МЕМБРАНА ИОНОСЕЛЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДА Российский патент 1994 года по МПК G01N27/333 

Описание патента на изобретение RU2017146C1

Изобретение относится к ионометрии, а именно к изысканию материалов, способных выполнять функцию мембраны ионоселективного электрода и предназначенных для использования в качестве чувствительного элемента калий-селективного электрода.

Известны твердые мембраны ионоселективных электродов. Они обладают продолжительным временем жизни (иногда несколько лет) и в случае отравления рабочей поверхности мембрану легко восстановить простым полированием (снятием поверхностного слоя).

Выбор материалов для таких мембран весьма ограничен ввиду специфических требований к ним. К таким материалам относятся соли серебра, халькогенидные стекла, а также монокристалл трифторида лантана. Все перечисленные материалы обладают ионной проводимостью при комнатной температуре, однако они не обладают селективностью к ионам калия, поэтому не пригодны для использования в качестве электродоактивного вещества в ионоселективных электродах для определения калия.

Известна мембрана ионоселективного электрода для определения ионов калия, состоящая из поливинилхлоридной матрицы и электродоактивного вещества, при этом в качестве электродоактивного вещества используют тетрафенилборат калия. Электрод с такой мембраной обладает широким диапазоном измеряемых концентраций. Ряд селективности совпадает с рядом липофильности.

Недостатком этого электрода является невысокая селективность к иону калия в присутствии ионов натрия и кальция, что сильно ограничивает область его применения.

Известна также мембрана ионоселективного электрода для определения ионов калия с той же матрицей, в которой в качестве электродоактивного вещества используют валиномицин.

Традиционный состав мембраны такого электрода выглядит следующим образом: около 30% ПВХ, 68-29% пластификатора (например, дибутилфталата или дибутиладипината), 1-2% валиномицина с липофильной добавкой (паратетрахлорфенилборат калия).

Ионоселективный электрод с такой мембраной также обладает недостаточно высокой селективностью к ионам калия в присутствии ионов щелочных и щелочноземельных элементов за исключением ионов цезия и рубидия, что ограничивает его использование, например, в медицинской практике.

Электрод нашел широкое применение в различных областях: экологии, технологии и медицине. Ряд фирм используют валиномицин в серийном производстве калий-селективных электродов, среди них Орион (США), Раделкис (Венгрия), Радиометр (Дания).

Однако применение ионоселективных электродов ПВХ-типа ограничивает непродолжительное время жизни (например, для электродов на основе валиномицина, 6 месяцев по каталогам фирм). При работе с такими электродами следует считывать, что в случае отравления мембраны ее регенерация практически невозможна.

Целью изобретения является повышение избирательности мембраны к ионам калия в присутствии ионов щелочных и щелочноземельных металлов и увеличение ее времени жизни.

Цель достигается применением монокристаллов титанилфосфата калия в качестве мембраны ионоселективного электрода для определения калия.

Монокристаллы КТiOPO4 имеют орторомбическую структуру и относятся к точечной группе mm2 (пространственная группа симметрии Pna21). Монокристалл имеет следующие параметры решетки: а=12,814 ; b=6,404 ; с=10,616 . Каждая единичная ячейка содержит 8 формульных единиц. Структура характеризуется цепочками октаэдров ТiO6, которые соединены по двум углам, и цепочки разделены тетраэдрами PO4. Ионы калия расположены в центрах высокого координационного числа и слабо связаны с атомами кислорода, окружающими титан и фосфор. Каналы расположены вдоль оси Z ([1001]), по которым ионы калия способны перемещаться по вакансионному механизму с коэффициентом диффузии на несколько порядков больше, чем в плоскости X-Y.

Кристаллы КТiOPO4 выращивают либо гидротермальным способом, либо из раствора-расплава. Температура плавления кристалла 1150оС.

П р и м е р. Монокристаллы КТiOPO4 выращивают из раствора-расплава следующим образом.

Смесь, состоящую из 10 г КТiOPO4 и 10 г К6PO13, размельчают и нагревают. Соотношение К: Р в смеси составляет 1,5. Смесь нагревают до 1050оС и выдерживают 50 ч до достижения однородности, после чего из полученного раствора-расплава выращивают кристаллы при охлаждении до 600оС со скоростью 5о/ч. Выращенные кристаллы охлаждают до комнатной температуры, промывают в Н3PO4 для удаления остатков раствора. Получают кристаллы размером 15х10х10 мм с указанными выше параметрами решетки.

Из полученного монокристалла вырезают мембрану ионоселективного электрода, которая представляет собой диск с параллельными плоскостями диаметром 5-7 мм и толщиной 1-2 мм. Этот диск закрепляют в корпус электрода.

Устройство электрода представлено на фиг.1. Внутри корпуса 1 расположен токоотвод 2, который соединен с внутренним полуэлементом 3 сравнения, погруженным в раствор 4 сравнения, посредством которого осуществляется контакт с мембраной 5. В качестве внутреннего полуэлемента используют хлорсеребряный электрод Ag, AgCl, в качестве раствора сравнения используют 10-2 М КСl.

Электродная характеристика электрода с мембраной из KTiOPO4представлена на фиг.2.

Диапазон линейного отклика составил от 1 до 5 pK (pK = -lgCк+ , где Cк+ - концентрация ионов калия).

