RU2630697C1 - Electrochemical sensor for monitoring air for toxic substance content - Google Patents
Electrochemical sensor for monitoring air for toxic substance content Download PDFInfo
- Publication number
- RU2630697C1 RU2630697C1 RU2016137817A RU2016137817A RU2630697C1 RU 2630697 C1 RU2630697 C1 RU 2630697C1 RU 2016137817 A RU2016137817 A RU 2016137817A RU 2016137817 A RU2016137817 A RU 2016137817A RU 2630697 C1 RU2630697 C1 RU 2630697C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- porous hydrophilic
- background electrolyte
- hydrophilic membrane
- sealed container
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
Abstract
Description
Изобретение относится к мониторингу воздушной среды электрохимическом методом.The invention relates to the monitoring of the air by the electrochemical method.
Определение токсичных веществ (ТВ) в воздухе осложняется тем, что их опасные концентрации, как правило, имеют крайне низкие значения, в связи с чем их своевременное обнаружение весьма затруднительно. Применяемые в настоящее время методы исследования, такие как ИК-Фурье спектрометрия, хромато-масс-спектрометрия и др., являются дорогостоящими, сложными в наладке и требуют высокой квалификации оператора, что существенно затрудняет их использование во внелабораторных условиях и осложняет решение задач непрерывного мониторинга воздушных сред (Ганшин В.М., Чебышев А.В., Фесенко А.В. «Комплексные системы мониторинга токсикологической и экологической безопасности», Специальная техника. 1998. №4-5, С. 2-10).The determination of toxic substances (TB) in the air is complicated by the fact that their hazardous concentrations, as a rule, are extremely low, and therefore their timely detection is very difficult. Currently used research methods, such as IR Fourier spectrometry, chromatography-mass spectrometry, etc., are expensive, difficult to set up and require highly skilled operator, which greatly complicates their use in off-laboratory conditions and complicates the solution of problems of continuous monitoring of airborne environments (Ganshin V.M., Chebyshev A.V., Fesenko A.V. “Integrated systems for monitoring toxicological and environmental safety”, Special equipment. 1998. No. 4-5, P. 2-10).
Для надежного мониторинга ТВ в реальных условиях необходимы портативные, дешевые и простые в эксплуатации сенсоры. К таким сенсорам предъявляется комплекс требований, в первую очередь, по таким характеристикам, как предел обнаружения, быстродействие, длительность функционирования, а также помехозащищенность процесса измерений в реальных условиях.For reliable monitoring of TV in real conditions, portable, cheap and easy-to-use sensors are needed. A set of requirements is imposed on such sensors, primarily in terms of characteristics such as detection limit, speed, duration of operation, and noise immunity of the measurement process in real conditions.
Анализ проблемы показывает, что существующие методические и аппаратурные подходы не обеспечивают контроля неизвестных ТВ в пробах, содержащих ультрамалые количества в концентрациях 10-7-10-10% и ниже.An analysis of the problem shows that the existing methodological and hardware approaches do not provide control of unknown TV in samples containing ultra-small amounts in concentrations of 10 -7 -10 -10 % and lower.
Решение этой задачи возможно путем определения интегральных показателей, таких как химическое потребление кислорода, суммарное содержание фосфор-, сера-, азот- и галогенсодержащих органических соединений.The solution to this problem is possible by determining integral indicators, such as chemical oxygen consumption, the total content of phosphorus, sulfur, nitrogen, and halogen-containing organic compounds.
