РАСТВОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АНОДНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕКТРОДОВ ИЗ СЕРЕБРА Российский патент 2021 года по МПК C23F13/16 G01N27/28 

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлов, в частности к анодной обработке серебра, и может быть использовано при изготовлении электродов для медицинской диагностики.

При изготовлении поверхностных электродов для регистрации биопотенциалов в качестве материала токопроводящего слоя чаще всего используют серебро, на поверхность которого наносят потенциалопределяющий слой хлорида серебра. Для формирования такого активного слоя используют как химические, так и электрохимические методы. Образующаяся при этом электрохимическая система представляет собой хлоридсеребряный электрод, получивший широкое применение для потенциометрических измерений в качестве электрода сравнения.

Одним из способов формирования на поверхности серебра слоя AgCl является электрохимическое окисление серебра в хлоридсодержащих растворах.

Известен насыщенный раствор хлорида калия для электрохимической обработки серебра [А.с № 1603285 СССР; G01N 27/28. Способ изготовления электрода сравнения / Видревич Марина Борисовна, Давыдов Владимир Никифорович, Осипов Леонид Валерьянович, Силин Ренгольд Иванович, Давыдова Наталия Николаевна; заявитель Уральский политехнический институт им. С.М. Кирова; № 4611203, заявл. 01.12.1988; опубл. 30.10.1990, Бюл. № 40].

Недостатком применяемого раствора является высокая концентрация хлорида калия в насыщенном растворе - 32,4 г в 100 г воды при 20°С (Справочник химика, том 2, Л.: Химия, 1964. С.88), что требует большого расхода воды для отмывки пористых электродов.

Известен раствор для электрохимической обработки центрального элемента из серебра концентрического игольчатого электрода, содержащий 21 мл концентрированной хлористоводородной кислоты (37%) в 500 мл деминерализованной воды. Режим обработки: температура 20-25°С, время 41-824 с, плотность тока 4,9 мА/см². [Patent WO 01/89378 A1, International Patent Classification: A61B 5/0492, International Application Number: PCT DK01/00357, International Publication Date: 29.11.2001].

Недостатком раствора является использование агрессивной хлористоводородной кислоты для его приготовления и повышенный уровень шумов электрода при измерениях.

Наиболее близким аналогом, по совокупности признаков и достигаемому результату, т.е. прототипом, является раствор хлористого натрия с концентрацией 1-10%, применяемый для формирования слоя хлористого серебра на поверхности пористого серебра путем анодной поляризации при плотности тока 0,5-1,0 мА/см² в течение 10-15 мин [А.с. № 1659827 СССР, МКИ G01N 27/28. Способ изготовления электрода сравнения / Федотов Николай Андреевич, Степанов Анатолий Иванович, Савина Галина Васильевна; заявитель Предприятие п/я М-5068. - № 4678150, заявл. 20.03.1989; опубл. 30.06.1991, Бюл. № 24].

Недостатком раствора является повышенное сопротивление поверхностного слоя, формирующегося на серебре, что приводит к снижению точности измерений.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений биоэлектрических потенциалов с использованием поверхностных электродов за счет уменьшения полного сопротивления электрода, дрейфа электродного потенциала и уровня шумов.

Указанный результат достигается тем, что в раствор для электрохимической анодной обработки поверхности электродов из серебра, содержащий хлорид натрия, согласно изобретению, дополнительно вводят уксусную кислоту и этиловый спирт при следующем соотношении компонентов (г/л):

Натрий хлористый 10-20 Кислота уксусная 5-10 Спирт этиловый 8-16 Вода до 1 л

Технический результат достигается за счет того, что уксусная кислота облегчает процесс анодного окисления серебра вследствие образования ацетата серебра в качестве промежуточного продукта электрохимической реакции, обладающего большей растворимостью по сравнению с хлоридом серебра. Произведения растворимости ацетата серебра и хлорида серебра составляют соответственно 4⋅10^-3 и 1,78⋅10^-10 [Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Химия. 1989. С. 70].

Облегчение травления серебра в присутствии уксусной кислоты способствует формированию более развитой поверхности электрода, что способствует снижению его полного сопротивления и уровня шумов при измерениях биопотенциалов. Этиловый спирт обеспечивает снижение поверхностного натяжения раствора и способствует улучшению структуры формирующегося потенциалопределяющего слоя.

