Пленочный потенциометрический сенсор на основе печатного графитового электрода

 

Предлагаемое техническое решение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения катионов водорода и серебра (I) в водных растворах. Технической задачей создания данной полезной модели является снижение зависимости устойчивости покрытия от условий получения (числа циклов сканирования потенциала), снижение стоимости сенсора до 50 раз за счет небольших размеров, дешевых исходных материалов и возможности крупносерийного производства на стандартном оборудовании (например, полуавтомат трафаретной печати DEK 248 фирмы "DEK", Великобритания), обеспечение возможности измерения концентрации катионов водорода и серебра (I) в малых объемах проб за счет миниатюризации устройства (уменьшение объема устройства до более чем 200 раз), расширение интервала определяемых концентраций на 2 порядка и снижение передела обнаружения катионов серебра (I) до 10 нмоль/л (примерно в 5 раз). Заявленное техническое решение устраняет недостатки, присущие наиболее близкому аналогу, и обеспечивает реализацию поставленной задачи. Техническая задача решается за счет использования в составе сенсора печатного графитового электрода (фиг.1), имеющего низкую стоимость (15-20 рублей) и малые размеры (20×2×0.3 мм), а также за счет анодного окисления сенсора до и после электрополимеризации. Пленочный потенциометрический сенсор для определения концентрации катионов водорода и серебра (I) в водном растворе на основе электрода, покрытого пленкой электрополимеризованного полианилина, характеризующийся тем, что анодно окисленный планарный графитовый электрод конструктивно состоит из лавсановой подложки, серебряного токосъемника, графитовой пасты и изолирующего слоя, а в рабочей области со держит слой электрополимеризованного полианилина. Технический результат заключается в снижении зависимости устойчивости покрытия от условий получения (число циклов сканирования потенциала - от 8 до 20), в обеспечении высокой чувствительности и широкого диапазона определяемых концентраций катионов водорода и серебра (I), в возможности работы в малых объемах проб (0.5-1.0 мл), в снижении стоимости сенсора. 1 н.з.п. ф-лы, 1 фиг.

Заявленное техническое решение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения катионов водорода и серебра (I) в водных растворах. Определение катионов водорода и серебра (I) в водной среде необходимо для анализа водопроводной и сточных вод, в промышленном и эколого-аналитическом контроле, в горно-добывающей, перерабатывающей промышленности, в машиностроении, в производстве лекарственных препаратов.

Известен потенциометрический сенсор для определения ионов серебра (I) на основе стеклоуглеродного электрода, покрытого полимерной пленкой поли(метиленового синего), содержащей 5,11,17,23 -тетра-трет-бутил-25,26, 27,28-тетракис[92-пиридил)-карбимоилметокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен [Патент 61886, 12.10.2006, И.С.Антипин]. Диапазон определяемых концентраций ионов серебра (I) 1·10-2-1·10 -6 М. К недостаткам сенсора следует отнести узкий (всего 4 порядка величины) диапазон определяемых концентраций, сложность изготовления сенсора, достаточно большие размеры стеклоуглеродного электрода (50×8×8 мм), не позволяющие проводить измерение в пробах объемом менее 5 мл, а также высокая стоимость сенсора (1000-1200 рублей).

Известен потенциометрический сенсор для определения ионов серебра (I) на основе стеклоуглеродного электрода, покрытого полимерной пленкой полианилина и замещенными по нижнему ободу тиакаликс[4]аренами [G.A.Evtugyn, I.I.Stoikov, S.V.Belyakova, E.E.Stoikova, R.V.Shamagsumova, A.Yu.Zhukov, I.S.Antipin, H.C.Budnikov, Talanta 76, 2008, 441]. К недостаткам сенсора следует отнести сложность изготовления сенсора с использованием в составе покрытия тиакаликсаренов, достаточно большие размеры стеклоуглеродного электрода (50×8×8 мм), не позволяющие проводить измерение в пробах объемом менее 5 мл, а также высокая стоимость сенсора (1000-1200 рублей).

