PL106555B1 - Elektroda impregnowana z grafitu spektralnie czystego i sposob otrzymywania elektrody impregnowanej z grafitu spektralnie czystego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest impregnowana elektroda z grafitu spektralnie czystego, zwana dalej elektroda IEC, majaca zastosowanie do pomiarów elektrochemicznych, a zwlaszcza do oznaczania*sladowych zawartosci metali ciezkich metoda odwróconej woltamperometrii.

Elementy konstrukcyjne znanych IEC, stosowanych do analiz metoda odwróconej woltamperometrii sa nastepujace: impregnowany grafit spektralnie czysty, na którym prowadzone sa procesy elektrochemiczne, wyprowadzenie kontaktu z grafitu, izolacja elektrochemicznie nieczynnej powierzchni grafitu oraz oprawka sluzaca do mechanicznego zabezpieczenia elektrody.

W znanych, impregnowanych elektrodach z grafitu spektralnie czystego, jako czynnik impregnujacy stosuje sie parafine (np. Th. P. De Angelis, W.R. Heinemen - Anal. Chem. 48,2262,1976 r), woski (np. S. T. Crosman, J. A. Dean- Analytica Chim. Acta 75, 421/ 1975 r), styren polimeryzujacy #,in situ" pod wplywem napromieniowania 7-promieniowaniem z 60Co (np. R G Ciem, 47, 1778, 1975 r), mieszanine zywicy epoksydo¬ wej—eteru dwuglicydylowego 4,4'-dwuhydroksydwufenylopropanu z polietylenopoliamina i ftalanem butylu (np. Ch. Z. Brajnina, E. Ja. Nejman, G. M. Dolgopolowa, Zaw. Lab. 7, 783,1970 r) czy tez mieszanine parafiny z polietylenem.

Elektryczny kontakt grafitu z przewodem wyprowadzajacym uzyskuje sie przez usuniecie z górnej czesci grafitu warstwy czynnika impregnujacego i umieszczenie na odslonietej powierzchni substancji przewodzacej prad elektryczny. Substancja ta jest najczesciej rtec lub proszek weglowy. Elektrochemicznie nieczynna powierzchnie zaimpregnowanego grafitu izoluje sie, na przyklad przez wklejenie grafitu w oprawke szklana za pomoca proszku polietylenowego, parafiny,wosku badz zywicy epoksydowej.

Znane, opisane wyzej impregnowane elektrody z grafitu spektralnie czystego posiadaja jednak szereg 'mankamentów z których zasadniczym jest stosowany dotychczas impregnowany grafit.2 106 555 Przy ciaglej pracy, czas uzytkowania elektrod impregnowanych parafinami jest krótki i moze wynosic przy prowadzeniu pomiarów w srodowisku o pH > 4,7 okolo 30 dni, a w srodowisku o pH *M—2 od kilku godzin do kilku dni, po czym nalezy przeprowadzac ponowna impregnacje (Ray G. Ciem, Aldo F Sciemanna - Anal. Chem. 47,276, 1975 r, D.H. Hume, J.N. Carter, Chemia Analityczna 17, 747, 1972). Elektrody impregnowane parafina wymagaja ponadto czestego polerowania elektrochemicznie czynnej powierzchni, na przyklad co kilka dni lub nawet po serii pomiarów, co jest szczególnie uciazliwe ze wzgledu na niekorzystne wlasnosci mechaniczne parafin. Pewna poprawe wlasnosci elektrod oraz zwiekszenie zakresu potencjalów, w których moga byc one uzytkowane osiaga sie przez zastosowanie jako czynnika impregnujacego, mieszaniny parafiny z polietylenem lub kompozycji polieterowej zywicy epoksydowej z polietylenopoliamina i ftalanem butylu. Wada tych elektrod jest mala odpornosc na kwasne srodowisko (Ch. Z. Brajnina, W. B. Bielawskaja - Z. A. Ch. XXXI, 10,1172,1965r.).

Niedogodnoscia znanych rozwiazan jest równiez nietrwalosc kontaktu z zaimpregnowanym grafitem spowodowana brakiem trwalych polaczen miedzy drutem wyprowadzajacym a rtecia (czy proszkiem weglowym) a powierzchnia zaimpregnowanego grafitu. Inna niedogodnoscia jest stosowany sposób izolacji elektrochemicznie nieczynnej powierzchni. W opisanym przypadku istnieje mozliwosc, najczesciej po pewnym okresie uzytkowania IEC, dostania sie elektrolitu miedzy izolowana powierzchnie grafitu, a izolacje. Powoduje to wzrost pradu tla, brak powtarzalnosci i wiarygodnosci pomiarów, a w konsekwencji prowadzi do ponownej impregnacji grafitu lub koniecznosci zastosowania nowej elektrody.

