Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов таллия в водных растворах

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, в частности к потенциометрическому способу определения концентрации ионов таллия в растворах, и касается состава мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов таллия в водных растворах. Состав мембраны химического сенсора включает в качестве чувствительной мембраны халькогенидное стекло, где халькогенидное стекло содержит в качестве потенциалопределяющего вещества иодид таллия в количестве 20-30 мол. %, в качестве ионно-электронного проводника селенид серебра в количестве 20-30 мол. %, а в качестве стеклообразователя селенид мышьяка в количестве 40-60 мол. %. Изобретение обеспечивает увеличение ресурса и улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы таллия в кислых средах. 1 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, в частности к способу определения концентрации ионов таллия в растворах.

Известны химические сенсоры (ионоселективные электроды) с прессованными поликристаллическими мембранами на основе смеси 30 мол. % ТП - 70 мол. % AgI, полученной методом соосаждения из растворов [1].

Известен также состав прессованных мембран ионоселективных электродов для определения ионов таллия, где в качестве электродноактивного вещества используют гексаиодомеркурат таллия (Tl4HgI6), а также иодид ртути (HgI2) в соотношении компонентов 25-30 мол. % Tl4HgI6 и 70-75 мол. % HgI2 [2]. В более поздней работе был предложен несколько модифицированный состав мембран 40 мол. % Tl4HgI6 и 60 мол. % Ag2S [3] с пределом обнаружения 4⋅10-5 М. К недостаткам вышеупомянутых таллийселективных электродов можно отнести тот факт, что пределы обнаружения для них не превышают 4⋅10-4-4⋅10-5 М, что определяется, в частности, относительно высокой растворимостью таких соединений, как TlI и Tl4HgI6, даже в слабокислых средах (рН>2,5). К недостаткам вышеназванных составов мембран для таллийселективных сенсоров можно отнести также относительно невысокий срок службы около 6 месяцев.

Существенно лучшими аналитическими характеристиками обладают мембранные материалы на основе халькогенидных стекол, содержащих таллий и обладающих высокой ионной составляющей проводимости и, что особенно важно, высокой устойчивостью в кислых средах.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является мембрана сенсора на основе халькогенидного стекла состава As2S3-Ag2S-TlI, физико-химические свойства которого были подробно изучены в работах [4].

К недостатками указанных мембранных материалов относится недостаточно широкая область стеклообразования, где образцы состава 40 мол. % TlI - 30 мол. % Ag2S - 30 мол. % As2S3 представляют собой стеклокристаллы; особенно большим недостатком являются также процессы окисления поверхности при длительном контакте с измеряемым растворами. Это приводит к ухудшению предела обнаружения и крутизны электродной функции с 57 до 45 мВ/рТ1.

Технический результат заявленного изобретения - увеличение ресурса работы и улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы таллия в кислых средах.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве ионно-электронного проводника выбран селенид серебра, в качестве стеклообразователя - селенид мышьяка, а в качестве электродноактивного вещества - иодид таллия, что обеспечивает высокую устойчивость мембранного материала и, как следствие, приводит к улучшению характеристик чувствительности и точности определения ионов таллия.

Кроме этого, указанный технический результат достигается также оптимальным экспериментально апробированным соотношением компонентов халькогенидного стекла, содержащим: иодид таллия (20-30 мол. %) - потенциалопределяющее вещество; селенид серебра (20-30 мол. %) - ионно-электронный проводник; селенид мышьяка (40-60 мол. %) - стеклообразователь.

Заявленное изобретение было апробировано в Санкт-Петербургском государственном университете на лабораторной базе Института Химии в режиме реального времени.

При этом были использованы: иономер (Mettler Toledo S40) с входным сопротивлением 1011 Ом для измерения потенциалов ячейки. В качестве растворов для построения градуировочных графиков применяли: а) 10-1-10-6 моль⋅л-1 TlNO3, б) 10-1-10-6 моль⋅л-1 TlNO3 с постоянной ионной силой 0.1 по KNO3. Определение коэффициента селективности для Tl-селективных сенсоров проводились методом биионных потенциалов в смешанных растворах. Для этого использовались раствор 0,1 М TlNO3 и 0,1 М растворы, содержащие мешающие ионы тяжелых металлов: Cu(NO3)2, Ni(NO3)2, Cd(NO3)2, Pb(NO3)2.