Для осуществления изобретения использовались следующие вещества.

Натрий хлористый (х.ч.) ГОСТ 4233-77, химическая формула NaCl, температура плавления 800,8°С, хорошо растворим в воде (Справочник химика, том 2, Л.: Химия, 1964. С.147).

Кислота уксусная для пищевой промышленности, ГОСТ Р 55982-2014, химическая формула С₂Н₄О₂, температура плавления 16,6°С, растворимость в воде не ограничена (Справочник химика, том 2, Л.: Химия, 1964. С.1020).

Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья высшей очистки, ГОСТ 5962-2013, химическая формула С₂Н₆О, температура плавления –114,3°С, растворимость в воде не ограничена (Справочник химика, том 2, Л.: Химия, 1964. С.1144).

Изобретение осуществляют следующим образом.

Пример 1.

Для приготовления раствора электрохимической модификации 10 г натрия хлористого, 5 г кислоты уксусной и 8 г спирта этилового последовательно растворяли в 500 мл дистиллированной воды при температуре 25°С. Затем объем раствора доводили до 1 л дистиллированной водой.

Примеры с другими значениями концентраций приведены в таблице 1.

Таблица 1

Компоненты Примеры Концентрация, г/л 1 2 3 Натрий хлористый 10 15 20 Кислота уксусная 5 7 10 Спирт этиловый 8 12 16

Электрохимическому окислению в растворах с различным соотношением компонентов (таблица 1) подвергали по 5 поверхностных отводящих электродов с рабочим элементом из серебра марки Ср 99,99 ГОСТ 6836-2002 площадью 0,8 см². Образцы предварительно обезжиривали этиловым спиртом и промывали проточной водой. Процесс электрохимического окисления поверхности проводили в сосуде объемом 100 мл без перемешивания. В качестве противоэлектрода использовали платину. Режим электрохимического окисления: анодная плотность тока 4-5 мА/см², температура 20-25°С, продолжительность обработки 3-5 мин.

Отмывка электродов от раствора осуществлялась проточной, а затем дистиллированной водой, после чего следовала сушка в потоке теплого воздуха. В качестве сравнения были также электрохимически обработаны аналогичные образцы в количестве 5 штук в растворе - прототипе.

После электрохимического окисления все образцы подвергались испытаниям в соответствии с ГОСТ 25995-83 с использованием в качестве электродного контактного вещества 0,9% раствора натрия хлористого. Параметры электродов регистрировали с помощью потенциостата с модулем измерения импеданса P-40Х + FRA-24M, Россия.

Результаты испытаний образцов после обработки в растворе - прототипе и в предлагаемых растворах представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Показатель Раствор прототип Заявляемый раствор 1 2 3 Дрейф потенциала, мВ 2,1 1,0 1,1 0,9 Напряжение шума, мкВ 15 9 7 8 Полное сопротивление электрода, Ом 28 20 18 19 Время готовности, мин. 5 3 2 2

Из представленных в таблице данных следует, что формирование активного слоя путем анодного окисления серебра в предлагаемых растворах обеспечивает улучшение рабочих параметров поверхностных отводящих электродов, а именно, уменьшение дрейфа потенциала, полного сопротивления электрода, уровня шума и времени готовности на 30-50% по сравнению с обработкой в растворе-прототипе.

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлов, в частности к анодной обработке серебра, и может быть использовано при изготовлении электродов для медицинской диагностики. Раствор содержит, г/л: натрий хлористый 10-20, кислоту уксусную 5-10, спирт этиловый 8-16, воду до 1 л. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений биоэлектрических потенциалов с использованием поверхностных электродов за счет уменьшения полного сопротивления электрода, дрейфа электродного потенциала и уровня шумов. 2 табл., 1 пр.

Раствор для электрохимической анодной обработки поверхности электродов из серебра, содержащий хлорид натрия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит уксусную кислоту и этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, г/л:

натрий хлористый 10-20 кислота уксусная 5-10 спирт этиловый 8-16 вода до 1 л