Мембрана свинецселективного электрода и способ ее получения Российский патент 2017 года по МПК G01N27/333 

Изобретение относится к электрохимическим методам анализа, а в частности к ионометрии для определения активности (концентрации) ионов свинца в водных растворах.

Известны разные виды свинецселективных электродов [1-6].

Аналогом предлагаемого электрода является сенсор на основе элекродоактивного компонента пластифицированной свинецселективной мембраны триоксид молибдена МoО₃. В качестве пластификатора использовали дибутилфталат и дополнительно поливинилхлорид [6].

В качестве прототипа выбрана мембрана на основе элекродоактивного компонента пластифицированной свинецселективной мембраны 1,7- диазо-8,9,17,18-дибензо-18 краун-6. Предлагается состав мембраны при следующем соотношении компонентов, мас.%: 1,7- диазо-8,9,17,18-дибензо-18 краун-6 0,3-5,0; пластификатор 60,0-61,0; поливинилхлорид 30,0-33,0. Нижний предел обнаружения ионов свинца- 2⋅10^-6, время установления равновесного потенциала составляет 5 мин. Недостатком данного свинецселективного электрода является узкий диапазон линейной области функционирования электрода (4⋅10^-6-3⋅10^-3 M), что не позволяет определять более миллимолярных концентрации ионов свинца [2].

Одним из важнейших недостатков, описанных в литературе сенсоров, является короткий срок службы, это связано с низким значением липофильности используемых веществ, а также низкий предел обнаружения.

Задача - конструирование свинецселективного электрода с расширенными функциональными возможностями на основе ионофора-диантипирилметана для определения активности ионов свинца и как один из вариантов лабораторного электрода.

Технический результат заключается в расширении линейной области функционирования электрода, снижении времени отклика и повышении чувствительности определения ионов свинца.

Сущность изобретения: мембрана свинецселективного электрода включает соединения при следующем соотношении компонентов масс. %:

Поливинилхлорид (ПВХ) 31,89 Диоктилсебацинат (ДОС) 63,81 Диантипирилметан (ДАМ) 2,50 Олеиновая кислота (О.К) 1,80

Способ по п. 1, отличается тем, что диантипирилметан, в состав которого входят лиганды, содержащие атомы азота, образуют комплекс с ионами свинца (со средней устойчивостью = 3.21), а мешающие ионы тяжелых металлов связываются в более устойчивые аммиакатные комплексы.

Технология приготовления мембраны.

Предварительно взвешенные навески на аналитических весах и взятые аликвоты микропипетками компонентов мембраны добавляли в стеклянный бюкс в строго определенном порядке:

- электродоактивное вещество (15, 84 мг) - пластификатор (407,6 мкл) - полимер матрицы мембраны (185,4 мг) - растворитель (1,84 мл) - ионная добавка (11,51 мг)

Процесс приготовления мембраны состоял в первоначальном растворении электродоактивного вещества в пластификаторе. Затем добавляется ПВХ, при этом пластификатор обволакивает частицы порошка ПВХ, препятствуя их слипанию при растворении. Затем к приготовленной массе приливают растворитель-тетрагидрофуран (ТГФ), плотно закупоривают крышкой и энергично встряхивают до полного растворения компонентов смеси. В последнюю очередь вводится ионная добавка в виде его раствора в циклогексаноне, и смесь энергично встряхивают. Внесение ионной добавки в виде раствора в циклогексаноне обеспечивает точность задания концентрации при малой массе вносимого компонента. Порции полученной композиции объемом 2 мл заливали в тефлоновые чашки диаметром 30 мм, накрывали фильтровальной бумагой, поверх которой накладивали тефлоновую крышку для замедления испарения ТГФ, и оставляли на сутки и более. После испарения растворителей получались мембраны толщиной 500 мкм, которые впоследствии использовались для изготовления ИСЭ. Состав апробированных ПВХ-пластифицированных мембран представлен в табл. 1

Зависимость электродного потенциала свинецселективного электрода с оптимизированным составом мембраны от активности ионов свинца представлена на рисунке 1.

Технический результат, достигаемый изобретением, поясняется результатами лабораторных исследований, проведенных на кафедре аналитической и фармацевтической химии химического факультета Дагестанского государственного университета.