Ниже приведены конкретные примеры апробации.

Пример 1

Стекла системы TlI-Ag2Se-As2Se3 были синтезированы из исходных веществ Ag2Se и TlI квалификации (х.ч.) и полученного нами As2Se3.

Селенид мышьяка As2Se3 был синтезирован по следующей методике. Ампулу с навесками мышьяка и селена общей массой 10-35 г нагревали до 400-450°C. При этой температуре расплав выдерживали не менее суток для прохождения гетерогенной реакции взаимодействия мышьяка с селеном. Затем температуру повышали до 850-900°C, при этой температуре выдерживали в течение 10-12 часов. Закалку проводили от 800°C на воздухе. Все стекла четырех составов (навески - 3 г в кварцевых ампулах при остаточном давлении ≈0.1 Па) получали в следующем режиме: температуру печи с образцами медленно поднимали до 450°C, ампулы выдерживали 6-8 ч, после чего температуру повышали до 950°C, при которой расплав выдерживали около суток и перемешивали через каждые 2 ч. Далее температуру снижали до 600°C и расплав выдерживали в ампулах в течение 4-5 ч. Закалку проводили от 600°C со скоростью 100°C/с. Контроль стеклообразного состояния осуществляли с помощью рентгенофазового анализа.

Таким образом, были получены таллийсодержащие халькогенидные стекла четырех составов со следующим содержанием TlI, Ag2Se и As2Se3 в мол. %, соответственно: 1) 10-40-50; 2) 20-30-50; 3) 30-20-50; 4) 40-10-50.

Исследование температурных зависимостей электропроводности образцов выполнено методом импедансной спектроскопии на установке «Novocontrol Concept 40». Диапазон частот 20 МГц-10 Гц, для температурного интервала 0-120°C.

Пример 2. Заявленное изобретение поясняется зависимостью электродной функции таллийселективного сенсора с мембраной на основе халькогенидного стекла в системе TlI-Ag2Se-As2Se3.

Пример 3. Заявленное изобретение поясняется таблицей, на которой представлены результаты определения коэффициентов селективности таллиевых сенсоров с халькогенидными стеклянными мембранами на основе TlI-Ag2Se-As2Se3.

Пример 4. Заявленное изобретение поясняется зависимостью потенциала Е (мВ), таллийселективного сенсора, состава мембраны 30 мол. % ТП-20 мол. % Ag2Se - 50 мол. % As2Se3, от рН исследуемого раствора при постоянных концентрациях потенциалопределяющего иона (моль⋅л-1): 10-1 TlNO3; 10-2 TlNO3; 10-3 TlNO3.

Результаты апробаций, как это подтверждено приведенными выше примерами, подтверждают увеличение ресурса работы и улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы таллия в кислых средах. После проведения калибровок сенсоры на ионы таллия были использованы для измерения в ряде лабораторных сред, при этом погрешности измерений составляли 4-6%, для растворов 10-5-10-6 М, погрешность не превышала 15%.

Технико-экономическая значимость заявленного изобретения состоит, как видно из примеров апробации, в возможности измерения концентрации таллия в пробе раствора в течение 5-10 мин; возможно определение таллия в растворах в полевых условиях, т.к. портативный комплект для измерений состоит из сенсора на таллий, электрода сравнения, калибровочных растворов и иономера - общий вес комплекта составляет 3 кг.

На сегодняшний день ионоселективные электроды (химические сенсоры) с заявленным составом мембраны не известны заявителю и автором ни из научной литературе, ни из патентных источников информации. Существенное увеличение ресурса работы заявленного изобретения, а также улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы таллия в кислых средах приводит к увеличению предела обнаружения, все эти новые и эффективные по сравнению с мировыми аналогами преимущества позволяют отнести заявленное изобретение к импортозаменяющим объектам техники.

Источники информации

1. United States Patent 5344547.

2. Авторское свидетельство СССР №800858.

