RU2716884C1 - Мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов в растворах - Google Patents
Мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов в растворах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716884C1 RU2716884C1 RU2019130313A RU2019130313A RU2716884C1 RU 2716884 C1 RU2716884 C1 RU 2716884C1 RU 2019130313 A RU2019130313 A RU 2019130313A RU 2019130313 A RU2019130313 A RU 2019130313A RU 2716884 C1 RU2716884 C1 RU 2716884C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- ion
- phosphate ions
- electrode
- determination
- 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
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/333—Ion-selective electrodes or membranes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ионометрии и может найти применение в экологическом, медицинском и производственном контроле содержания фосфатов в водных экосистемах, почвенных вытяжках, биологических жидкостях и растворах медицинских препаратов. Предложена мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов, которая содержит (в мас. %): 4,5% электродоактивного компонента, представляющего собой оловоорганическое соединение общей формулы R2SnX2, где R - октил или 2-этилгексил, а X - хлорид, бромид, иодид или гидрофосфат; 60,0% пластификатора, представляющего собой орто-нитрофенилоктиловый эфир; 35,0% поливинилхлорида; 0,5% липофильной добавки, представляющей собой тетракис(4-хлорфенил)борат калия. Изобретение обеспечивает улучшение электроаналитических характеристик, таких как селективность, угловой наклон градуировочного графика, воспроизводимость и стабильность потенциала электрода. 1 ил., 2 табл., 3 пр.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к ионометрии, в частности к материалам, предназначенным для использования в качестве чувствительного элемента ионоселективных электродов при количественном определении концентрации фосфат-ионов в водных растворах. Изобретение может найти применение в экологическом, медицинском и производственном контроле содержания фосфатов в водных экосистемах, почвенных вытяжек, биологических жидкостях и растворах медицинских препаратов.
Уровень техники
Фосфаты являются одним из распространенных веществ вод водоемов и почв. Основным источником поступления фосфатов в окружающую среду являются фосфорные удобрения, средства бытовой химии, бытовые и промышленные сточные воды. Важным является контроль содержания фосфора в биологических жидкостях и растворах медицинских препаратов. Вследствие этого, необходимо создание новых аналитических методов, пригодных для мониторинга и рутинного анализа фосфатов во всех водных средах.
Из уровня техники [Rechnitz G.A. et al. Potentiometric measurements with SO4 -2 and PO4 -3 sensitive membrane electrodes / Analytical Letters, 1967, V. 1, N. 1, pp. 29-33] известны монокристаллические мембраны для определения фосфат-ионов, которые включают фосфат висмута в силиконовом каучуке. Ионоселективный электрод на основе этого соединения дает Нернстовский отклик на ионы гидрофосфата.
Недостатком такой мембраны является низкая чувствительность и селективность к фосфатам в присутствии других неорганических анионов.
Также из уровня техники [Shu F.R. et al. An Ion-Selective Electrode for Dibasic Phosphate Ion / Analytical Letters, 1972, V. 5, N. 8, pp. 559-565] известен состав поликристаллической мембраны для определения фосфат-ионов, который включает фосфат серебра, тиомочевину и глутаровый альдегид, внедренные в матрицу сульфида серебра. Ионселективный электрод на основе данной мембраны обладает избирательностью к гидрофосфат-иону в присутствии сульфат-, нитрат- и ацетат-ионов, но время жизни электрода оказалось очень коротким (48 часов).
Из уровня техники [Авторское свидетельство SU 1580233 А1, опубл.: 23.07.1990] известен состав мембраны электрода для определения ионов гидрофосфата, который с целью расширения диапазона измеряемых концентраций ионов гидрофосфата в область разбавленных растворов, включает, в мас. %: висмут - 1-10%; серебро - 50-60%; политетрафторэтилен - остальное.
Однако данный электрод работает только в области рН 7,0-7,2 из-за возможного образования мешающих ионов и снижения селективности.