Во многих развитых странах на основе принятых законодательных актов определение токсичности объектов окружающей среды (вода, воздух, почва и др.) в обязательном порядке предусматривает использование интегральных биотестов. Сюда относят, в первую очередь, тесты с использованием лабораторных животных: мышей, морских свинок и др. Как правило, эти тесты дороги, требуют для своего проведения длительного времени, значительного количества анализируемого материала. Кроме того, данные тесты субъективны в оценке, так как основаны на визуальном подсчете количества погибших организмов. Альтернативой лабораторным животным являются неочищенные ферменты в виде срезов тканей, гомогенатов, а также специально подобранные штаммы микроорганизмов (Данилов B.C., Ганшин В.М. Бактериальные биосенсоры с биолюминесцентным выводом информации. Сенсорные системы. 1997. т. 12, №1, с. 56-67). В качестве примеров можно привести микробные биосенсоры на основе биолюминесцентных бактерий, сенсоры цито- и фитотоксичности, биосенсоры для определения мутагенных и канцерогенных свойств химических соединений на основе мутантного штамма сальмонеллы (тест Эймса) и др. (Ганшин В.М., Данилов B.C. Клеточные сенсоры на основе бактериальной биолюминесценции. Сенсорные системы. 1997. т. 11, №3, с. 245-255).In many developed countries, on the basis of the adopted legislative acts, the determination of the toxicity of environmental objects (water, air, soil, etc.) without fail provides for the use of integrated bioassays. These include, first of all, tests using laboratory animals: mice, guinea pigs, etc. As a rule, these tests are expensive and require a considerable amount of material to be analyzed for their implementation. In addition, these tests are subjective in the assessment, as they are based on a visual calculation of the number of dead organisms. An alternative to laboratory animals is crude enzymes in the form of tissue sections, homogenates, as well as specially selected strains of microorganisms (Danilov VS, Ganshin V.M. Bacterial biosensors with bioluminescent information output. Sensor systems. 1997. v. 12, No. 1, p. 56 -67). Examples include microbial biosensors based on bioluminescent bacteria, cytotoxic and phytotoxicity sensors, biosensors for determining the mutagenic and carcinogenic properties of chemical compounds based on the mutant strain of salmonella (Ames test), etc. (Ganshin V.M., Danilov BC Cellular sensors based on bacterial bioluminescence. Sensory systems. 1997. v. 11, No. 3, pp. 245-255).
Перечисленные биосенсоры имеют серьезные ограничения, связанные с влиянием температуры, недостаточной стабильностью при проведении многократных измерений. К числу ограничений относятся и такие чисто технологические факторы, как сложность в обеспечении серийных поставок сенсоров, необходимость принятия особых мер при хранении, перевозках партий биосенсоров и др. Таким образом, будучи по своей природе интегральными, эти сенсоры не обеспечивают решение задачи непрерывного мониторинга воздуха с целью выявления опасных концентраций летучих ТВ.The listed biosensors have serious limitations associated with the influence of temperature, insufficient stability during multiple measurements. Among the limitations are purely technological factors such as the difficulty in providing serial deliveries of sensors, the need for special measures during storage, transportation of lots of biosensors, etc. Thus, being integral in nature, these sensors do not provide a solution to the problem of continuous air monitoring with to identify hazardous concentrations of volatile TV.
В ряде случаев задача мониторинга воздуха успешно решается с помощью устройств «Электронный нос» (Alphus D. Wilson and Manuela Baietto. Review. Applications and Advances in Electronic-Nose Technologies, Sensors 2009, 9, 5099-5148).In some cases, the task of air monitoring is successfully accomplished using Electronic Nose devices (Alphus D. Wilson and Manuela Baietto. Review. Applications and Advances in Electronic-Nose Technologies, Sensors 2009, 9, 5099-5148).
В этих анализаторах используются сенсоры разных типов:These analyzers use different types of sensors:
- массметрические (кварцевые и на поверхностных акустических волнах),- massmetric (quartz and surface acoustic waves),
- полупроводниковые, использующие в качестве чувствительного элемента неорганические и органические полупроводниковые структуры;- semiconductor, using inorganic and organic semiconductor structures as a sensitive element;
- электрохимические (кондуктометрические, амперо- и потенциометрические, селективные электроды).- electrochemical (conductometric, ampere and potentiometric, selective electrodes).
Возможно комбинированное использование сенсоров различных видов.Combined use of sensors of various types is possible.