3. Ermolenko, Yu.E., Kalyagin, D.S., Subbotina, S.N., Kolodnikov, V.V., Vlasov, Yu.G. «Thallium-selective sensor with a membrane based on Tl4HgI6 ionic conductor», Russian Journal of Applied Chemistry, Volume 86, Issue 2, Pages 192-199, 2013.

4. Yuri Ermolenko, Dmtrii Kalyagin, Igor Alekseev, Eugene Bychkov, Vasily Kolodnikov, Natalia Melnikova, Igor Murin,Yuri Vlasov, Yulia Mourzina. New membrane material for thallium (I)-selective sensors based on arsenic sulfide glasses // Sensors and Actuators, B: Chemical, Vol. 207, 2015. P. 940-944 (прототип).

Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов таллия в водных растворах, включающий в качестве чувствительной мембраны халькогенидное стекло, отличающийся тем, что халькогенидное стекло содержит в качестве потенциалопределяющего вещества иодид таллия в количестве 20-30 мол. %, в качестве ионно-электронного проводника селенид серебра в количестве 20-30 мол. %, а в качестве стеклообразователя селенид мышьяка в количестве 40-60 мол. %.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к устройствам для выявления утечек аммиака и может быть использовано в областях химической и холодильной промышленностей, в сфере производства удобрений и аммиака, а также для контроля воздушной среды в производственных помещениях.

Группа изобретений относится к области обнаружения воздействия воды, а именно к этикеткам, указывающим на воздействие жидкостей. Клейкое изделие для обнаружения воздействия воды включает в себя слой, поглощающий жидкость, включающий первую основную поверхность и вторую основную поверхность; слой чувствительного к давлению клея, расположенный под второй основной поверхностью поглощающего слоя; прозрачное поверхностное покрытие; а также слой мигрирующего красителя.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способу изготовления индикаторной пластины, и может быть использовано в системе контроля за содержанием металлов-загрязнителей в растительном сырье.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно изготовлению индикаторных составов для изготовления индикаторной ленты с последующим фотоколориметрическим измерением для определения формальдегида в воздухе.

Изобретение относится к химмотологии, а именно к химическим индикаторам на твердофазных носителях для определения компонентов ракетных, авиационных и автомобильных топлив, и может быть использовано для экспрессного обнаружения утечки гидразиновых ракетных горючих на месте сварных швов и соединительных стыков трубопроводов, резервуаров и аппаратуры.

Изобретение относится к области нанотехнологий, а также может быть использовано в биологии, медицине, гетерогенном катализе. Способ определения концентрации адсорбатов наночастиц (НЧ) серебра на поверхности нанопористого кремнезема включает приготовление раствора исследуемого вещества, извлечение исследуемого вещества из раствора сорбентом, измерение интенсивности флуоресценции органолюминофора в присутствии исследуемого вещества, определение неизвестной поверхностной концентрации исследуемого вещества по градуировочному графику, где в качестве сорбента используют немодифицированный кремнезем, в качестве адсорбата - монодисперсные наночастицы серебра и молекулы органолюминофора - Родамина 6Ж, интенсивность флуоресценции измеряют при возбуждении на плазмонной длине волны 420 нм, измерение проводят при комнатной температуре.

Группа изобретений относится к санитарии и гигиене и может быть использована для датчиков увлажнения, применяемых для определения присутствия жидкости на водной основе в изделии для личной гигиены.

Изобретение относится к контролю качества углеводородных топлив. Содержание монометиланилина (ММА) в углеводородных топливах определяют по цветовому переходу индикаторного тестового средства после контактирования с анализируемой пробой.
Изобретение относится к аналитической химии, а именно к аналитическим реагентам, которые позволяют определять содержание ферроцена в бензине. Реагент для количественного спектрофотометрического определения ферроцена в бензине содержит окислитель, воду, катализатор, в качестве которого используют хлороводородную кислоту, и полярный органический растворитель с диэлектрической проницаемостью от 20 до 35 при 25°С при следующем содержании компонентов, мас.%: окислитель 0,016÷2,297; хлороводородная кислота 0,1⋅10-5÷0,2⋅10-3; вода 0,096÷1,264; полярный органический растворитель – остальное.

Изобретение может быть использовано для полуколичественного определения марганца(II) и меди(II) в водных растворах, в частности в природных и сточных водах в полевых условиях.