Из уровня техники [Chaniotakis N.A. et al. Potentiometric phosphate selective electrode based on a multidendate-tin (IV) carrier / Analytica Chimica Acta, 1993, V. 282, N. 1, pp. 345-352] известна мембрана, предназначенная для использования в качестве чувствительного элемента фосфат-селективного электрода, которая по составу наиболее близка к предлагаемому изобретению. В известном составе мембраны, с целью повышения избирательности к фосфат-ионам, состав мембраны включает электродоактивный компонент, в качестве которого использовано металл органическое соединение олова (IV) трис-(3-хлордиметилстаннил-пропил)хлорстаннан, пластификатор и поливинилхлорид при следующем соотношении компонентов, в мас. %: электродоактивный компонент - 2%, пластификатор - 66%, поливинилхлорид - 32%. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа настоящего изобретения.
Использование мембраны для определения фосфат-иона указанного состава позволяет повысить коэффициент селективности в присутствии большинства неорганических анионов, включая перхлорат. Время отклика составляет порядка секунд, достигнутый предел обнаружения составляет 1⋅10-5 М.
Недостатком прототипа является сложность синтеза и высокая стоимость электродоактивного вещества в составе мембраны, а также недостаточная химическая устойчивость такой мембраны и очень короткий срок службы.
Раскрытие сущности изобретения
Предлагаемое изобретение лишено вышеуказанных недостатков.
Техническая задача настоящего изобретения состояла в создании мембраны, чувствительной к фосфат-ионам с улучшенными электроаналитическими характеристиками, такими как пределы обнаружения, угловой наклон градуировочного графика, воспроизводимость и стабильность потенциала электрода.
К техническим результатам заявленного изобретения относятся: - обеспечение возможности проводить измерение концентрации фосфата в водных растворах без каких-либо химических изменений мембраны, например, ее растворения, а также без существенного изменения параметров сигнала. Мембрана проявляет чувствительность к ионам гидрофосфата (угловой коэффициент электродной функции) 27±2 мВ/pHPO4 2-, диапазон измеряемых концентраций ионов гидрофосфата составляет от 5⋅10-6 до 1⋅10-1 моль/л;
- повышение селективности (избирательности) мембраны к фосфат-ионам в присутствии некоторых неорганических анионов, входящих в состав природных вод и почв.
Техническая задача решается и указанные технические результаты достигаются тем, что мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов включает электродоактивный компонент, пластификатор, поливинилхлорид, а также липофильную добавку, при этом в соответствии с предлагаемым изобретением в качестве электродоактивного компонента используют оловоорганическое соединение общей формулы R2SnX2, где R - октил или 2-этилгексил, а X - хлорид, бромид, иодид или гидрофосфат; в качестве пластификатора используют орто-нитрофенилоктиловый эфир (о-НФОЭ); а в качестве липофильной добавки используют тетракис(4-хлорфенил)борат калия (КТХФБ). Причем в рамках настоящего изобретения экспериментально установлено, что оптимальным является следующее соотношение компонентов, в мас. %: электродоактивный компонент - 4,5%; пластификатор - 60,0%; липофильная добавка - 0,5%; поливинилхлорид - 35,0%.
Сущность предлагаемого изобретения основана на использовании закономерностей, известных для жидкостной экстракции, при которой соединения диалкилолова используются для выделения различных кислородсодержащих анионов за счет комплексообразования металла (олова) с атомами кислорода аниона. Таким образом, мембрана приобретет селективность к определяемому иону, не соответствующую ряду Гофмейстера.
Осуществление изобретения
Возможность осуществления предлагаемого изобретения и достижение технического результата иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Мембрану для гидрофосфат-селективного электрода изготавливают растворением выбранных навесок всех исходных веществ (поливинилхлорид, пластификатор, электродоактивный компонент, липофильная добавка) в тетрагидрофуране с последующим тщательным перемешиванием. Полученный раствор выливают на строго горизонтальную поверхность в чашку Петри и высушивают до полного испарения растворителя. После этого из полученной пленки вырезают образцы (собственно мембраны ионоселективных электродов) требуемых размеров (круги диаметром 2 см и толщиной 0,2 мм) и приклеивают к предварительно отшлифованному торцу ПВХ-трубок (электродных корпусов). После высыхания клея, электроды заполняют внутренним раствором сравнения, содержащим потенциалопределяющий ион НРО4 2- (1⋅10-1 М) и 3.0 М раствор KCl. Перед первым измерением (или после длительного хранения в сухом виде) электроды выдерживают в растворе Na2HPO4 с концентрацией 10-1 М не менее 5 суток при комнатной температуре. Для приготовления мембраны берут следующее соотношение компонентов, в мас. %: электродоактивный компонент (ди(октил)олова хлорид (ДОХ)) - 4,5%; пластификатор (о-НФОЭ) - 60,0%; поливинилхлорид (ПВХ) - 35,0%; липофильная добавка (КТХФБ) - 0,5%.