Opisanych powyzej niedogodnosci nie posiada elektroda wedlug wynalazku, która sklada sie z grafitu spektralnie czystego, zaimpregnowanego mieszanina zywicy epoksydowej — estru dwuglicydylowego kwasu szesciowodoroftalowego z bezwodnikiem szesciowodoroftalowym w stosunku wagowym okolo 1 :1 najlepiej 1 :0,76, z umocowanym w nim drutem wyprowadzajacym, umieszczonych w odlewie stanowiacym w jednej calosci dalsze elementy konstrukcyjne elektrody. Odlew uzyskuje sie przez zalanie i utwardzenie zaimpregnowa¬ nego grafitu z drutem wyprowadzajacym mieszanine zywicy epoksydowej, korzystnie o podanym skladzie.

Elektroda bedaca przedmiotem wynalazku na skutek zastosowania do impregnacji omówionej mieszaniny jest odporna na dzialanie odczynników chemicznych, moze pracowac w szerokim zakresie pH, charakteryzuje sie szerokim zakresem potencjalów, przy którym moze byc uzytkowana oraz dluga zywotnoscia. Dzieki konstrukcji powodujacej, ze wszystkie elementy elektrody stanowia jednolity odlew, nie ma mozliwosci dostawania sie roztworu badanego miedzy grafit, a izolacje elektrochemicznie nieczynnej powierzchni a takze nie ma praktycz¬ nie mozliwosci przerwania kontaktu miedzy grafitem a drutem wyprowadzajacym.

Jednoczesnie maleje prawdopodobienstwo zanieczyszczenia roztworu badanego gdyz wprowadza sie do niego oprócz samego grafitu, tylko jeden material chemiczny — utwardzona zywice.

Alternatywnym rozwiazaniem jest impregnowana elektroda z grafitu spektralnie czystego o konstrukcji znanej, posiadajaca grafit zaimpregnowany mieszanina zywicy epoksydowej, która jest ester dwuglicydylowy kwasu szesciowodoroftalowego z bezwodnikiem szesciowodoroftalowym w stosunku wagowym okolo 1:1, najlepiej 1 :0,76. Uzyskane parametry dla tej elektrody nie odbiegaja od parametrów elektrody bedacej przedmiotem wynalazku, opisanej wyzej, jednakze ze wzgledu na podane niedogodnosci konstrukcyjne, jest klopot Irwsza w uzyciu.

Przedmiotem wynalazku jest równiez sposób otrzymywania impregnowanej elektrody z grafitu spektralnie czystego.

Wedlug znanych metod, grafit spektralnie czysty impregnuje sie pod próznia przez zanurzenie go w stopionym czynniku impregnujacym i nastepnie po ostygnieciu a w przypadku zywic epoksydowych, po procesie utwardzania, uzyskana elektrode wkleja sie w oprawke, wykonuje kontakt i nastepnie poleruje elektrochemicznie czynna powierzchnie.

Wedlug wynalazku, spektralnie czysty grafit laczy sie z drutem wyprowadzajacym i calosc impregnuje pod próznia w temperaturze 70-90°C mieszanina estru dwuglicydylowego kwasu szesciowodoroftalowego z bezwod¬ nikiem szesciowodoroftalowym w stosunku wagowym 1:1, najlepiej 1:0,76. Zaimpregnowana elektrode grafitowa wraz z drutem wyprowadzajacym umieszcza sie w naczyniu, najlepiej z posilikonowanymi scianami i zalewa mieszanina zywicy epoksydowej korzystnie w której prowadzony byl proces impregnacji. Proces utwardzania prowadzi sie przez okres okolo 12 godzin w temperaturze okolo 120°C i nastepnie przez okres okolo 6 godzin w temperaturze okolo 150°C.

Uzyskany odlew gwintuje sie w górnej czesci celem nakrecenia elementu zabezpieczajacego drut wyprowa¬ dzajacy i poleruje dolna, elektrochemicznie czynna powierzchnie. Boczna powierzchnia uzyskanego odlewu posiada gladz szkla, co jest niezwykle istotne w analizie sladowej, gdyz umozliwia dokladne splukanie elektrody, a takze zapobiega nadmiernej adsorpcji. Opornosc elektrody z tak wyprowadzonym kontaktem jest rzedu ulamka oma.