Настоящая заявка относится к маркирующей метке для бензинов, представляющей собой гидроксилсодержащие производные ароматического ряда, в которых гидроксильная группа соединена непосредственно с ароматическим ядром, выбранные из ряда резорцина, 4-гексилрезорцина или β-нафтола. Предлагаемую метку можно использовать в незначительных концентрациях, что обеспечивает отсутствие ее влияния на эксплуатационные свойства маркируемых бензинов. 3 ил., 4 пр.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно изготовлению индикаторных растворов для изготовления индикаторных лент для фотоколориметрических измерений при определении газообразного аммиака в воздухе. Для этого готовят раствор, содержащий индикатор (бромкрезоловый зеленый), растворитель индикатора (спирт) и стабилизирующую добавку (раствор бисульфата калия (KHSO4) в дистиллированной воде) при следующем соотношении компонентов, мас.%: Бромкрезоловый зеленый 0,05-0,2 Бисульфат калия (KHSO4) 0,7-1,2 Спирт этиловый 18-25 Вода дистиллированная остальное Указанный состав используется для изготовления индикаторной хроматографической бумаги, регистрирующей изменение желтой окраски на зеленую при взаимодействии с аммиаком в течение 2-3 мин. Через 10 мин индикаторная лента самопроизвольно возвращает исходный желтый цвет. Изобретение обеспечивает применение химически стойкого, нетоксичного раствора с селективной цветной реакцией на газообразный аммиак в воздухе для изготовления индикаторных лент. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил., 3 пр.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в практике аналитических, агрохимических, медицинских лабораторий. Осуществляют концентрирование микроэлементов для последующего аналитического определения путем соосаждения с диантипирилметаном, образующим в системе вода - минеральная кислота - тиоцианат аммония коллектор дитиоцианат диантипирилметания. Соосаждение микроэлентов ведут при оптимальной концентрации ионов водорода в интервале 0,05-2,0 моль/л и тиоцианат-ионов в интервале 0,05-2,0 моль/л. Обеспечивается уменьшение токсичности и повышение устойчивости анионного фона водного раствора к действию внешних факторов, повышение эффективности извлечения и расширение перечня извлекаемых ионов металлов. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к устройствам исследования и анализа небиологических материалов химическими индикаторными средствами с целью экспрессного обнаружения в контактно отбираемой пробе следов взрывчатых веществ (ВВ), в том числе, при проведении обследований во внелабораторных условиях. Комплект экспресс-тестов на наличие взрывчатых веществ состоит из переносного пластмассового контейнера, снабженного внутренним амортизационным вкладышем с функциональными углублениями, включающими углубления для установки микроколонок, размещенные в углублениях флаконы с растворами, а также микроколоночные тест-системы выявления наличия хлоратов и перхлоратов, футляры с рулонами лент реактивных индикаторных материалов, содержащих иммобилизованные на поверхности носителя реагенты, при этом футляры с рулонами лент реактивных индикаторных материалов состоят из изготовленных из упругого инертного материала в форме полых цилиндров корпуса с плотно прилегающей по цилиндрической поверхности коаксиальной крышкой, причем боковые стенки футляров имеют продольные щели, через которые продет край ленты, а кроме того, корпус и крышка имеют взаимную угловую подвижность вокруг оси, обеспечивающую при совмещении их продольных щелей по одной линии до образования открытого окна функцию открывания футляра с высвобождением края ленты, или при взаимном перекрытии их продольных щелей функцию герметизации футляра с фиксацией края ленты. Достигается повышение безопасности использования и упрощение эксплуатации. 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, в частности к потенциометрическому способу определения концентрации ионов таллия в растворах, и касается состава мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов таллия в водных растворах. Состав мембраны химического сенсора включает в качестве чувствительной мембраны халькогенидное стекло, где халькогенидное стекло содержит в качестве потенциалопределяющего вещества иодид таллия в количестве 20-30 мол. , в качестве ионно-электронного проводника селенид серебра в количестве 20-30 мол. , а в качестве стеклообразователя селенид мышьяка в количестве 40-60 мол. . Изобретение обеспечивает увеличение ресурса и улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы таллия в кислых средах. 1 табл., 4 пр.

Наверх