Предел обнаружения для данного электрода находился в районе 10-5 М. Коэффициенты селективности и другие электроаналитические параметры электрода представлены в таблице. Время отклика электрода представлено в таблице. Время отклика электрода составило не более 1 мин. Воспроизводимость потенциала при содержании калия в растворе при pK+=2 составила ±0,2 мВ. Время жизни мембраны электрода составляет более 8 мес, при этом поверхность мембраны при необходимости может быть регенерирована простым шлифованием.

Таким образом, применение кристаллов KTiOPO4 в качестве мембраны ионоселективного электрода позволяет значительно повысить избирательность к ионам калия в присутствии щелочных и щелочноземельных элементов по сравнению с мембранной ПВХ-типа, при этом увеличивается время жизни мембраны.

Похожие патенты RU2017146C1

название год авторы номер документа
МЕМБРАНА СВИНЕЦСЕЛЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДА 1993
  • Пятова Е.Н.
  • Копытин А.В.
  • Ильин Е.Г.
  • Баулин В.Е.
  • Цивадзе А.Ю.
  • Цветков Е.Н.
  • Буслаев Ю.А.
RU2054666C1
Мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кальция 2018
  • Копытин Александр Викторович
  • Жижин Константин Юрьевич
  • Баулин Владимир Евгеньевич
  • Жуков Александр Федорович
  • Пятова Елена Николаевна
  • Паршаков Артемий Степанович
  • Галкина Елена Николаевна
  • Иванова Ирина Сергеевна
  • Цивадзе Аслан Юсупович
RU2680865C1
Состав мембраны ионоселективного электрода для определения ионов кальция 2020
  • Пятова Елена Николаевна
  • Копытин Александр Викторович
  • Баулин Владимир Евгеньевич
  • Жижин Константин Юрьевич
  • Иванова Ирина Сергеевна
  • Шпигун Лилия Константиновна
RU2736488C1
Мембрана ионоселективного электрода для определения уранил-иона 2022
  • Копытин Александр Викторович
  • Пятова Елена Николаевна
  • Баулин Владимир Евгеньевич
  • Иванова Ирина Сергеевна
  • Цивадзе Аслан Юсупович
RU2798100C1
Состав мембраны ионоселективного электрода для определения ионов свинца 2021
  • Пятова Елена Николаевна
  • Копытин Александр Викторович
  • Баулин Владимир Евгеньевич
  • Шпигун Лилия Константиновна
  • Иванова Ирина Сергеевна
  • Цивадзе Аслан Юсупович
RU2762370C1
Мембрана ионоселективного электрода для определения уранил-иона 2018
  • Копытин Александр Викторович
  • Жижин Константин Юрьевич
  • Кубасов Алексей Сергеевич
  • Жуков Александр Федорович
  • Малкерова Ирина Петровна
  • Тюремнов Александр Вадимович
  • Кузнецов Николай Тимофеевич
RU2683423C1
Мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кадмия 2018
  • Пятова Елена Николаевна
  • Баулин Владимир Евгеньевич
  • Иванова Ирина Сергеевна
  • Цивадзе Аслан Юсупович
RU2688951C1
Мембрана ионоселективного электрода для определения лидокаина 2019
  • Копытин Александр Викторович
  • Жижин Константин Юрьевич
  • Турышев Евгений Сергеевич
  • Кубасов Алексей Сергеевич
  • Шпигун Лилия Константиновна
  • Кузнецов Николай Тимофеевич
RU2725157C1
МЕМБРАНА ИОНОСЕЛЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОСФАТ-ИОНОВ В РАСТВОРАХ 2019
  • Мартынов Леонид Юрьевич
  • Зайцев Николай Конкордиевич
  • Шкинев Валерий Михайлович
  • Пимкина Яна Игоревна
RU2716884C1
Мембрана ионоселективного электрода для определения октагидротриборатного аниона 2016
  • Копытин Александр Викторович
  • Жижин Константин Юрьевич
  • Быков Александр Юрьевич
  • Селиванов Никита Алексеевич
  • Тюремнов Александр Вадимович
  • Малкерова Ирина Петровна
  • Ильин Евгений Григорьевич
  • Семин Владимир Борисович
  • Кузнецов Николай Тимофеевич
RU2621888C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 017 146 C1

Реферат патента 1994 года МЕМБРАНА ИОНОСЕЛЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДА

Использование: ионометрия, а именно определение содержания катиона калия в растворах. Сущность изобретения: для повышения избирательности мембраны к ионам калия в присутствии ионов щелочных и щелочно-земельных металлов и с целью увеличения ее времени жизни в качестве мембраны применяют монокристалл титанилфосфата калия KTiOPO4 . Применение указанного монокристалла в качестве мембраны позволяет увеличить ее время жизни до 8 мес и более, при этом избирательность мембраны значительно возрастает. 2 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 017 146 C1

Применение монокристалла титанилфосфата калия в качестве мембраны ионоселективного электрода для определения ионов калия.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1994 года RU2017146C1

Baum G, Lynn M, Ward F.B
"Anal
Chim
Actc
Разборное приспособление для накатки на рельсы сошедших с них колес подвижного состава 1920
  • Манаров М.М.
SU65A1
Fraut M.S., Poss T.W
"Science", 167,987,1970.

RU 2 017 146 C1

Авторы

Буслаев Ю.А.

Ильин Е.Г.

Копытин А.В.

Политов Ю.А.

Щербаков Е.А.

Дианов Е.М.

Маслов В.А.

Мерц Вольфганг[De]

Даты

1994-07-30Публикация

1992-04-01Подача