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих признаков и достигаемому техническому результату, является пленочный твердоконтактный потенциометрический сенсор для определения ионов серебра (I) на основе стеклоуглеродного электрода, покрытого полимерной пленкой полианилина, полученного путем электрополимеризации в кислой среде (8-12 циклов сканирования потенциала) [G.A.Evtugyn, I.I.Stoikov, S.V.Beljyakova, R.V.Shamagsumova, E.E.Stoikova, A.Yu.Zhukov, I.S.Antipin, H.C.Budnikov, Talanta 71, 2007, 1720]. Диапазон определяемых концентраций ионов серебра (I) 10-2 -10-4.5 М. К недостаткам сенсора следует отнести:

- большие размеры сенсора (50×8×8 мм), что не позволяет использовать его для анализа проб малых объемов,

- значительная зависимость устойчивости покрытия от числа циклов сканирования потенциала в процессе электрополимеризации анилина,

- узкий (всего 2.5 порядка величины) диапазон определяемых концентраций катионов серебра (I),

- высокая стоимость сенсора (800-1100 рублей).

Технической задачей создания данной полезной модели является снижение зависимости устойчивости покрытия от условий получения (числа циклов сканирования потенциала), снижение стоимости сенсора до 50 раз за счет небольших размеров, дешевых исходных материалов и возможности крупносерийного производства на стандартном оборудовании (например, полуавтомат трафаретной печати DEK 248 фирмы "DEK", Великобритания), обеспечение возможности измерения концентрации катионов водорода и серебра (I) в малых объемах проб за счет миниатюризации устройства (уменьшение объема устройства до более чем 200 раз), расширение интервала определяемых концентраций на 2 порядка и снижение передела обнаружения катионов серебра (I) до 10 нмоль/л (примерно в 5 раз).

Заявленное техническое решение устраняет недостатки, присущие наиболее близкому аналогу, и обеспечивает реализацию поставленной задачи. Технический результат заключается в снижении зависимости устойчивости покрытия от условий получения (число циклов сканирования потенциала - от 8 до 20), в обеспечении высокой чувствительности определения и широкого диапазона определяемых концентраций катионов водорода и серебра (I), в возможности работы в малых объемах проб (0.5-1.0 мл), в снижении стоимости сенсора. Техническая задача решается за счет использования в составе сенсора печатного графитового электрода (фиг.1), имеющего низкую стоимость (15-20 рублей) и малые размеры (20×2×0.3 мм), а также за счет анодного окисления сенсора до и после электрополимеризации.

Пленочный потенциометрический сенсор для определения концентрации катионов водорода и серебра (I) в водном растворе на основе электрода, покрытого пленкой электрополимеризованного полианилина, характеризующийся тем, что анодно окисленный планарный графитовый электрод конструктивно состоит из лавсановой подложки, серебряного токосъемника, графитовой пасты и изолирующего слоя, а в рабочей области содержит слой электрополимеризованного полианилина.

Такая конструкция потенциометрического сенсора обеспечивает технический результат - высокую чувствительность и широкий диапазон определяемых концентраций катионов водорода и серебра (I), независимость устойчивости полианилинового покрытия от числа циклов сканирования потенциала (в диапазоне от 8 до 20 циклов), возможность работы в малых объемах проб, низкую стоимости сенсора - за счет использования с составе сенсора печатного графитового электрода, имеющего низкую стоимость и малые размеры, а также за счет анодного окисления сенсора до и после электрополимеризации.

Конструкция потенциометрического сенсора представлена на фиг.1. Потенциометрический сенсор состоит из планарного графитового электрода, конструктивно состоящего из лавсановой подложки 1, серебряного токосъемника 2, графитовой пасты 3, изолирующего слоя 4, а также полимерной пленки полианилина 5 в рабочей области сенсора. Перед и после нанесения полимерной пленки полианилина электрод анодно окисляется при постоянном потенциале +0.3 В в течение 3 минут в 0.2 М растворе серной кислоты. Полимерная пленка выполнена путем электроосаждения из 0.05-1 М раствора анилина в 0.2 М растворе серной кислоты на печатный графитовый электрод в потенциодинамическом режиме в интервале от -200 до 1000 мВ при скорости сканирования 50-150 мВ/с, число циклов сканирования потенциала 10-20. Анодное окисления позволяет обеспечить независимость характеристик сенсора от числа циклов сканирования потенциала (в диапазоне от 8 до 20 циклов), расширить диапазон определяемых концентраций катионов водорода и серебра (I) и повысить чувствительность определения катионов серебра (I).

