СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОСТАБИЛЬНОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА СЕНСОРА НА ПЕРОКСИД ВОДОРОДА Российский патент 2012 года по МПК G01N27/26 

Описание патента на изобретение RU2442976C2

Изобретение относится к способу приготовления чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода. В частности, к способу стабилизации берлинской лазури, являющейся электрокатализатором восстановления пероксида водорода, гексацианоферратом никеля.

Определение пероксида водорода является важной аналитической задачей для клинической диагностики, контроля состояния окружающей среды и в различных областях промышленности. Его содержание необходимо определять в грунтовых водах и атмосферных осадках, куда он попадает в результате выбросов промышленности и атомных станций, а также в пищевой промышленности.

На сегодняшний день наиболее эффективным чувствительным элементом для определения пероксида водорода является берлинская лазурь - гексацианоферрат (II) железа (III) [1]. Инертные электроды (платина, золото, стеклоуглерод), модифицированные берлинской лазурью, находят широкое применение при конструировании сенсоров на пероксид водорода и биосенсоров, содержащих иммобилизованные оксидазы в качестве биочувствительного элемента [1].

При взаимодействии пленки берлинской лазури и определяемого пероксида водорода происходит разложение последнего до гидроксид-иона OH-. При малых концентрациях пероксида водорода его влияние на свойства сенсора незначительно. Однако при проведении непрерывных измерений может образовываться значительное количество гидроксид-ионов, которое приводит к постепенному растворению покрытия берлинской лазури с поверхности электрода. Для проведения непрерывного мониторинга содержания пероксида водорода необходимы сенсоры, которые наряду с высокой чувствительностью и селективностью обладают хорошей воспроизводимостью токового сигнала, то есть имеют высокую стабильность.

Сущность изобретения состоит в следующем:

- предложен способ совместного осаждения чувствительного элемента (берлинской лазури) и стабилизатора (гексацианоферрата никеля) на поверхность электрода для изготовления высокостабильного сенсора на пероксид водорода;

- предложен способ последовательного осаждения чувствительного элемента (берлинской лазури) и стабилизатора (гексацианоферрата никеля) на поверхность электрода для изготовления высокостабильного сенсора на пероксид водорода.

Пример 1

Электрохимический способ совместного осаждения берлинской лазури и гексацианоферрата никеля на поверхность электрода

Совместное электроосаждение гексацианоферрата никеля и берлинской лазури проводили в потенциодинамическом режиме, при развертке подаваемого на рабочий электрод потенциала от 0 до +0.75 В, скорость развертки потенциала составляла 50-100 мВ/с, в течение 5-20 циклов. Синтез проводили в трехэлектродной ячейке, содержащей рабочий электрод, хлоридсеребряный электрод сравнения и стеклоуглеродный вспомогательный электрод. Ростовой раствор содержал 1 мМ K3[Fe(CN)6] и x мМ NiCl2 и (1-х) мМ FeCl3 (x от 0,1 до 0,9) в фоновом электролите состава 0.1 М KCl, 0.1 М HCl.

Затем электроды циклировали в диапазоне потенциалов от 0 до +1 В в фоновом электролите состава 0.1 М KCl, 0.1 М HCl при скорости развертки потенциала 40 мВ/сек в течение 20 циклов. После чего электроды подвергали термической обработке при 100°C в течение 1 часа и охлаждали до комнатной температуры.

В фигуре 1 представлено сравнение зависимостей тока от времени в постоянном потоке 1·10-3 М H2O2 для сенсоров с чувствительными элементами на основе берлинской лазури и берлинской лазури, стабилизированной гексацианоферратом никеля путем совместного осаждения из растворов солей. Для смешанного покрытия удалось понизить константу инактивации каталитического покрытия почти на порядок величины - она составила 5·10-3 мин-1 по сравнению с 45·10-3 мин-1 для берлинской лазури. В режиме постоянного потока пероксида водорода к поверхности электрода за 20 минут сенсор со стабилизированным чувствительным элементом теряет менее 10% величины начального сигнала, в то время как сенсор на основе берлинской лазури теряет более 35% величины сигнала за 10 минут.

