Способ приготовления высокостабильного чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода



Способ приготовления высокостабильного чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода
Способ приготовления высокостабильного чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода

 


Владельцы патента RU 2442976:

Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по науке и инновациям (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "РУСЕНС" (RU)

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине и описывает способ неинвазивного потенциометрического определения оксидант/антиоксидантной активности биологических тканей, включающий введение исследуемого объекта в контакт с электропроводящей средой, содержащей медиаторную систему и оценку оксидант/антиоксидантной активности по изменению разности потенциалов на электродах, введенных в электропроводящую среду, при этом электропроводящая среда представляет собой гель, содержащий в качестве медиаторной системы пару химических соединений, содержащих элемент в разных степенях окисления, при этом электроды через гель контактируют с исследуемым объектом, а оксидант/антиоксидантную активность определяют по формулам.
Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к вольтамперометрическим способам количественного определения гормонов. .

Изобретение относится к медицине и описывает способ инверсионно-вольтамперометрического определения бензилпенициллина, включающий приготовление раствора меди (II) и определение ее концентрации после предварительного электровосстановления по высоте пика анодного растворения, где медь (II) переводят в комплексное соединение с бензилпенициллином, и определение бензилпенициллина проводят по разности между первоначальной концентрацией ионов меди (II) (Сн) и остаточной концентрацией ионов меди (II), не вступивших в реакцию с бензилпенициллином (Со ), в присутствии фонового электролита муравьиной кислоты, описываемой формулой CPen=2·(Сн-Со).

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использованы для высокоточного определения различных физических свойств (плотности, концентрации, смеси веществ, влагосодержания и др.) веществ (жидкостей, газов), находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.) и перемещаемых по трубопроводам.

Изобретение относится к устройствам для анализа воды по следующим характеристикам: мутности, цветности, температуре, результатам седиментационного анализа, электропроводности, вязкости, электрофоретической подвижности, дзета-потенциалу частиц взвеси, химической потребности в кислороде, содержанию хлора, водородному показателю и редокс-потенциалу и может быть использовано для мониторинга водных объектов, технического и питьевого водоснабжения.

Изобретение относится к способам определения различных термодинамических и условных констант равновесия неорганических и органических веществ, которые применяются в теоретической и практической области химии.

Изобретение относится к аналитическому контролю молекулярного кислорода в теплоносителе и в контурах под давлением с водным теплоносителем, в том числе в контурах исследовательских и энергетических реакторов, входящих в их состав петлевых установок, других ядерно-энергетических установок (ЯЭУ) с азотной компенсацией давления и реакторов типа ВВЭР с паровой компенсацией давления.
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для диагностики жидких диэлектриков. .
Изобретение относится к аналитической химии органических соединений применительно к анализу фармацевтических средств и препаратов для спортивного питания. .

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для анализа материалов с помощью биохимических электродов. .
Изобретение относится к медицине, онкологии и гематологии и может быть использовано для определения кардиотоксических осложнений у больных хроническим лимфолейкозом, получающих полихимиотерапию
Изобретение относится к области биотехнологии и пищевой промышленности, в частности к способу получения аналитического устройства - биосенсорного электрода, который может быть использован для определения содержания моно- и полисахаридов в углеводсодержащем растительном сырье и промежуточных продуктах на разных стадиях технологического процесса

Изобретение относится к фармацевтической химии и может быть использовано для количественного определения антиоксиданта коэнзима Q10 в субстанции
Изобретение относится к области биологии, а именно к физиологии растений, и может быть использовано для экспресс-способа ионометрического определения содержания калия в листьях и распределения его по физиологическим пулам

Изобретение относится к способам анализа двухкомпонентных структур на основе кремния и может использоваться в электронной промышленности

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам контроля окисленности шлака и металла при выплавке сплавов на основе железа в электродуговых печах переменного тока

Изобретение относится к физическим методам исследования состояния воды в биообъектах, в том числе тканях живых животных, и представляет интерес для биофизики, биологии, медицины, решения ряда проблем «Экологии человека»

Изобретение относится к способу определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ

Изобретение относится к электрохимическим способам определения концентрации элементов в водных растворах, может быть использовано в промышленности при анализе растворов, в контроле объектов окружающей среды, пищевых продуктов и других объектов, особенно в непрерывных и автоматических измерениях, а также для амперометрического детектирования в жидкостной хроматографии
Наверх