Кислородный электрод Советский патент 1985 года по МПК C25B11/12 

00

1

|

со

00 Изобретение относится к электрохимии , а именно к созданию электродов для электрохимических ячеек, и может быть использовано для элект родов электрохимических датчиков на кислород. Известен кислородный электрод-, включающий углеродистую подложку с нанесенным на нее катализатором органическим комплексом металла, а именно полимером фталрцианина кобальта или железа fll. Недостатком известного кислородного электрода является его низкая .активность в нейтральных среЦель изобретения - повьшение активности электрода в нейтральных средах. Поставленная цель достигается кислородным электродом, включающим углеродистую подложку с нанесенным на нее катализатором, причем в качестве катализатора используют фермент - лакказу. Данный электрод изготавливают путем погружения углеродистой подложки, например сажи, с поверхностью 100-250 в раствор лакказы 10 моль/л с концентрацией 10 при рН 4,5 - 5,5. Лакказа (и-дифенолгО - оксидоредзгктаза, ФК 1.10.3.2.) является окислительно-восстановительным ферментом. Молекула лакказы имеет молекулярный вес около 60 000 и вьщелена из грибков. В состав активного центра лакказы входит 4 ато ма меди, связанных с белковой глобулой. Лакказа является весьма стабильным фермеитом и может храниться в нейтральных буферных растворах в течение нескольких месяцев. При Адсорбционной иммобилизации, которая протекает необратимо, лакказа сохраняет около 20% активности, а стабильность возрастает. В качестве подложки для адсорбци онной иммобияиэащеи могут быть непользованы пирографит, стеклоуглеро уголь и сажа, однако наибольшее значение стационарного потенциала устанавливается на электроде из сажи. Значения стационарных потенциалов в атмосфере кислорода составляют 1,05, 1,08, 1,10 и 1,20 В соответственно. На электроде прототипа максимальное значение потенциала составляет 0,8 В. Электрод готовят следующим образом. На пирографитовый стержень (диаметр 1 мм, длина 15 мм) наносят сажу (100 ) в смеси со фторопластовым лаком и ацетоном. Вес фторопласта составляет 15% от веса сажи (4-5 мг). Полученный злектрод погружают в раствор лакказы в 0,15 М ацетатном буферном растворе с рН 5,0. Концентрация лакказы составляет моль/л. Адсорбцию лакказы проводят в течение 24 ч при комнатной температуре. Стационарный потенциал такого электрода составляет 1,2 В, что близко к равновесному потенциалу кислородного электрода. Полученный злектрод испытьгоают в ацетатном буферном растворе (0,3 М) с рН 5,0 при плотности тока 180 мкА/см. В течение 50 ч работы при указанной плотности тока потенциал электрода уменьшился на 10% относительно потенциала начала поляризации, и составил 1,11 В. (Все значения потенциалов приведены относительно водородного электрода в том же растворе). Выбор в качестве носителя сажи обусловлен тем, что сажа с поверхностью 100-250 обладает высокой емкостью по белку.Увеличение поверхности носителя не приводит к увеличению емкости по белку из-за того, что с малым диаметром (менее 100 А) недоступны для адсорбции белка. Сажа с поверхностью менее 100 М /г имеет малую емкость по белку. Адсорбцию ферм- нта осуществляют иэ раствора с концентрацией 10 10 моль/л. Нижний предел концентрации обусловлен малой скоростью адсорбции белка на электрод из разбавленного раствора, а верхний пределом растворимости фермента. Оптимальные значения рН составляют 4,5-5,5, потому что именно в этой области рН фермент (лакказа) обладает наибольшей стабильностью и активностью. Основные преимущества предложенного кислородного электрода: 1. Впервые реализован равновеснь(й кислородный потенциал на электроде. 3 . 8 в не11тральном растворе. Потенциал, устанавливающийся на электродах, активированных органическими комплексами по прототипу на 0,4 В отрицательнее. 2. Электровосстановление кислорода ка данном электроде протекает при потенциалах на 0,4 В более положительных, чем на электродах прототипа. Следует также отметить, что в присутствии лакказы электровос779804, тановлёние кислорода протекает непосредственно до воды, минуя промежуточное образование перекиси водорода. 5 зжи°й особенностью кислородного электрода на основе лакказы является его селективность по отношению к кислороду, что позволяет рекомендовать его для использования, ю в электрохимических датчиках на кислород.

1. КИСЛОРОДНЫЙ ЭЛЕКТРОД, включающий углеродистую подложку с нанесенным на нее катализатором, отличающийся тем, что, с целью повышения активности электрода в нейтральньпс средах, в качестве катализатора используют фермент лакказу. 2. Кислородньтй электрод по п. 1, отличающийс я тем, что испйльзуют углеродистую подложку с поверхностью 100-250 м/г.