СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РТУТНОГО ПЛЕНОЧНОГО ЭЛЕКТРОДА Российский патент 2008 года по МПК C25D3/54 C25B11/18 

Изобретение относится к способам электрохимического нанесения покрытий, а именно к изготовлению электродов для вольтамперометрических измерений путем нанесения ртутной пленки на подложку из платины электрохимическим методом, и может быть использовано в практике вольтамперометрических измерений для изготовления электрохимического датчика для определения концентрации восстанавливающихся веществ и ионов, в частности для контроля содержания тяжелых металлов и кислорода в объектах окружающей среды, пищевых продуктах и т.д. В настоящее время одним из наиболее чувствительных методов анализа этих соединений является полярографический метод. Однако применение этого метода осложняется необходимостью оперировать большими объемами высокотоксичной ртути. Более перспективным в этом отношении может быть ртутный пленочный электрод.

Известны способы изготовления ртутных пленочных электродов путем нанесения ртутной пленки на инертную подложку химическим и электрохимическим методом [Ф.Выдра, К.Штудик, Э.Юлакова. Инверсионная вольтамперометрия. М.: Мир, 1980].

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ изготовления электрода электролизом при постоянном токе 10 мА/см² из перемешиваемого 0,05 М раствора Hg₂(NO₃)₂ в 0,1 M HClO₄ (в контакте раствора с металлической ртутью) [Ф.Выдра, К.Штулик, Э.Юлакова. Инверсионная вольтамперометрия. М.: Мир, 1980, с.145]. Способ включает в себя катодную обработку поверхности подложки до нанесения ртутной пленки для удаления оксидов и других загрязнений и катодную обработку нанесенной ртутной пленки при напряжении 6 В.

Недостатком известного способа является плохая воспроизводимость характеристик электрода.

Задача изобретения - улучшение воспроизводимости характеристик электрода до уровня, сравнимого с характеристиками ртутного электрода.

Поставленная задача достигается тем, что согласно способу изготовления ртутного пленочного электрода электролизом ртути из раствора 0,05 М Hg₂(NO₃)₂ в 0,1 М HClO₄ с использованием платиновой подложки электролиз ведут при потенциале - 4 В относительно насыщенного хлорсеребряного электрода в течение 30-120 с. Увеличение напряжения при электролизе позволяет получать ртутную пленку, обеспечивающую воспроизводимые характеристики электрода. При длительности электролиза менее 30 с пленка получается неплотной. При большой продолжительности электролиза происходит накопление излишнего количества ртути на поверхности платины и стекание ртути с поверхности электрода. Предварительная и последующая обработка поверхности электрода не требуется. В качестве подложки можно использовать любой платиновый электрод. Для проведения электролиза можно использовать любой источник постоянного тока.

Изготовление и испытания электрода проводились с использованием полярографа ПУ-1. В качестве подложки был использован платиновый электрод ЭПВ-1 (производство ЗИП, Гомель). Испытания электрода проводили на примере ионов кадмия (II).

Приготовление раствора для нанесения пленки ртути проводили следующим образом: 2,81 г соли ртути Hg₂(NO₃)·2Н₂О растворяли при нагревании в 90-95 мл 0,1 М HClO₄, после охлаждения раствор переносили в мерную колбу на 100 мл и доводили до метки 0,1 М HClO₄.

Все операции, включая и анализ, проводили в химических стаканах в статических условиях. Вольтамперограммы ионов кадмия снимали в обескислороженных (добавлением Na₂SO₃) растворах. Каждую поляризационную кривую снимали на свежеосажденной пленке ртути.

Общий вид вольтамперограмм, полученных на ртутном пленочном электроде в аммиачно-хлоридном (0,1 М NH₄Cl+0,1 М NH₃) растворе при концентрациях иона Cd²⁺ в диапазоне 2·10^-6÷1·10^-4 M представлен на фиг.1 (Е_нач.=-0,4 В). Они имеют характерную для стационарных твердых электродов форму. На фиг.2 представлены зависимости предельного тока от концентрации ионов кадмия в растворе. Зависимости 1-2 получены с использованием ртутного пленочного электрода, изготовленного по заявленному способу, в растворах: 1-0,1 М NH₄SCN+0,1 М NH₃, 2-0,1 М NH₄Cl+0,1 М NH₃. Наблюдается прямо пропорциональная зависимость предельного тока от концентрации ионов кадмия в растворе, наклон равен 1. Аналогичная зависимость наблюдается для ртутного капающего электрода [Я.Гейровскии, Я.Кута. Основы полярографии. - М.: Мир, 1965, с.76]. На фиг.3 представлен логарифмический анализ вольтамперных зависимостей, снятых с использованием ртутного пленочного электрода, изготовленного по заявленному способу, в растворах: 1-0,1 M NH₄SCN+0,1 М NH₃. 2-0,1 М NH₄Cl+0,1 М NH₃. Логарифмический анализ показывает линейную зависимость величины lg[(i-i_d)/i] от потенциала. Наклон зависимости равен 0,029 В, что показывает, что участок подъема тока удовлетворительно описывается уравнением обратимой полярографической волны [Я.Гейровский, Я.Кута. Основы полярографии. М.: Мир, 1965, с.118-119]. Зависимость 3 получена на ртутном капающем электроде в растворе 0,1 М NH₄Cl+0,1 М NH₃.

Как видно из фиг.2-3, качество электрода по своим характеристикам приближается к характеристикам ртутного электрода.

Пример выполнения заявленного способа изготовления ртутного пленочного электрода: в химический стакан вместимостью 100-150 мл помещают 50-100 мл раствора соли ртути. В раствор помещают два электрода: насыщенный хлорсеребряный и платиновый. Электроды подсоединяют к клеммам источника тока. На платиновый электрод налагают потенциал -4 В. Электролиз ведут в течение 30-120 с. Электроды извлекают из раствора и промывают бидистиллированной водой.

Изобретение относится к способам электрохимического нанесения покрытий и может быть использовано в практике вольтамперометрических измерений для изготовления электрохимического датчика для определения концентрации восстанавливающихся веществ и ионов, в частности для контроля содержания тяжелых металлов и кислорода в объектах окружающей среды, пищевых продуктах и т.д. Способ включает нанесение ртутной пленки на платиновую подложку электролизом из раствора 0,05М Hg₂(NO₃)₂ в 0,1М HClO₄ при потенциале - 4 В относительно насыщенного хлорсеребряного электрода в течение 30-120 с без предварительной и последующей обработки поверхности электрода для улучшения воспроизводимости характеристик электрода до уровня, сравнимого с характеристиками ртутного электрода. 3 ил.

Способ изготовления ртутного пленочного электрода, включающий нанесение ртутной пленки на платиновую подложку электролизом из раствора Hg₂(NO₃)₂ в 0,1М HClO₄, отличающийся тем, что электролиз ведут при потенциале - 4 В относительно насыщенного хлорсеребряного электрода в течение 30-120 с без предварительной и последующей обработки поверхности электрода.