Несмотря на значительный прогресс в создании сенсоров с высокими эксплуатационными параметрами, в той или иной степени все они обладают нестабильностями характеристик, подвержены старению и деградации. При этом процедура измерения может сопровождаться явлениями неуправляемого дрейфа, испытывать влияние помех случайного характера и различного рода методических погрешностей. Кроме того, общим недостатком большинства современных устройств «Электронный нос» является технологическая сложность создания матрицы сенсоров и связанные с этим проблемы градуировки устройств в целом. Практически все приборы «Электронный нос» характеризуются сильной зависимостью от концентрации паров воды в воздухе. В значительной степени свободными от влияния паров воды и ряда других системных недостатков являются электрохимические сенсоры, получившие широкое практическое применение для анализа в воздухе различных токсичных газов. По сравнению с другими типами сенсоров они отличаются портативностью, простотой конструкции, относительно низкой стоимостью (Министерство обороны Российской Федерации Военная академия радиационной, химической и биологической защиты имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко, Кафедра индикации, средств химической и неспецифической биологической разведки. Войсковая индикация. Базовый курс. Учебное пособие. Кострома 2008).Despite significant progress in the creation of sensors with high operational parameters, to one degree or another, they all have instability characteristics, are subject to aging and degradation. In this case, the measurement procedure may be accompanied by uncontrolled drift phenomena, experience the influence of random noise and various kinds of methodological errors. In addition, a common drawback of most modern Electronic Nose devices is the technological complexity of creating a sensor matrix and the associated problems of calibrating devices in general. Almost all devices "Electronic nose" are characterized by a strong dependence on the concentration of water vapor in the air. Electrochemical sensors, which have received wide practical application for the analysis of various toxic gases in air, are largely free from the influence of water vapor and a number of other systemic shortcomings. Compared to other types of sensors, they are characterized by portability, simplicity of construction, and relatively low cost (Ministry of Defense of the Russian Federation S. M. Timoshenko Military Academy of Radiation, Chemical and Biological Protection, Department of Indication, Chemical and Non-Specific Biological Intelligence. Indication. Basic course. Textbook. Kostroma 2008).
В промышленных газоанализаторах используются амперометрические сенсоры (прототип) на основные загрязняющие компоненты воздуха, такие как CO, NO, NO2, SO2, H2S, Cl2, NH3 (ГОСТ 13320-81. Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия, Изд-во стандартов / М.: 1992. - 32 с.).Industrial gas analyzers use amperometric sensors (prototype) for the main air polluting components, such as CO, NO, NO 2 , SO 2 , H 2 S, Cl 2 , NH 3 (GOST 13320-81. Industrial automatic gas analyzers. General specifications, Publishing house of standards / M .: 1992. - 32 p.).
Типовой амперометрический газовый сенсор в своем составе имеет, как правило, два электрода - измерительный электрод и вспомогательный электрод. Электроды помещены в пластиковый корпус, снабженный выводными контактами и калиброванным капиллярным отверстием для входа анализируемого газа. В качестве электролита - переносчика ионов между электродами - используются органические и неорганические электролиты.A typical amperometric gas sensor has, as a rule, two electrodes in its composition - a measuring electrode and an auxiliary electrode. The electrodes are placed in a plastic case, equipped with output contacts and a calibrated capillary hole for the entrance of the analyzed gas. Organic and inorganic electrolytes are used as an electrolyte - a carrier of ions between electrodes.