При выходе за пределы концентрационного интервала, указанного в примере 1, то есть при уменьшении или увеличении заявленных величин, электродные характеристики ионоселективной мембраны значительно отличаются от теоретических и ухудшаются.
В процессе исследования электроаналитических свойств разработанной мембраны использовалась гальваническая цепь:
Для исследования электроаналитических свойств мембраны использовался стандартный электродный корпус (Philips IS-561), а электродом сравнения служил двухключевой хлорсеребрянный электрод ЭСр-10101/3.5, заполненный насыщенным раствором хлорида калия. Внешний электролитический ключ был заполнен 0.01 М раствором сульфата натрия. Показания снимали на цифровом прецизионном иономере Эксперт-001-1.0.1, который был подключен к персональному компьютеру для сбора данных.
Все эксперименты проводили при комнатной температуре (20±2°С).
Основной рабочий раствор концентрацией 10-1 моль/дм3 готовили растворением навески 35,81 г Na2HPO4⋅12H2O марки "хч" в дистиллированной воде с доведением объема до 1 дм3. Градуировочные растворы с молярной концентрацией от 10-2 до 10-6 моль/л готовили непосредственно перед измерением путем разбавления исходного рабочего раствора.
Для оптимизации проведения потенциометрического определения иона гидрофосфата в растворе рекомендуется поддерживать кислотность в диапазоне рН=8,0-10,0. Для корректировки рН рекомендуется использование 0.1 М раствора гидроксида натрия или калия или использование буферных растворов. В качестве подходящего буфера может быть использован боратный буферный раствор, буферный раствор ХЕППС (3-[4-(2-гидроксиэтил)пиперазин-1-ил]пропан-1-сульфоновая кислота), КАПС (3-(циклогексиламино)-1-пропансульфоновая кислота) или ТРИС (2-амино-2-гидроксиметил-пропан-1,3-диол).
На фиг. 1 показана типичная электродная функция (зависимость потенциала ионочувствительного электрода с мембраной предложенного состава от отрицательного десятичного логарифма концентрации иона гидрофосфата) электрода с мембранной состава, в мас. %: ДОХ - 4,5%; о-НФОЭ - 60,0%; ПВХ - 35,0%; КТХФБ - 0,5%. Ионоселективный электрод с предлагаемой мембраной имеет Нернстовскую функцию к ионам гидрофосфата в диапазоне концентраций 1⋅10-5-1⋅10-1 М, угловой коэффициент (чувствительности электрода) равен 27±2 мВ/pHPO4 2- и практически совпадает с теоретическим значением.
Пример 2
Коэффициенты селективности были определены согласно рекомендациям IUPAC по методу смешанных растворов на фоне постоянной концентрации мешающих ионов 10-2 М. Значения рассчитанных коэффициентов селективности для мембраны предложенного в Примере 1 состава приведены в таблице 1.
Следует отметить, что технические результаты будут также достигаться при замене ди(октил)олова хлорида в качестве электродоактивного компонента на другие соли диалкилпроизводных олова, имеющие похожую химическую структуру в рамках заявленной общей формулы, которые не оказывают заметного влияния на свойства получаемых ионоселективных электродов.
Пример 3
Для иллюстрации возможности использования электрода с пластифицированной мембраной предложенного в Примере 1 состава приведем пример определения содержания фосфатов в природных водах. Содержание фосфатов параллельно контролировалось спектрофотометрическим методом определения ортофосфатов и полифосфатов в питьевой и природной воде по ГОСТ 18309-2014 [ГОСТ 18309-2014. Вода. Методы содержания фосфорсодержащих веществ. - М.: Стандартинформ, 2015, 24 с.]. В качестве анализируемых образцов были взяты бутилированная вода «Святой источник», водопроводная вода г. Москвы и грунтовая вода из скважины, в которые была внесена добавка 1 см3 градуировочного раствора гидрофосфат-иона. Данные анализа представлены в таблице 2.
