СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ИОН-СЕЛЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДА Российский патент 2010 года по МПК G01N27/333 

Разработанные ионселективные электроды могут использоваться в различных отраслях народного хозяйства: в гальванопроизводствах для контроля состава электролита, для анализа гидросферных комплексов, бытовых и сточных вод; в пищевой промышленности для контроля качества пищевых продуктов, например, молока и молочных продуктов; в медицине, так как отвечают требованиям медико-биологических исследований.

Известен способ изготовления твердотельного ионоселективного электрода, который заключается в нанесении на ионочувствительную мембрану твердофазного внутреннего контакта на основе оксидной бронзы. На ионочувствительную мембрану наносят выдержанную при 424-520°С в течение 30-40 мин смесь вольфрама, триоксида вольфрама и вольфраматов лития, натрия и калия, взятых в стехиометрическом соотношении, необходимом для синтеза вольфрамовой бронзы состава (К, Li, Na)_x, где 0<х≤1 и К, Li, Na взяты в соотношении 1:2:2, причем после нанесения смеси на ионочувствительную мембрану электрод выдерживают при той же температуре в течение 3,0-3,5 ч. (АС СССР №1130789; МКл² G01N 27/30).

Однако технология изготовления таких электродов сложна, требуется весьма высокий температурный режим.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления твердотельного ионоселективного электрода, заключающийся в нанесении на твердофазную основу из хромоникелевой стали (медицинская игла) электродоактивной массы - слоя толщиной 0,025 мм химически стойкого органического полимера, например, клей БФ с электродноактивным веществом. В качестве последнего использовали смеси сульфидов серебра или меди и добавки сульфидов тяжелых металлов. Соотношение Ag₂S (CuS) к полимеру 1:1.

Соотношение компонентов, мас.%:

Сульфид тяжелых металлов 15-20 CuS 10-15 Ag₂S 15-25 БФ-2 40-55

(Миниатюрные ион-селективные электроды // Заводская лаборатория. - 1995. - №3, с.4-5)

Однако недостатком такого способа являются низкие технические характеристики.

Задача, решаемая изобретением, - заменить дорогостоящий реактив Ag₂S и повысить технические характеристики.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления твердотельного ионоселективного электрода, включающем нанесение на основу из хромоникелевой стали электродоактивной массы - слоя толщиной 0,025 мм органического химически стойкого полимера клея БФ с электродоактивным веществом, содержащим смесь сульфидов меди и кадмия. В электродоактивное вещество дополнительно вводят терморасширенный графит ТРГ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

CdS 45-50 CuS 35-40 ТРГ 3-5 БФ-2 8-20

На чертеже представлена принципиальная схема твердотельного ионселективного электрода.

В таблице 1 представлено влияние состава ионселективного электрода на электродные характеристики. Т=298 К.

Электрод представляет собой основу из хромоникелевой стали - 1, на которую нанесен слой толщиной 0,025 мм химически стойкого органического полимера БФ-2, в котором распределен мелкодисперсный порошок сульфида меди, кадмия и ТРГ - 2. Конструкция также содержит токоотвод - 3, присоединенный к основе - 1.

Для приготовления электродоактивной массы использовали реактивы: сульфид кадмия (CdS), сульфид меди (CuS). Компоненты тщательно перемешивали и перетирали в течение 1-4 часов в фарфоровой чашке до получения однородной гомогенной массы. В качестве связующего использовали химически стойкий органический полимер - клей БФ-2. После добавления связующего получали суспензию сметанообразной консистенции, которую методом окунания или намазки наносили на предварительно обезжиренную основу из хромоникелевой стали, слоем толщиной ~ 0,025 мм, рабочая площадь электродов S=0,3 см². Нерабочую поверхность электродов изолировали цапон-лаком. Изготовленные электроды сушили на воздухе при комнатной температуре в течение суток или в вакуумном сушильном шкафу в течение 1 часа при температуре 105°С.

Проведенные исследования показали, что наибольшую механическую и адгезионную прочность при длительной работе имели ИСЭ со связующим БФ-2 в количестве 10 мас.% (пример 4). Большее количество связующего приводило к ухудшению электродной функции (увеличение времени отклика, более длительное время установления потенциала) (пример 5, 6), меньшее к ухудшению механической прочности и отслаиванию активной массы от подложки (пример 3). Установленное оптимальное соотношение компонентов ЭАМ составило, мас.%: CdS - 47, CuS - 39, ТРГ - 4, БФ-2 - 10 (пример 4).

Заменив реактив Ag₂S на терморасширенный графит, были повышены такие технические характеристики ионселективного электрода, как дрейф потенциала, стабильность потенциала и время установки потенциала.

Таблица 1 № Состав мембраны, % Дрейф потенциала, мВ/сут Стабильность потенциала, мВ (в течение 200 ч) Время установления потенциала, с 1 CdS:CuS:Ag₂S:БФ-2 10-16 ±56-69 80-95 (20:10:20:50) 2 CdS:CuS:ТРГ:БФ-2 10-14 ±50-70 60 (52:34:4:10) 3 CdS:CuS:ТРГ:БФ-2 6-8 ±20-24 41 (50: 39:3:8) 4 CdS:CuS:ТРГ:БФ-2 5-6 ±20-23 35 (47:39:4:10) 5 CdS:CuS:ТРГ:БФ-2 6-8 ±20-24 41 (45:35:5:15) 6 CdS:CuS:ТРГ:БФ-2 10-14 ±50-70 60 (44:32:4:20)

Область применения изобретения - различные отрасли народного хозяйства: в гальванопроизводствах, для анализа гидросферных комплексов, бытовых и сточных вод, в пищевой промышленности, в медицине. Сущность изобретения: способ изготовления твердотельного ионоселективного электрода включает нанесение на основу из хромоникелевой стали электродоактивной массы - слоя толщиной 0,025 мм химически стойкого полимера клея БФ с электродоактивным веществом, содержащим смесь сульфидов меди и кадмия, в которую дополнительно вводят терморасширенный графит ТРГ при следующем соотношении компонентов, мас.%: CdS - 45-50, CuS - 35-40, ТРГ - 3-5, БФ-2 - 8-20. Изобретение обеспечивает удешевление способа, а также получение ионоселективного электрода с улучшенными техническими характеристиками. 1 табл., 1 ил.

Способ изготовления твердотельного ион-селективного электрода, включающий нанесение на основу из хромоникелевой стали электродоактивной массы - слоя толщиной 0,025 мм химически стойкого полимера клея БФ с электродно-активным веществом, содержащим смесь сульфидов меди и кадмия, отличающийся тем, что в электродно-активное вещество дополнительно вводят терморасширенный графит ТРГ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
CdS 45-50 CuS 35-40 ТРГ 3-5 БФ-2 8-20