Elektroda moze byc uzyta takze do prowadzenia oznaczen sladowych zawartosci metali ciezkich metoda odwróconej woltamperometrii z jednoczesnym naniesieniem na elektrochemicznie czynna powierzchnie warstwy106 555 3 rteci. Otrzymana warstwa jest trwala, a jednoczesnie daje sie latwo usunac, na przyklad przez starcie jej mokra ircha, nie powodujac przy tym porysowania elektrochemicznie czynnej powierzchni IEC.

Przy wlasciwym uzytkowaniu elektrody, moze ona byc stosowana przez kilka lat, bez potrzeby ponownego polerowania, do prowadzenia pomiarów metoda odwróconej woltamperometrii z jednoczesnym nanoszeniem rteci.

Zakres potencjalu pracy dla elektrody z grafitu spektralnie czystego, zaimpregnowanego mieszanina estru dwugIicydylowego kwasu szesciowodoroftalowego z bezwodnikiem szesciowodoroftalowym w stosunku wago¬ wym 1 :0,76, stanowiacej odlew z mieszaniny o wyzej podanym skladzie przedstawiony jest na rysunku.

Uwidocznione na rysunku krzywe przedstawiaja zaleznosci wielkosci pradu tla od przylozonego potencja¬ lu do IEC wzgledem elektrody chlorosrebrowej w 0,1 M elektrolitach, przy czym krzywa 1 przedstawia zaleznosc dla roztworu kwasu solnego, krzywa 2 dla roztworu kwasu azotowego, krzywa 3 dla roztworu kwasu siarkowego, krzywa 4 dla roztworu chlorku amonowego, krzywa 5 dla roztworu octanu amonu, a krzywa 6 dla roztworu azotanu potasu.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Elektroda impregnowana z grafitu spektralnie czystego, zwana dalej elektroda IEC, skladajaca sie z elementu pracujacego, stanowiacego impregnowany zywica epoksydowa grafit spektralnie czysty z umocowa¬ nym w nim drutem wyprowadzajacym, zalanych zywica epoksydowa, izolacji elektrochemicznie nieczynnej powierzchni grafitu oraz oprawki elektrody, z n amienna tym, ze grafit spektralnie czysty impregnowany jest mieszanina zywicy epoksydowej stanowiaca ester dwuglicydylowy kwasu szesciowodoroftalowego z bezwod¬ nikiem kwasu szesciowodoroftalowego w stosunku wagowym okolo 1:1, korzystnie 1 :0,76, przy czym wszystkie elementy wchodzace w sklad elektrody, stanowia odlew, korzystnie, utwardzonej termicznie zywicy epoksydowej, zwlaszcza o wyzej podanym skladzie.

2. Elektroda impregnowana z grafitu spektralnie czystego, skladajaca sie z elementu pracujacego, którym jest impregnowany zywica epoksydowa grafit spektralnie czysty izolacji elektrochemicznie nieczynnej powierz¬ chni grafitu wyprowadzenia z niego kontaktu oraz oprawki elektrody, znamienna tym, ze grafit spektralnie czysty impregnowany jest mieszanina zywicy epoksydowej bedacej estrem dwuglicydylowym kwasu szesciowodoroftalowego z bezwodnikiem szesciowodoroftalowym w stosunku wagowym okolo 1:1, korzystnie 1 :0,76.

3. Sposób otrzymywania impregnowanej zywica epoksydowa elektrody z grafitu spektralnie czystego, znamienny tym, ze spektralnie czysty grafit laczy sie z drutem wyprowadzajacym i nastepnie impregnuje pod próznia w temperaturze 70—90°C mieszanina estru dwuglicydylowego kwasu szesciowodoroftalowego z bezwodnikiem szesciowodoroftalowym w stosunku wagowym okolo 1:1, korzystnie 1:0,76 umieszcza w formie, najlepiej o posilikonowanych scianach i zalewa, korzystnie wyzej podana mieszanina zywicy epoksydo¬ wej z bezwodnikiem szesciowodoroftalowym, utwardza temperaturowo, nastepnie w uzyskanym odlewie poleru¬ je sie dolna, elektrochemicznie czynna powierzchnie elektrody i ewentualnie zabezpiecza wyprowadzenie drutu. i 23 kSS