Сопоставление результатов анализов показывает удовлетворительную сходимость, относительное отклонение не превышает 10%.
Таким образом, в настоящем изобретении предложен состав мембраны ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов в водных растворах, при использовании которой улучшаются электроаналитические характеристики, такие как селективность, угловой наклон градуировочного графика, воспроизводимость и стабильность потенциала. Электрод, рабочим элементом которого является мембрана заявленного состава, имеет широкую сферу применения и позволяет решать задачи практически в любой области техники и производства (промышленного, сельскохозяйственного, медицинского и т.д.), где требуется рутинное определение концентрации (содержания) фосфат-ионов с помощью надежных, но недорогих аналитических инструментов. Это очень важно, если учесть, что определение фосфатов является очень распространенной практической аналитической задачей.
Заявленная ионселективная мембрана характеризуется химической устойчивостью (стабильностью) и доступностью входящего в состав мембраны электродноактивного вещества, что дает возможность для массового производства сенсорных элементов ионоселективных электродов и их использования для количественного определения концентрации фосфат-ионов в водных растворах.
Claims (2)
- Мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов, включающая электродоактивный компонент, пластификатор и поливинилхлорид, отличающаяся тем, что дополнительно включает липофильную добавку, при этом в качестве электродоактивного компонента используют оловоорганическое соединение общей формулы R2SnX2, где R - октил или 2-этилгексил, а X - хлорид, бромид, иодид или гидрофосфат; в качестве пластификатора используют орто-нитрофенилоктиловый эфир, в качестве липофильной добавки используют тетракис(4-хлорфенил)борат калия, причем мембрана имеет следующее соотношение компонентов, мас. %:
-
электродоактивный компонент 4,5 пластификатор 60,0 поливинилхлорид 35,0 липофильная добавка 0,5
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019130313A RU2716884C1 (ru) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | Мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов в растворах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019130313A RU2716884C1 (ru) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | Мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов в растворах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2716884C1 true RU2716884C1 (ru) | 2020-03-17 |
Family
ID=69898737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019130313A RU2716884C1 (ru) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | Мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов в растворах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2716884C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112285184A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-29 | 河南城建学院 | 一种磷酸氢根离子选择性电极及其制备方法 |
CN112285185A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-29 | 河南城建学院 | 5-二茂铁异酞酰-l-色氨酸甲酯作为磷酸氢根离子选择性电极活性载体的应用 |
RU2789107C1 (ru) * | 2022-02-14 | 2023-01-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Мембрана ионселективного электрода для определения цефтриаксона в биосистемах |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU721731A1 (ru) * | 1977-05-20 | 1980-03-15 | Ордена Ленина Институт Геохимии И Аналитической Химии Им.В.И.Вернадского | Мембрана ионоселективного электрода дл определени активности ионов фосфора и мышь ка |
JPS63173948A (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-18 | Tadashi Matsunaga | リン酸イオンまたはリン酸化合物測定用電極 |
SU1580233A1 (ru) * | 1987-12-04 | 1990-07-23 | Ленинградский государственный университет | Состав ионочувствительного элемента фосфат-селективного электрода |
UA12431A (ru) * | 1994-01-03 | 1997-02-28 | Донецький Державний Університет | Мембранный ионоселективный электрод для определения фосфат-ионов |
CN103940881B (zh) * | 2014-04-25 | 2016-05-04 | 浙江大学 | 一种磷酸盐离子选择电极及其制备方法 |
-
2019
- 2019-09-26 RU RU2019130313A patent/RU2716884C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU721731A1 (ru) * | 1977-05-20 | 1980-03-15 | Ордена Ленина Институт Геохимии И Аналитической Химии Им.В.И.Вернадского | Мембрана ионоселективного электрода дл определени активности ионов фосфора и мышь ка |