Важным структурным элементом электрохимических газочувствительных сенсоров является газопроницаемая мембрана, отделяющая электролит от окружающей атмосферы. Мембрана непроницаема для электролита, но проницаема для молекул контролируемых газов. Основным недостатком амперометрических сенсоров, применительно к задаче мониторинга воздуха на содержание ТВ, является их узкая селективность. Так, например, сенсоры на окись азота не реагируют на пары меркаптанов, сенсор на диоксид серы является нечувствительным к парам аммиака и т.д.An important structural element of electrochemical gas-sensitive sensors is a gas-permeable membrane that separates the electrolyte from the surrounding atmosphere. The membrane is impervious to electrolyte, but permeable to molecules of controlled gases. The main drawback of amperometric sensors, as applied to the task of monitoring air for TV content, is their narrow selectivity. For example, nitric oxide sensors do not respond to mercaptan pairs, the sulfur dioxide sensor is insensitive to ammonia vapors, etc.
Сенсоры этого типа нашли применение в контроле воздуха на тех производствах, где возникает опасность заражения воздуха заранее известными токсичными газами. В то же время эти сенсоры не могут быть эффективно использованы для мониторинга воздуха на содержание ненормированных ТВ различных химических классов. Решение подобной задачи требует одновременного применения большого количества сенсоров с узкой селективностью, что, учитывая огромную номенклатуру ТВ, является практически невозможным.Sensors of this type have found application in air control in those industries where there is a risk of air contamination with previously known toxic gases. At the same time, these sensors cannot be effectively used to monitor air for the content of non-normalized TVs of various chemical classes. Solving this problem requires the simultaneous use of a large number of sensors with narrow selectivity, which, given the huge range of TVs, is almost impossible.
Целью изобретения является создание электрохимического сенсора, позволяющего проводить мониторинг воздуха на содержание ненормированных ТВ, относящихся к различным химическим классам, в течение длительного времени и определять токсичные вещества (ТВ), относящиеся к различным химическим классам.The aim of the invention is the creation of an electrochemical sensor that allows air monitoring for the content of abnormal TVs belonging to different chemical classes for a long time and to determine toxic substances (TVs) belonging to different chemical classes.
Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение времени работоспособности, суммарное определение токсичных веществ различных классов, расширение номенклатуры (списка) определяемых веществ.The technical result of the claimed invention is to increase the working time, the total determination of toxic substances of various classes, the expansion of the nomenclature (list) of defined substances.
Технический результат достигается тем, что электрохимический сенсор для мониторинга воздуха на содержание летучих органических токсичных веществ состоит из планарной электродной группы, фонового электролита, пористой гидрофильной мембраны, полимерной газопроницаемой мембраны, герметичной емкости, при этом герметичная емкость заполнена фоновым электролитом, на планарную электродную группу наложена пористая гидрофильная мембрана, свободный конец пористой гидрофильной мембраны погружен в герметичную емкость с фоновым электролитом, поверх пористой гидрофильной мембраны установлена полимерная газопроницаемая мембрана, отделяющая фоновый электролит от окружающего воздуха. Планарная электродная группа состоит из трех электродов, находящихся в одной плоскости на полипропиленовой пленке. В качестве трех электродов используют измерительный электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения. Фоновый электролит получен путем растворения одного или нескольких солей переходных металлов в водном растворе 0,1 М KCl с концентрацией 1÷5×10-5 М. Соли переходных металлов состоят из следующих переходных металлов: Sn, Co, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Cd, Pb, Au, Ag, Ga, Hg. Пористая гидрофильная мембрана изготовлена из тонковолокнистого материала толщиной не более 100 микрон.The technical result is achieved by the fact that the electrochemical sensor for monitoring air for the content of volatile organic toxic substances consists of a planar electrode group, a background electrolyte, a porous hydrophilic membrane, a gas-permeable polymer membrane, a sealed container, while the sealed container is filled with a background electrolyte, superimposed on a planar electrode group porous hydrophilic membrane, the free end of the porous hydrophilic membrane is immersed in a sealed container with a background electrolyte, a polymer gas permeable membrane is installed on top of the porous hydrophilic membrane, which separates the background electrolyte from the surrounding air. A planar electrode group consists of three electrodes located in the same plane on a polypropylene film. As three electrodes, a measuring electrode, an auxiliary electrode and a reference electrode are used. The background electrolyte is obtained by dissolving one or more salts of transition metals in an aqueous solution of 0.1 M KCl with a concentration of 1 ÷ 5 × 10 -5 M. Salts of transition metals consist of the following transition metals: Sn, Co, Cr, Mn, Fe, Cu , Zn, Cd, Pb, Au, Ag, Ga, Hg. The porous hydrophilic membrane is made of a fine fiber material with a thickness of not more than 100 microns.
Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:The features and essence of the claimed invention are explained in the following detailed description, illustrated by drawings, which shows the following:
на фигуре 1 - принципиальная схема электрохимического сенсора для мониторинга воздуха на содержание токсичных веществ, где:figure 1 is a schematic diagram of an electrochemical sensor for monitoring air for toxic substances, where:
1 - планарная электродная группа;1 - planar electrode group;
2 - герметичная емкость;2 - sealed container;
3 - фоновый электролит;3 - background electrolyte;
4 - пористая гидрофильная мембрана - проводник фонового электролита (ФЭ) из герметичной емкости к измерительному электроду (стрелками обозначено направление движения ФЭ);4 - a porous hydrophilic membrane - a conductor of background electrolyte (PV) from a sealed container to the measuring electrode (arrows indicate the direction of movement of the PV);
5 - полимерная газопроницаемая мембрана.5 - polymer gas permeable membrane.
На фигуре 2 показан фоновый спектр вольтамперограммы сенсора.Figure 2 shows the background spectrum of the voltammogram of the sensor.
На фигуре 2а показано влияние аммиака на фоновый спектр вольтамперограммы сенсора. Концентрация аммиака C=30 мг/м3.Figure 2a shows the effect of ammonia on the background spectrum of the sensor voltammogram. Ammonia concentration C = 30 mg / m 3 .
На фигуре 2б показано влияние уксусной кислоты на фоновый спектр вольтамперограммы сенсора. Концентрация уксусной кислоты C=50 мг/м3.Figure 2b shows the effect of acetic acid on the background spectrum of the sensor voltammogram. Acetic acid concentration C = 50 mg / m 3 .
В настоящем изобретении для преодоления перечисленных недостатков предлагается мультисенсорный электрохимический сенсор с интегральной реакцией по отношению к ТВ различных химических классов.In order to overcome the above-mentioned drawbacks, the present invention proposes a multisensor electrochemical sensor with an integrated response to TV of various chemical classes.
Чувствительным элементом предлагаемого сенсора является планарная электродная группа, содержащая электрод сравнения, измерительный, вспомогательный электроды, выполненные скрин-принт методом на полипропиленовой пленке. Планарная электродная группа размещена в герметичной емкости, снабженной выводными контактами и отделенной от анализируемого воздуха полимерной газопроницаемой мембраной, непроницаемой для фонового электролита.The sensitive element of the proposed sensor is a planar electrode group containing a reference electrode, measuring, auxiliary electrodes made by screen printing method on a polypropylene film. The planar electrode group is placed in a sealed container equipped with output contacts and separated from the analyzed air by a polymer gas-permeable membrane impermeable to the background electrolyte.
Для мониторинга воздуха необходимо, чтобы сенсор функционировал длительное время. В заявленном сенсоре эта задача решена размещением на поверхности планарной электродной группы тонкого слоя пористой гидрофильной мембраны, обеспечивающей за счет капиллярных сил продвижение фонового электролита из содержащей его герметичной емкости в зону измерительного электрода (Фиг. 1), она не влияет существенно на фоновую вольтамперограмму. Кроме того, тонкий слой фонового электролита, с одной стороны, обеспечивает эффективность взаимодействия воздушной среды с компонентами ФЭ через механизм диффузионного переноса летучих токсичных веществ к поверхности измерительного электрода, а с другой стороны, позволяет проводить непрерывный опрос состояния сенсора путем последовательных измерений вольтамперограмм во времени.For air monitoring, the sensor needs to function for a long time. In the claimed sensor, this problem is solved by placing a thin layer of a porous hydrophilic membrane on the surface of a planar electrode group, which, due to capillary forces, promotes the background electrolyte from its sealed container to the zone of the measuring electrode (Fig. 1), it does not significantly affect the background voltammogram. In addition, a thin layer of the background electrolyte, on the one hand, ensures the effectiveness of the interaction of the air with the PV components through the mechanism of diffusion transfer of volatile toxic substances to the surface of the measuring electrode, and, on the other hand, allows continuous monitoring of the sensor state by successive measurements of voltammograms over time.