Пример 2

Электрохимический способ последовательного осаждения берлинской лазури и гексацианоферрата никеля на поверхность электрода

Последовательный электросинтез каталитических слоев берлинской лазури и стабилизирующих слоев гексацианоферрата никеля проводили в различных трехэлектродных ячейках. Одна из ячеек содержала ростовой раствор для синтеза гексацианоферрата никеля: 1 мМ K3[Fe(CH)6] и 1 мМ NiCl2 в фоновом электролите состава 0.1 М KCl, 0.1 М HCl. Вторая ячейка содержала раствор для электросинтеза берлинской лазури, концентрации солей изменяли в пределах 0,5-4 мМ как для FeCl3, так и для K3[Fe(CH)6]. Электрохимическое осаждение покрытия гексацианоферрата никеля проводили в потенциодинамическом режиме, при развертке потенциала от 0 до +0.75 В, скорость развертки потенциала составляла 50-100 мВ/с, в течение 1-5 циклов. Электроосаждение берлинской лазури проводили в потенциодинамическом режиме, при развертке потенциала от +0,4 до +0.75 В, скорость развертки потенциала составляла 10-20 мВ/с, в течение 1-5 циклов. После осаждения одного из соединений электрод ополаскивали дистиллированной водой и переносили в другую ячейку для последующего нанесения другого соединения. Общее число слоев в чувствительном элементе сенсора составляло от 2 до 20.

Стадии обработки электродов после окончания электросинтеза аналогичны описанным в примере 1.

Из фигуры 2 видно, что для сенсора с чувствительным элементом на основе покрытия берлинской лазури, стабилизированной гексацианоферратом никеля путем последовательного электроосаждения, сигнал стабилен в течение 1 часа и более, в то время как в случае сенсора с нестабилизированным чувствительным элементом за 10 минут теряется более 35% начальной величины сигнала. Удалось понизить константу инактивации каталитического покрытия берлинской лазури, стабилизированной гексацианоферратом никеля путем последовательного электроосаждения, на четыре порядка величины: для него константа составила 5·10-6 мин-1, в то время как для берлинской лазури - 4,5-10·-2 мин-1.

Все характеристики сенсоров получены из экспериментов, проводившихся в проточно-инжекционном режиме тестирования в фосфатном буфере (0.1 М KCl, 0.1 М KH2PO4, рН=6,0). Скорость потока раствора буфера - 0.25 мл/мин. Рабочий потенциал 0 В отн. Ag/AgCl/1 M KCl.

Литература

1. Arkady A. Karyakin, Prussian Blue and Its Analogues: Electrochemistry and Analytical Applications. Electroanalysis (2001), 13, 813-19.

