Состав мембраны ионоселективного электрода для определения активности перренат-ионов

 

Использование: изобретение относится к потенциометрическим методам анализа и контроля концентрации ионов в водных растворах, может быть использовано в химической, металлургической, промышленности, в оптической химии и в практике научных исследований и направлено на создание состава мембраны ионоселективного электрода, позволяющего увеличить диапазон определений активности перренат-ионов в сторону снижения величины нижнего предела обнаружения, продолжительности использования электрода в различных средах, в том числе и в концентрированных растворах, снизить омическое сопротивление мембраны, а также обеспечить возможность использовании электрода в проточных системах анализа за счет повышения механической прочности мембраны электрода. Сущность изобретения: в составе мембраны ионоселективного электрода для определения активности перренат-ионов, содержащей электродно-активное вещество на основе ионного ассоциата перренат-ионов с органическим катионом, иммобилизованое в полимерной матрице на основе поливинилхлорида и органического пластификатора, в качестве электродно-активного вещества использован ионный ассоциат перренат-ионов с катионами тетразолия, а в качестве пластификатора - 0-нитрофенилоктиловый эфир при следующем соотношении компонентов мембраны, мас. %: электродно-активное вещество 3,1 - 6,2; поливинилхлорид 35,9 - 37,5; 0-нитрофенилоктиловый эфир 57,8 - 59,4. 1 табл.

Изобретение относится к потенциометрическим методам анализа и контроля концентрации ионов в водных растворах и может быть использовано в химической, металлургической промышленности, в оптической химии и в практике научных исследований.

Известен состав мембраны ионоселективного электрода для определения перренат-ионов, содержащий электродно-активное вещество на основе ионного асоциата перренат-иона с органическим катионом и органическим растворителем [1] Мембрана электрода состоит из раствора ионообменника в органическом растворителе, в качестве которого используют 1 110^-3 М раствор ионного ассоциата перренат-иона с катионом тетрафениларсония состава [(C₆H₅)As]⁺ReO^-₄ в нитробензоле.

Электрод на основе этого соединения сохраняет электродную функцию в диапазоне 10^-1 10^-5 М; обнаруживает независимость потенциала (при постоянной ионной силе) в широком интервале концентрации ионов водорода (от 1,5 М H₂SO₄ до 5 M NH₄OH), характеризуется коэффициентами селективности, равными 3,6 10^-5; 8,0 10^-5; 7,4 10^-5; 4 10^-3; 6 10^-2, соответственно в присутствии SO²₄^-,WO²₄^-,VO^-₃;Cl^-₄NO и ионов любых катионов, однако потенциал этого электрода в большей или меньшей степени зависит от присутствия ClO^-₄, CNS, I^-, Br^-, Cl^-, CO^-₃. Время установления равновесного потенциала для разбавленных растворов 3 5 мин, а для концентрированных 1 2 мин, в сложных по составу растворах это время значительно увеличивается.

Воспроизводимость значений потенциалов этого электрода для растворов одной и той же концентрации 2мВ.

Существенным недостатком ионообменника является также его токсичность и сложность синтеза.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является состав мембраны ионоселективного электрода для определения активности перренат-ионов [2] содержащий электродно-активное вещество на основе ионного ассоциата перренат-ионов с органическим катионом, иммобилизованное в полимерной матрице на основе поливинилхлорида и органического пластификатора диоктилфталата при следующем соотношении компонентов мембраны, мас.

Электродно-активное вещество 5 7 Поливинилхлорид 31 33 Диактилфталат 60-65 Указанный электрод характеризуется линейно электродной функцией по отношению к перренат-ионам в диапазоне 0,1 10^-5 М. Нижний предел обнаружения ограничен относительно невысокой липофильностью ионообменника (3 10^-9). Последнее обстоятельство также отрицательно влияет на продолжительность использования электрода. Время установления равновесного потенциала для разбавленных растворов достаточно велико (составляет 2 3 мин) и превышает время отклика в концентрированных растворах в 3 5 раз. Существенным недостатком электрода-прототипа является также высокое омическое сопротивление мембраны (10 М0м) и недостаточная механическая прочность пленки. Все это затрудняет использование электрода в проточных системах анализа (или при потенциометрических измерениях в проточных растворах.

Поставленной задачей предлагаемого технического решения является создание состава мембраны ионоселективного электрода, позволяющего увеличить диапазон определений активности перренат-ионов в сторону снижения величины нижнего предела обнаружения, продолжительности использования электрода в различных средах (в том числе и в концентрированных растворах), снизить омическое сопротивление мембраны, а также обеспечить возможность использования электрода в проточных системах анализа за счет повышения механической прочности мембраны электрода.