Пример 1. Определение концентрации катионов серебра (I). Устройство функционирует следующим образом. Измерения проводят в растворе нитрата серебра в диапазоне концентраций 10-8-10-2 М. Раствор нитрата серебра (I) готовят растворением соли в дистиллированной воде. Для измерения сигнала на катионы серебра (I) потенциометрический сенсор и печатный хлоридсеребряный электрод сравнения опускают в ячейку, содержащую 1 мл раствора нитрата серебра (I) и измеряют величину э.д.с. после установления ее постоянного значения. Полученное значение э.д.с. регистрируют как сигнал потенциометрического сенсора. Полученные значения в серии измерений по одному параметру усредняют по 6 измерениям, воспроизводимость измерений определяют как среднее относительное стандартное отклонение. Воспроизводимость сигнала составляет 3.5±1.2%. Зависимость сигнала потенциометрического сенсора от концентрации катионов серебра (I) линеаризуется в координатах «сигнал сенсора - логарифм концентрации нитрата серебра»:

Е, мВ - (576±4)+(66±1)lgC, R=0.9980, n=10, диапазон определяемых концентраций 10-8 -10-2 М.

Пример 2. Определение концентрации катионов водорода (рН). Измерения проводят в 0.2 М растворе серной кислоты. Изменение рН раствора проводят с помощью концентрированных растворов соляной кислоты и гидроксида натрия. Для измерения сигнала на катионы водорода потенциометрический сенсор и печатный хлоридсеребряный электрод сравнения опускают в ячейку, содержащую 1 мл раствора серной кислоты и измеряют величину э.д.с. после установления ее постоянного значения. Полученное значение э.д.с. регистрируют как сигнал потенциометрического сенсора. Полученные значения в серии измерений по одному параметру усредняют по 6 измерениям, воспроизводимость измерений определяют как среднее относительное стандартное отклонение. Зависимость сигнала потенциометрического сенсора от концентрации катионов водорода линеаризуется в координатах «сигнал сенсора-рН»:

Е=(514±7)+(63±1)рН, R=0.9978, n=8, диапазон рН 0.5-7.0 М.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:

1) широкий диапазон определяемых концентраций катионов серебра (I) (10-2-10-8 М) и рН (0.5-7.0);

2) возможность определения катионов водорода и серебра (I) в пробах малого объема (0.5-1.0 мл) за счет миниатюризации устройства (уменьшение объема устройства до более чем 200 раз);

3) более надежное функционирование устройства, устойчивость которого не зависит от числа циклов сканирования потенциала при электрополимеризации полианилина в диапазоне 8-20 циклов;

4) упрощение конструкции сенсора;

4) низкая стоимость сенсора (снижение стоимости сенсора до 50 раз за счет небольших размеров, дешевых исходных материалов и возможности крупносерийного производства на стандартном оборудовании, например, с помощью полуавтомата трафаретной печати DEK 248 фирмы "DEK", Великобритания).

Пленочный потенциометрический сенсор для определения концентрации катионов водорода и серебра (I) в водном растворе на основе электрода, покрытого пленкой электрополимеризованного полианилина, отличающийся тем, что анодно окисленный планарный графитовый электрод конструктивно состоит из лавсановой подложки, серебряного токосъемника, графитовой пасты и изолирующего слоя, а в рабочей области содержит слой электрополимеризованного полианилина.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое улучшение по фиксации и упаковки электродов относится к области медицины, а именно к функциональным исследованиям, в частности миографии, и может быть использована в стоматологии для исследования жевательной мускулатуры.

Изобретение относится к области полиграфии, а более конкретно к шелкографской печати по резине (трафаретной печати) и может быть использовано в полиграфической промышленности при изготовлении рекламной и сувенирной продукции путем нанесения рисунков и текста на воздушные шары

Полезная модель относится к области упаковки сварочных электродов

Изобретение относится к устройствам очистки диэлектрических жидкостей от механических примесей и может быть использовано для регенерации (очистке) электродов в этих устройствах

Дневник // 139632

Полезная модель относится к литейно-металлургичекому производству, в частности, к получению пористых литых заготовок (отливок и слитков) из металлов с невысокой температурой плавления и легкоплавких металлов и их сплавов
Наверх