Принципиальным отличием предлагаемого сенсора от прототипа кроме наличия пористой гидрофильной мембраны является использование фонового электролита в виде водного раствора, содержащего набор ионов металлов, обладающих способностью образовывать комплексные соединения с ТВ, относящимися к различным химическим классам. Ионы металлов с частично заполненными d-орбиталями с различной степенью эффективности способны к образованию комплексных соединений с серо-, фосфор-, кислород-, азот-, хлор-, бром-, фторсодержащими лигандами. Устойчивость комплексов двухвалентных металлов обычно изменяется в ряду Mn<Fe<Co<Ni<Cu<Zn. Эта последовательность связывается с уменьшением ионного радиуса металла при переходе от Мn к Zn. Применение фонового электролита с использованием солей переходных металлов перспективно для анализа широкого класса ТВ, характеризующихся высокой энтальпией координации. Если для некоординирующих веществ энтальпия взаимодействия с адсорбционным сенсором (например, физической адсорбции алканов на поверхности полимерных сенсоров) находится на уровне от 5 до 20 кДж/моль, то энтальпия образования комплексов органических лигандов с металлами лежит в диапазоне от 40 до 200 кДж/моль. Из этого вытекает принципиальное преимущество (по чувствительности анализа) мультисенсорной линейки на основе координирующих металлов в сравнении с сенсорами на основе чисто физической адсорбции (Rakov N.A., Suslick K.S. A colorimetric sensor array for odour visualization // Nature. 2000. v. 406. P. 710-714).The fundamental difference between the proposed sensor and the prototype, in addition to the presence of a porous hydrophilic membrane, is the use of a background electrolyte in the form of an aqueous solution containing a set of metal ions with the ability to form complex compounds with TB belonging to different chemical classes. Metal ions with partially filled d-orbitals with varying degrees of efficiency are capable of forming complex compounds with sulfur, phosphorus, oxygen, nitrogen, chlorine, bromine, and fluorine-containing ligands. The stability of divalent metal complexes usually varies in the series Mn <Fe <Co <Ni <Cu <Zn. This sequence is associated with a decrease in the ionic radius of the metal during the transition from Mn to Zn. The use of a background electrolyte using transition metal salts is promising for the analysis of a wide class of TB characterized by a high coordination enthalpy. If for non-coordinating substances the enthalpy of interaction with an adsorption sensor (for example, physical adsorption of alkanes on the surface of polymer sensors) is at a level of 5 to 20 kJ / mol, then the enthalpy of formation of complexes of organic ligands with metals lies in the range of 40 to 200 kJ / mol. This leads to a fundamental advantage (in the sensitivity of analysis) of a multisensor line based on coordinating metals in comparison with sensors based on purely physical adsorption (Rakov NA, Suslick KS A colorimetric sensor array for odour visualization // Nature. 2000. v. 406. P. 710-714).
Исходные вольтамперограммы заявленного сенсора, полученные с использованием ФЭ, содержащего ряд солей переходных металлов методом инверсионной вольтамперометрии имеют характерный вид и хорошо воспроизводимы. Контакт сенсора с ТВ, относящимся к различным химическим классам, приводит к изменению характеристик исходных вольтамперограмм. Последовательное сравнение вольтамперограмм в автоматическом режиме обеспечивает возможность мониторинга воздуха на содержание ТВ (см. фиг. 2, фиг 2а, фиг 2б).The initial voltammograms of the claimed sensor obtained using a PV containing a number of transition metal salts by the method of inversion voltammetry have a characteristic appearance and are well reproducible. The contact of the sensor with TV belonging to different chemical classes leads to a change in the characteristics of the initial voltammograms. A sequential comparison of voltammograms in automatic mode provides the ability to monitor air for TV content (see Fig. 2, Fig 2a, Fig 2b).