Изучены основные потенциометрические характеристики предлагаемого электрода. Измерения проводили при рН 3. Более высокое значение кислотности среды приводит к гидролизу ионов свинца, а более низкое - к влиянию ионов водорода на потенциал электрода. Интервал линейности электродной функции составляет 1×10^-5-1×10^-1 М. крутизна 29,46±1 мВ/рС (рис. 1).

Определены значения коэффициентов селективности по отношению к некоторым d-элементам и щелочным и щелочно-земельным металлам. Большое влияние на отклик мембран оказывают ионы цинка, кадмия, ртути и меди, что влечет к использованию различных маскирующих агентов при потенциометрическом анализе в присутствии данных ионов. Для повышения селективности мембраны к ионам свинца в анализируемый раствор вводили 0.1 М раствор аммиака для связывания ионов Сu²⁺, Zn²⁺, Hg²⁺ и Cd²⁺ в более прочные аммиакатные комплексы (табл. 2.)

Ионы свинца не образуют аммиакатных комплексов. Значение константы устойчивости комплекса диантипирилметана с ионами свинца составляет 4,21.

Ионы некоторых щелочных и щелочно-земельных металлов не оказывают влияния на отклик мембраны, из чего следует что данный сенсор можно применять в жесткой воде, а также в морских водах (рис. 2).

Проведенные экспериментальные исследования подтверждают ожидаемые результаты:

- оптимизирован состав свинецселективной мембраны;

- полученный электрод можно успешно использовать в химических лабораториях для определения активности ионов свинца в различных технологических растворах.

К преимуществам изобретения относится:

- существенная химическая устойчивость пленочной мембраны в различных реакционных средах;

- повышение селективности (избирательности) к ионам свинца в присутствии 10 мл 0.1 M раствора аммиака;

- расширение линейной области функционирования электрода.

Литература

1. Ю.Г. Власов, Е.А. Бычков, Н.В. Белякова, А.В. Легин, З.У. Борисова. Состав мембраны халькогенидного стеклянного электрода для определения ионов свинца. SU 1497554 А1.

2. Ю.А. Золотов, Л.К. Шпигун, Е.А. Новиков, А.А. Формановский. Мембрана ионселективного электрода для потенциометрического определения свинца. SU 1254363 А1.

3. Г.П. Ушангишвили, В.А. Долидзе, А.Н. Хуцишвили, А.Г. Родичев, В.Г. Крунчак. Состав мембраны ионселективного электрода для определения ионов свинца 676918. Заявлено 01.03.76 (21) 2331247/18-25.

4. Ю.Г. Власов, Е.А. Бычков, А.В. Легин Состав халькогенидной стеклянной мембраны электрода для определения ионов свинца. SU 1583820 А1. Заявлено: 4499632/31-25, 31.10.1988

5. Е.Н. Пятова, А.В. Копытин, Е.Г. Ильин, В.Е. Баулин, А.Ю. Цивадзе, Е.Н Цветков, Ю.А Буслаев. Мембрана свинецселективного электрода. RU 2054666 С1. Заявка: 93045343/25, 23.09.1993.

6. Г.С. Захарова, Н.В. Подвальная. Состав мембраны ионселективного электрода для определения ионов свинца. RU 2470289 С1. Заявка: 2011129520/28, 15.07.2011.

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. Также предложен способ изготовления этой мембраны, в котором диантипирилметан, в состав которого входят лиганды, содержащие атомы азота, образуют комплекс с ионами свинца (со средней устойчивостью = 3.21), а мешающие ионы тяжелых металлов связываются в более устойчивые аммиакатные комплексы. Технический результат заключается в расширении линейной области функционирования электрода, снижении времени отклика и повышении чувствительности определения ионов свинца, а также в существенной химической устойчивости пленочной мембраны в различных реакционных средах. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Мембрана свинецселективного электрода, включающая соединения при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливинилхлорид (ПВХ) 31,89 Диоктилсебацинат (ДОС) 63,81 Диантипирилметан (ДАМ) 2,50 Олеиновая кислота (О.К) 1,80

2. Способ получения мембраны свинецселективного электрода по п. 1, отличающийся тем, что диантипирилметан, в состав которого входят лиганды, содержащие атомы азота, образуют комплекс с ионами свинца (со средней устойчивостью = 3.21), а мешающие ионы тяжелых металлов связываются в более устойчивые аммиакатные комплексы.