Похожие патенты RU2442976C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОСТАБИЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ СЕНСОРА НА ПЕРОКСИД ВОДОРОДА 2018
  • Карпова Елена Викторовна
  • Галушин Андрей Александрович
  • Карякина Елена Евгеньевна
  • Карякин Аркадий Аркадьевич
RU2703316C1
СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ НАНОЧАСТИЦ БЕРЛИНСКОЙ ЛАЗУРИ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕНСОРОВ НА ИХ ОСНОВЕ 2021
  • Щербачева Елизавета Владимировна
  • Дабосс Елена Викторовна
  • Карякин Аркадий Аркадьевич
RU2813044C2
Способ получения рабочего элемента сенсора, модифицированного наночастицами гексацианоферрата никеля, для определения концентрации глюкозы 2023
  • Пирогов Максим Александрович
  • Блинов Андрей Владимирович
  • Рехман Зафар Абдулович
  • Гвозденко Алексей Алексеевич
  • Голик Алексей Борисович
  • Колодкин Максим Андреевич
  • Кузнецов Егор Станиславович
  • Леонтьев Павел Сергеевич
RU2819920C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ ПЛЕНОК БЕРЛИНСКАЯ ЛАЗУРЬ/ПОЛИПИРРОЛ СО СТАБИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОХРОМНЫМ ПЕРЕХОДОМ 2015
  • Золотухина Екатерина Викторовна
  • Талагаева Наталия Владимировна
  • Воротынцев Михаил Алексеевич
RU2614290C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕНСОРОВ НА ОСНОВЕ ЗАМЕЩЕННОГО ПОЛИ(3,4-ЭТИЛЕНДИОКСИТИОФЕНА) 2021
  • Шавокшина Вера Александровна
  • Андреев Егор Андреевич
  • Комкова Мария Андреевна
  • Карякин Аркадий Аркадьевич
RU2781398C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА В РАСТВОРЕ 2017
  • Комкова Мария Андреевна
  • Карякина Елена Евгеньевна
  • Карякин Аркадий Аркадьевич
RU2682568C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ, ЭЛЕКТРОДЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ УКАЗАННЫМ СПОСОБОМ, И ЭНЗИМНЫЕ БИОСЕНСОРЫ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ УКАЗАННЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ 2007
  • Паллеши Джузеппе
  • Риччи Франческо
  • Москоне Данила
  • Поша Алессандро
RU2442130C2
БИОСЕНСОР С ПОВЫШЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ 2019
  • Вохмянина Дарья Владимировна
  • Королев Андрей Игоревич
  • Могильникова Мария Андреевна
  • Карякина Елена Евгеньевна
  • Карякин Аркадий Аркадьевич
RU2731411C1
ГИДРОЗОЛЬ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПЕРОКСИДЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СЕНСОРОВ И БИОСЕНСОРОВ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СЕНСОР И БИОСЕНСОР, СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 2010
  • Донцова Екатерина Александровна
  • Еременко Аркадий Вениаминович
  • Кальнов Сергей Леонидович
  • Курочкин Илья Николаевич
  • Трудил Дэвид
RU2419785C1
Вольтамперометрический способ определения общего холестерина в биологических объектах 2016
  • Дёрина Ксения Владимировна
  • Дорожко Елена Владимировна
  • Воронова Олеся Александровна
  • Короткова Елена Ивановна
RU2629836C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 442 976 C2

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОСТАБИЛЬНОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА СЕНСОРА НА ПЕРОКСИД ВОДОРОДА

Изобретение относится к способу приготовления высокостабильного чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода и может быть использовано в аналитической химии, в клинической диагностике, для контроля состояния окружающей среды, в различных областях промышленности. Способ заключается в том, что берлинскую лазурь стабилизируют гексацианоферратом никеля. При этом осуществляют последовательное осаждение берлинской лазури и гексацианоферрата никеля. Способ позволяет создать сенсоры с высокой чувствительностью, селективностью, хорошей воспроизводимостью токового сигнала, т.е. с высокой стабильностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 442 976 C2

1. Способ приготовления чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода, отличающийся тем, что, с целью увеличения стабильности чувствительного элемента, берлинскую лазурь стабилизируют гексацианоферратом никеля.

2. Способ приготовления чувствительного элемента по п.1, отличающийся тем, что для увеличения стабильности чувствительного элемента используют последовательное осаждение берлинской лазури и гексацианоферрата никеля.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2442976C2

RU 2006110364 А, 20.10.2007
US 6042714 А, 28.03.2000
JP 63011849 А, 19.01.1988
JP 2007071720 А, 22.03.2007
JP 2008046001 А, 28.02.2008.

RU 2 442 976 C2

Авторы

Карякин Аркадий Аркадьевич

Карякина Елена Евгеньевна

Большаков Иван Александрович

Ситникова Наталья Александровна

Даты

2012-02-20Публикация

2009-11-30Подача