Для достижения высокой воспроизводимости регистрируемых вольтамперограмм важным является выбор материала пористой гидрофильной мембраны. Проведенные исследования показали, что многие материалы содержат органические примеси и, за счет взаимодействия с компонентами ФЭ, вносят существенные изменения в характер фоновой вольтамперограммы. В качестве волокнистого материала, формирующего тонкий слой ФЭ на поверхности рабочего электрода, использовали целлюлозные мембраны Soft-Zellin, Paul Hartman AG, 89522, Heidenheim, Germany. Оптимальной толщиной пористой гидрофильной мембраны является не более 100 микрон. При длительном контакте в процессе функционирования с ФЭ материал не вносит существенных изменений в характер регистрируемых вольтамперограмм. Материал характеризуется высокой эластичностью и механической прочностью, обеспечивает надежный контакт и равномерное смачивание поверхности планарной электродной группы ФЭ, что является важным для использования в технологическом процессе создания сенсоров.To achieve high reproducibility of recorded voltammograms, it is important to choose the material of a porous hydrophilic membrane. Studies have shown that many materials contain organic impurities and, due to interaction with the components of PV, make significant changes in the nature of the background voltammogram. Soft-Zellin cellulose membranes, Paul Hartman AG, 89522, Heidenheim, Germany, were used as the fibrous material forming a thin PV layer on the surface of the working electrode. The optimal thickness of a porous hydrophilic membrane is not more than 100 microns. With prolonged contact during operation with the PV, the material does not make significant changes in the nature of the recorded voltammograms. The material is characterized by high elasticity and mechanical strength, provides reliable contact and uniform wetting of the surface of the planar electrode group of the FE, which is important for use in the process of creating sensors.
Таким образом, разработанный электрохимический сенсор дает возможность проводить мониторинг воздуха и отличается от существующих конструкций следующим: использование фонового электролита, содержащего набор солей переходных металлов, обеспечивает возможность сенсора определения широкой номенклатуры ТВ, относящихся к различным химическим классам; наличие пористой гидрофильной мембраны, с помощью которой на электродную группу подается фоновый электролит, позволяет вести длительные и многократные измерения в режиме инверсионной вольтамперометрии и обеспечивает возможность проведения мониторинга воздуха на суммарное содержание ТВ.Thus, the developed electrochemical sensor makes it possible to carry out air monitoring and differs from existing designs in the following: the use of a background electrolyte containing a set of transition metal salts provides the sensor with the ability to determine a wide range of TV belonging to different chemical classes; the presence of a porous hydrophilic membrane, with which a background electrolyte is supplied to the electrode group, allows for long and multiple measurements in the inversion voltammetry mode and provides the possibility of air monitoring for the total content of TV.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016137817A RU2630697C1 (en) | 2016-09-22 | 2016-09-22 | Electrochemical sensor for monitoring air for toxic substance content |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016137817A RU2630697C1 (en) | 2016-09-22 | 2016-09-22 | Electrochemical sensor for monitoring air for toxic substance content |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2630697C1 true RU2630697C1 (en) | 2017-09-12 |
Family
ID=59893726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016137817A RU2630697C1 (en) | 2016-09-22 | 2016-09-22 | Electrochemical sensor for monitoring air for toxic substance content |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2630697C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5624546A (en) * | 1994-08-26 | 1997-04-29 | Mil-Ram Technology, Inc. | Method and apparatus for the detection of toxic gases |