JPS63173948A (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-18 | Tadashi Matsunaga | リン酸イオンまたはリン酸化合物測定用電極 |
SU1580233A1 (ru) * | 1987-12-04 | 1990-07-23 | Ленинградский государственный университет | Состав ионочувствительного элемента фосфат-селективного электрода |
UA12431A (ru) * | 1994-01-03 | 1997-02-28 | Донецький Державний Університет | Мембранный ионоселективный электрод для определения фосфат-ионов |
CN103940881B (zh) * | 2014-04-25 | 2016-05-04 | 浙江大学 | 一种磷酸盐离子选择电极及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Chaniotakis N.A. et al. Potentiometric phosphate selective electrode based on a multidendate-tin (IV) carrier / Analytica Chimica Acta, 1993, V. 282, N. 1, pp. 345-352. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112285184A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-29 | 河南城建学院 | 一种磷酸氢根离子选择性电极及其制备方法 |
CN112285185A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-29 | 河南城建学院 | 5-二茂铁异酞酰-l-色氨酸甲酯作为磷酸氢根离子选择性电极活性载体的应用 |
RU2789107C1 (ru) * | 2022-02-14 | 2023-01-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Мембрана ионселективного электрода для определения цефтриаксона в биосистемах |
RU2798100C1 (ru) * | 2022-12-28 | 2023-06-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Мембрана ионоселективного электрода для определения уранил-иона |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gupta et al. | Chemical sensor for lanthanum (III) determination using aza-crown as ionophore in poly (vinyl chloride) matrix | |
Mohamed et al. | Septonex–tetraphenylborate screen-printed ion selective electrode for the potentiometric determination of Septonex in pharmaceutical preparations | |
Lomako et al. | Sulfate-selective electrode and its application for sulfate determination in aqueous solutions | |
Pankratova et al. | Potentiometric sensing array for monitoring aquatic systems | |
RU2716884C1 (ru) | Мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов в растворах | |
US20060060471A1 (en) | Multi-ionophore membrane electerode | |
Lisak et al. | Recovery of nanomolar detection limit of solid-contact lead (II)-selective electrodes by electrode conditioning | |
Khayatian et al. | Thallium (I)-selective membrane potentiometric sensor based on dibenzyldiaza-18-crown-6 | |
Cuartero et al. | Benzodipyrrole derivates as new ionophores for anion-selective electrodes: Improving potentiometric selectivity towards divalent anions | |
Cunningham et al. | Sodium-selective membrane electrode based on p-tert-butylcalix [4] arene methoxyethylester | |
US4670127A (en) | Ion-sensitive membrane electrode | |
Khalil et al. | Modified carbon paste and polymeric membrane electrodes for determination of hydroxychloroquine sulfate in pharmaceutical preparations and human urine | |
WO2011007384A1 (ja) | イオン選択性電極用感応膜 | |
Satoh et al. | Improvement of a Phosphate Ion-selective Microsensor Using Bis (dibromophenylstannyl) methane as a Carrier | |
Soleymanpour et al. | Coated wire lead (II)-selective electrode based on a Schiff base ionophore for low concentration measurements | |
Abbas | Mercury (II) selective membrane electrode based on calix [2] thieno [2] pyrrole | |
Butler | Experimental methods: potentiometric | |
Esmaelpourfarkhani et al. | Construction of a new aluminum (III) cation selective electrode based on 12-crown-4 as an ionophore | |
Zhuo et al. | Response of PVC membrane ion-selective electrodes to alkylmethylimidazolium ionic liquid cations | |
Bassuoni et al. | Ion selective electrode approach for in-line determination of benzydamine hydrochloride in different matrices of pharmaceutical industry | |
Peshkova et al. | Solvent polymeric membrane ion-selective electrodes under galvanostatic control: Powerful tool for analysis of extremely diluted samples | |
Abrahem et al. | Trimethoprim determination with drug-selective electrodes | |
Katsu et al. | A caffeine-sensitive membrane electrode: Previous misleading report and present approach | |
RU2680865C1 (ru) | Мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кальция | |
KR20180044040A (ko) | 혈중 다종 이온 농도 측정을 위한 이온 센서 |