Кислородный электрод

 

1. КИСЛОРОДНЫЙ ЭЛЕКТРОД, включающий углеродистую подложку с нанесенным на нее катализатором, отличающийся тем, что, с целью повышения активности электрода в нейтральньпс средах, в качестве катализатора используют фермент лакказу . 2. Кислородньтй электрод по п. 1, отличающийс я тем, что испйльзуют углеродистую подложку с поверхностью 100-250 м/г.

„.SU„„877980

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ОС Ю

РЕСПУБЛИН

1 511 С 25 В 11(12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHO5IIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР йО ДЕ 1А ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1й (21) 2791581/23-26 (22) 02.07.79 (46) 15.05.85. Бюп. 9. 18 (72) В.А. Богдановская, С.д. Варфоломеев, M-P. Тарасевич и А.И. Ярополов (71) Институт электрохимии АН СССР (53) 542.8(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 385538, кл. Н 01 М 13/04, 1972. . (прототип). (54) (57) 1. КИСЛОРОДНЬЙ ЭЛЕКТРОД э включающий углеродистую подложку с нанесенным на нее катализатором, отличающийся тем,что, с целью повышения активности электрода в нейтральных средах, в качестве катализатора используют фермент— лакказу.

2. Кислородный электрод по п. 1, отличающийся тем, что используют углеродистую подложку с поверхностью 100-250 м /г.

877980

1

В качестве подложки для адсорбциониой иммобииизации могут быть использованы пирографит, стеклоуглерод, уголь и сажа, однако наибольшее значение стационарного потенциала устанавливается на электроде из сажи. Значения стационарных потенциа- ээ лов в атмосфере кислорода составля- . ют 1,05, 1,08, 1,10 и 1 20 В соответственно. йа электроде прототипа .

Изобретение относится к электрохимии, а именно к созданию электродов для электрохимических ячеек, и может быть использовано для электродов электрохимических датчиков на кислород.

Известен кислородный электрод, включающий углеродистую подложку с нанесенным на нее катализатором— органическим комплексом металла, а именно полимером фталоцианина кобальта или железа (1) .

Недостатком известного кислородного электрода является его низкая..активность в нейтральных сре- 13 дан.

Цель изобретения — повышение активности электрода в нейтральных средах.

Поставленная цель достигается 20 кислородным электродом, включающим углеродистую подложку с нанесенным на нее катализатором, причем в качестве катализатора используют фер-. мент — лаккаэу. 25

Данный электрод изготавливают путем погружения углеродистой под- ложки, например сажи, с поверхностью 100-250 м /г в раствор лакказы с концентрацией 10 - 10 моль/л щ

-3 -6 при рН 4,5 — 5,$.

Лакказа (п-дифеиол:Π— оксидоредуктаза, ФК 1.10.3.2.) является окнслительно-восстановительным ферментом. Молекула лакказы имеет молекулярный вес около 60 000 и выделена из грибков. В состав активного центра лаккаэы входит 4 атома меди, связанных с белковой глобулой. Лакказа является весьма стабильным ферментом н может храниться в нейтральных буферных растворах s течение нескольких месяцев. При йдсорбционной иммобилизации, которая протекает необратимо, лаккаэа сохраняет около 20Ж активности, а стабильность возрастает, максимальное значение потенциала составляет 0,8 В.

Электрод готовят следующим образом.

На пирографитовый стержень (диаметр 1 мм, длина 15 мм) наносят сажу (100 м /r) в смеси со фторопластовым лаком и ацетоном. Вес фторопласта составляет 15Х от веса сажи (4-5 мг). Полученный электрод погружают в раствор лакказы в 0,15 М ацетатном буферном растворе с рН 5,0. Концентрация лакказы составляет 5 10 моль/л. Адсорбцию лакказы проводят в течение 24 ч при комнатной температуре.

Стационарный потенциал такого электрода составляет 1,2 В, что близко к равновесному потенциалу кислородного электрода. Полученный электрод испытывают в ацетатном буферном растворе (0,3 М) с рН 5,0 при плотности тока 180 мкА/см, В течение 50 ч работы при указанной плотности тока потенциал электрода уменьшился на 10Х относительно потенциала начала поляризации, и составил 1,11 В. (Все значения потенциалов приведены относительно водородного электрода в том же растворе).

Выбор в качестве носителя сажи обусловлен тем, что сажа с поверхностью 100-250 м /r обладает высокой емкостью по белку. Увеличение поверхности носителя не приводит к увеличению емкости по белку из-за того, что поры с малым диаметром (менее 100 А) недоступны для адсорбции белка. Сажа с поверхностью менее 100 м /г имеет малую емкость и по белку.

Адсорбцию фермента осуществляют иэ раствора с концентрацией 10

10 моль/л. Нижний предел концентрации обусловлен малой скоростью адсорбции белка на электрод из разбавленного раствора, а верхний— пределом растворимости фермента.

Оптимальные значения рН составляют 4,5-5 5 потому что именно в этой области рН фермент (лакказа) обладает наибольшей стабильностью и активностью.

Основные преимущества предложенного кислородного электрода:

1. Впервые реализован равновесный кислородный потенциал на электроде .

877980

Тежред,Ж.Кастелевич Корректор

Редактор С. Титова

Заказ 2853/4 Тираж б37 Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент". г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 в нейтральном растворе. Потенциал, устанавливающийся на электродах, активированных органическими комплексами по прототипу на 0,4 В отрицательнее.

2. Электровосстановление кислорода на данном электроде протекает при потенциалах на 0,4 В более положительных, чем на электродах прототипа. Следует также отметить, что в присутствии лакказы электровостановление кислорода протекает непосредственно до воды, минуя промежуточное образование перекиси водорода.

3. Важной особенностью кислородного электрода на основе лакказы является его селективность по отношению к кислороду, что позволяет рекомендовать его для использования. в электрохимических датчиках на кислород.