| RU2279066C1 (en) * | 2004-12-16 | 2006-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Синтез" | Method of measuring concentration of gas impurity in air |
| JP2009236835A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Ngk Insulators Ltd | Gas sensor |
-
2016
- 2016-09-22 RU RU2016137817A patent/RU2630697C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5624546A (en) * | 1994-08-26 | 1997-04-29 | Mil-Ram Technology, Inc. | Method and apparatus for the detection of toxic gases |
| RU2279066C1 (en) * | 2004-12-16 | 2006-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Синтез" | Method of measuring concentration of gas impurity in air |
| JP2009236835A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Ngk Insulators Ltd | Gas sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mohamed et al. | Novel screen‐printed electrode for the determination of dodecyltrimethylammonium bromide in water samples | |
| Mahajan et al. | A mercury (II) ion-selective electrode based on neutral salicylaldehyde thiosemicarbazone | |
| Gupta et al. | Pb (II) selective potentiometric sensor based on 4‐tert‐butylcalix [4] arene in PVC matrix | |
| Mazloum et al. | Mercury selective membrane electrodes using 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzothiazole, and hexathiacyclooctadecane carriers | |
| Rouhollahi et al. | Lead ion selective PVC membrane electrode based on 5, 5′-dithiobis-(2-nitrobenzoic acid) | |
| Neethirajan et al. | Development of carbon dioxide (CO2) sensor for grain quality monitoring | |
| Mahajan et al. | Silver ion-selective electrodes employing Schiff base p-tert-butyl calix [4] arene derivatives as neutral carriers | |
| Hernández et al. | Determination of calcium ion in sap using carbon nanotube-based ion-selective electrodes | |
| Wardak | Solid contact cadmium ion-selective electrode based on ionic liquid and carbon nanotubes | |
| Wang et al. | Alternative coulometric signal readout based on a solid-contact ion-selective electrode for detection of nitrate | |
| Mousavi et al. | A new PVC-based 1, 10-dibenzyl-1, 10-diaza-18-crown-6 selective electrode for detecting nickel (II) ion | |
| Cha et al. | Determination of copper at electrodes modified with ligands of varying coordination strength: a preamble to speciation studies | |
| Alizadeh et al. | Poly (vinyl chloride)-membrane ion-selective bulk optode based on 1, 10-dibenzyl-1, 10-diaza-18-crown-6 and 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol for Cu2+ and Pb2+ ions | |
| Eren et al. | Potentiometric monitoring of cobalt in beer sample by solid contact ion selective electrode | |
| Xu et al. | A miniature all-solid-state calcium electrode applied to in situ seawater measurement | |
| Ensafi et al. | A sensitive and selective bulk optode for determination of Hg (II) based on hexathiacyclooctadecane and chromoionophore V | |
| Grygolowicz-Pawlak et al. | Further studies on the role of redox-active monolayer as intermediate phase of solid-state sensors | |
| Alva et al. | The new lead (II) ion selective electrode based on free plasticizer film of pTHFA photopolymer | |
| Yu et al. | Pulsed galvanostatic control of a solid-contact ion-selective electrode for potentiometric biosensing of microcystin-LR | |
| Lee et al. | Electrochemical detection of explosive compounds in an ionic liquid in mixed environments: influence of oxygen, moisture, and other nitroaromatics on the sensing response | |
| RU2630697C1 (en) | Electrochemical sensor for monitoring air for toxic substance content | |
| Ali et al. | Development of a new modified screen-printed and carbon paste electrodes for selective determination of cetyltrimethylammonium bromide in different water samples | |
| Lee et al. | Comparison of tubular polymeric pH and ammonium ion electrodes as detectors in the automated determination of ammonia | |
| Gan et al. | Ion transfer voltammetry of amino acids with an all‐solid‐state ion‐selective electrode for non‐destructive phenylalanine sensing | |
| Ardakani et al. | Novel coated-wire membrane sensor based on bis (acetylacetonato) cadmium (II) for the determination of chromate ions |