Поставленная задача решается тем, что в составе мембраны ионоселективного электрода для определения активности перренат-ионов, содержащем электродно-активное вещество на основе ионного ассоциата перренат-ионов с органическим катионом, иммобилизованное в полимерной матрице на основе поливинилхлорида и органического пластификатора, в качестве электродно-активного вещества использован ионный ассоциат перренат-ионов с катионами тетразолия, а в качестве пластификатора используют О-нитрофенилоктиловый эфир при следующем соотношении компонентов мембраны, мас.

Электродно-активное вещество 3,1 6,2 Поливинилхлорид 35,9-37,5 О-нитрофенилоктиловый эфир 57,8 59,4 Пример. Пленочную мембрану готовят следующим образом. 3,2г перрената тетразолия смешивают с 23 мг поливинилхлорида и 37,8 мг О-нитрофенилоктилового эфира и растворяют в 2 мл тетрагидрофурана. После тщательного перемешивания магнитной мешалкой до получения однородной вязкой смеси последнюю выливают в чашку Петри (внутренний диаметр 33 мм) и оставляют открытой на воздухе до получения прозрачной эластичной пленки.

Оптимальный состав мембранной смеси, мас. ЭАВ ПВХ О-НФОЭ 5,0 36,0 59,0.

Общее омическое сопротивление гальванической цепи, включающей пленочную мембрану, около 1 МОм.

Нижний предел обнаружения рения с помощью предлагаемого электрода составляет 5 10^-7 М, в то время как линейная область функционирования электрода порядка 10^-1 10^-6 М.

Предлагаемые пределы содержания компонентов в мембранах являются оптимальными, поскольку в пленочной мембране при концентрации ЭАВ менее 3,1 мас. Значительно ухудшаются кинетические свойства мембран и наблюдается дрейф потенциала вследствие увеличения их электрического сопротивления. При концентрации ЭАВ больше 6,2 мас. в фазе мембраны наблюдается увеличение величины нижнего предела обнаружения перренат-ионнов. Верхний предел содержания ЭАВ в мембране лимитируется растворимостью О-НФОЭ. Указанные количества О-НФОЭ (57,8 59,4 мас.) обеспечивают наилучшую совместимость ПВХ и ионообменника, а также придают пленке требуемую эластичность; при добавлении указанного количества ПВХ (35,9 37,5) получают пленки оптимальной толщины с оптимальными механической прочностью и омическим сопротивлением не более 1 МОм.

Из таблицы следует, что ионные ассоциаты характеризуются низкой растворимостью в воде и высокой растворимостью в хлороформе, что позволяет их использовать для дальнейшей работы. Указанные в таблице ионные ассоциаты были исследованы в качестве электродно-активных веществ в составе жидких и пленочных мембран для разработки ионо-селективных электродов на перренат-ионы.

Показано, что все мембраны чувствительны к перренат-иону. Перренатная функция мембран выполняется в области концентраций водородных ионов от 1 M H₂SO₄ до 5 M NH₄OH. Электродные функции мембран линейные в диапазоне концентраций перренат-ионов 1 10^-5 10^-1 М. Нижний предел обнаружения рения для ТФА предлагаемого состава 5 10^-7 1 10^-6. Время отклика мембраны предлагаемого состава не превышает 1 мин для разбавленных растворов, а для концентрированных 0,5 1 мин. Сравнительное изучение потенциометрической селективности мембран на основе изученных ионных ассоциатов позволила из расположить в следующий ряд: с НБТ > с ТФА > с ТФП > с НТ.

Формула изобретения

Состав мембраны ионоселективного электрода для определения активности перренат-ионов, содержащий электродно-активное вещество на основе ионного ассоциата перренат-ионов с органическим катионом, иммобилизованное в полимерной матрице на основе поливинилхлорида и органического пластификатора, отличающийся тем, что в качестве электродно-активного вещества использован ионный ассоциат перренат-ионов с катионами тетразолия, а в качестве пластификатора использован О-нитрофенилоктиловый эфир при следующем соотношении компонентов мембраны, мас.

Электродно-активное вещество 3,1 6,2 Поливинилхлорид 35,9 37,5 О-Нитрофенилоктиловый эфир 57,8 59,4ь

РИСУНКИ

Рисунок 1