.Е. Баулин, А.Ф. Жуков, Е.Н. Пятова, А.С. Паршаков, Е.Н. Галкина, И.С. Иванова, А.Ю. Цивадзе. Мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кальция, Патент РФ на изобретение №2680865, приоритет от 24.05.2018, опубл. 28.02.2019, Бюл. №7].

Существенным недостатком электрода на основе предложенной мембраны является недостаточная избирательность по отношению к некоторым однозарядным и двухзарядным катионам. Это не позволяет проводить измерения в присутствии больших избытков посторонних ионов других металлов, что сужает область применения электрода.

Изобретение направлено на повышение избирательности определения ионов кальция в присутствии щелочных и щелочноземельных элементов, в том числе в присутствии биогенных катионов и катионов d-элементов, а также на расширение области линейного отклика электрода.

Технической задачей является получение кальций-селективной мембраны.

Технический результат достигается тем, что предложен состав мембраны ионоселективного электрода для определения ионов кальция, включающий поливинилхлорид в качестве полимерной матрицы в количестве 27-32 мас. %, пластификатор в количестве 65-71 мас. %, липофильную добавку в количестве 0.5-1.5 мас. % и ионофор в количестве 1-3 мас. %, отличающийся тем, что в качестве пластификатора используют дибутилфталат, в качестве липофильной добавки - дигидрат тетракис(4-фторфенил)борат натрия, в качестве ионофора - 1-(метоксидифенилфосфорил)-2-дифенилфосфорил-4-этилбензол.

При увеличении или уменьшении соотношения поливинилхлорида и дибутилфталата в мембране, меняются механические и физические параметры полимерной композиции, такие как проводимость (увеличивается электрическое сопротивление мембраны), вязкость, твердость и др., что приводит к резкому ухудшению электроаналитических параметров электрода (воспроизводимость и стабильность потенциала).

Содержание в мембране ионофора и липофильной добавки в указанных пределах обусловлено проведенными исследованиями с целью получения мембран с наилучшими характеристиками.

Структурная формула предлагаемого ионофора 1-(метоксидифенилфосфорил)-2-дифенилфосфорил-4-этилбензола:

Мембраны готовили по известной методике [Камман К., Работа с ионоселективными электродами. М.: Мир, 1980, С. 283]. Рассчитанные количества ПВХ растворяли в циклогексаноне для получения 10%-ного раствора, который затем смешивали с жидким ионитом (раствор ионофора в пластификаторе). Смесь переносили в стеклянное кольцо, находящееся на плоской стеклянной пластинке, которую помещали в чистый бокс, при комнатной температуре и в атмосферном давлении. После испарения циклогексанона образовалась полимерная пленка толщиной 0.3-0.5 мм, из которой вырезали диски диаметром 5-7 мм. В дальнейшем диски использовали в качестве мембран ИСЭ.

Изобретение проиллюстрировано Фиг. 1. «Типичная электродная характеристика для исследованных мембран».

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

В процессе исследования электроаналитических свойств разработанных мембран использовали гальваническую цепь:

Электроаналитические параметры ионоселективных электродов были определены согласно рекомендациям IUPAC [Richard P. Back and Lindner. Recommendation for nomenclature of ion-selective electrodes, IUPAC Recommendations 1994 // Pure and Apple. Chem., 1994, Vol. 66, №12, P. 2527-2536]. Коэффициенты селективности были определены по методу смешанных растворов на фоне постоянной концентрации мешающих компонентов 10-1 М.

Изобретение иллюстрируется, но не ограничивается следующими примерами.

Пример изготовления мембраны. Для получения 10% раствора ПВХ в циклогесаноне, 150 мг ПВХ растворяли в 1.5 мл циклогексанона и в полученный раствор добавляли 5.0 мг ионофора и 5.0 мг липофильной добавки - дигидрат тетракис (4-фторфенил) бората натрия (ДТФБН), после чего добавляли 340 мг дибутилфталата (ДБФ). Полученный раствор тщательно перемешивали и прозрачную смесь переносили в стеклянное кольцо, затем высушивали в боксе при комнатной температуре до постоянного веса. Полученная мембрана ИСЭ имела состав: ионофор - 1.0%; липофильная добавка дигидрат тетракис (4-фторфенил) борат натрия - 1.0%; ДБФ - 68%; ПВХ - 30%. В Табл. 1 представлены составы мембран, полученных подобным образом, и их параметры.

Для получения электродных характеристик использовали калибровочные растворы Ca(NO3)2 с концентрацией 1⋅10-7-1⋅10-1 М, которые готовили методом последовательного разбавления из 0.1 М Са(NO3)2 непосредственно перед измерением.

Как видно из Табл. 1 мембраны составов Б-Г (пункты в таблицах 2-4) обладают оптимальными электроаналитическими параметрами с точки зрения предела обнаружения, углового наклона и воспроизводимости потенциала.

В Табл. 2 приведено сравнение характеристик электрода на основе предлагаемой мембраны и прототипа, а именно предел обнаружения ионов кальция, диапазон линейного отклика и угловой наклон электродной функции.

Сравнительные данные по селективности представлены в Табл. 3.

Из Табл. 3 видно, что заявляемый состав мембран позволяет улучшить селективность электрода к катионам щелочных и щелочноземельных элементов и d - элементов. Измеренные коэффициенты селективности показывают улучшение избирательности определения ионов кальция в присутствии катионов щелочных и щелочноземельных элементов, а также ряда катионов d-элементов. Как следует из Табл. 2 и 3 цель изобретения - улучшение избирательности определения кальция и расширение области линейного отклика электрода - достигнута.

Предложенный состав мембраны кальций-селективного электрода позволяет улучшить предел обнаружения ионов кальция в водных растворах, а также увеличить избирательность определения кальция в присутствии катионов щелочных и щелочноземельных элементов, включая биогенные, а также катионов d-элементов, что позволяет применять такие электроды для анализа биологических объектов (цельная кровь, сыворотка крови, моча и др.), также при определении содержания ионов кальция в природных водах.

Состав мембраны ионоселективного электрода для определения ионов кальция, включающий поливинилхлорид в качестве полимерной матрицы в количестве 27-32 мас. %, пластификатор в количестве 65-71 мас. %, липофильную добавку в количестве 0.5-1.5 мас. % и ионофор в количестве 1-3 мас. %, отличающийся тем, что в качестве пластификатора используют дибутилфталат, в качестве липофильной добавки - дигидрат тетракис(4-фторфенил)борат натрия, в качестве ионофора - 1-(метоксидифенилфосфорил)-2-дифенилфосфорил-4-этилбензол.



 

Похожие патенты:

Изобретение предназначено для прямого потенциометрического определения концентрации ионов калия в водных растворах и может быть использовано для анализа природных и сточных вод, биологических жидкостей.

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

Изобретение относится к ионометрии и может найти применение в экологическом, медицинском и производственном контроле содержания фосфатов в водных экосистемах, почвенных вытяжках, биологических жидкостях и растворах медицинских препаратов.

Предлагаемое изобретение относится к электрохимическим методам анализа, в частности изготовлению ионоселективного электрода на основе октадециламина для определения ионов кадмия.

Предлагаемое изобретение относится к электрохимическим методам анализа, в частности изготовлению ионоселективного электрода на основе октадециламина 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.

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.

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.

Настоящее изобретение относится к способу деаэрации пен и вспененных сред. Способ включает подачу по меньшей мере части пены из резервуара (10) в центральный канал корпусного узла (13).
Наверх