RU134655U1 - A POTENTIOMETRIC CROSS-SENSITIVE PD-SENSOR TO CATIONS AND ANAONS BASED ON PERFORATED SULFOCATION-EXCHANGE MEMBRANES - Google Patents

A POTENTIOMETRIC CROSS-SENSITIVE PD-SENSOR TO CATIONS AND ANAONS BASED ON PERFORATED SULFOCATION-EXCHANGE MEMBRANES Download PDF

Info

Publication number
RU134655U1
RU134655U1 RU2013112405/28U RU2013112405U RU134655U1 RU 134655 U1 RU134655 U1 RU 134655U1 RU 2013112405/28 U RU2013112405/28 U RU 2013112405/28U RU 2013112405 U RU2013112405 U RU 2013112405U RU 134655 U1 RU134655 U1 RU 134655U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
modified
sensor
perforated
cations
Prior art date
Application number
RU2013112405/28U
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU134655U8 (en
Inventor
Ольга Владимировна Бобрешова
Анна Валерьевна Паршина
Катерина Юрьевна Сафронова
Кристина Юрьевна Янкина
Татьяна Сергеевна Титова
Андрей Борисович Ярославцев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ")
Priority to RU2013112405/28U priority Critical patent/RU134655U8/en
Publication of RU134655U1 publication Critical patent/RU134655U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU134655U8 publication Critical patent/RU134655U8/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

Потенциометрический перекрестно чувствительный к катионам и анионам ПД-сенсор на основе перфорированных сульфокатионообменных мембран, состоящий из двух корпусов, в одном из которых установлен внутренний хлоридсеребряный электрод сравнения, в другом установлена перфорированная сульфокатионообменная мембрана в калиевой форме таким образом, что один конец мембраны размещен в первом корпусе, а другой выступает за пределы второго корпуса, отличающийся тем, что перфорированная сульфокатионообменная мембрана модифицирована наночастицами ZrOдо половины длины, причем концентрация ZrOв модифицированной половине мембраны составляет от 3,0 до 5,0 мас.%; в первом корпусе размещен немодифицированный конец мембраны, а модифицированный конец выступает за пределы второго корпуса.Potentiometric cross-sensitive to cations and anions PD sensor based on perforated sulfocation-cation exchange membranes, consisting of two cases, one of which has an internal silver chloride reference electrode, the other has a perforated sulfation-cation exchange membrane in potassium form so that one end of the membrane is placed in the first casing, and the other extends beyond the second casing, characterized in that the perforated sulfocation exchange membrane is modified by nanoparticles E ZrOdo half the length, the concentration ZrOv modified half membrane is from 3.0 to 5.0 wt.%; the unmodified end of the membrane is located in the first body, and the modified end extends beyond the second body.

Description

Полезная модель относится к области потенциометрических методов анализа с использованием нанокомпозиционных ионообменных мембран со специальными свойствами. Оно может быть использовано для совместного определения компонентов, находящихся в анионной и катионной формах в водных и водно-органических пищевых, медицинских и промышленных средах.The utility model relates to the field of potentiometric analysis methods using nanocomposite ion-exchange membranes with special properties. It can be used for the joint determination of components in anionic and cationic forms in aqueous and aqueous-organic food, medical and industrial environments.

Известен потенциометрический сенсор для селективного определения аминокислоты лизина в водных растворах в присутствии нейтральных аминокислот и ионов NH4+ (патент РФ №2376591, МПК G01N 27/28, 20.12.2009), состоящий из хлорсеребряного электрода сравнения, мембраны из перфорированного сульфокатионитового полимера, двух корпусов, соединенных между собой, в одном из корпусов установлен электрод сравнения, в другом установлена мембрана таким образом, что один ее конец размещен в первом корпусе, а другой выступает за пределы второго корпуса, причем мембрана может быть выполнена в виде полоски или стержня, или трубки, и обработана в этиленгликоле при 110°С. Расстояние между границами мембраны сенсора с раствором сравнения и исследуемым раствором соответствует длине мембраны (6-8 см). Отклик сенсора измеряется относительно хлоридсеребряного электрода сравнения с помощью высокоомного вольтметра.A potentiometric sensor is known for the selective determination of lysine amino acids in aqueous solutions in the presence of neutral amino acids and NH 4 + ions (RF patent No. 2376591, IPC G01N 27/28, 12/20/2009), consisting of a silver chloride comparison electrode, a membrane of a perforated sulfocationite polymer, two cases interconnected, in one of the cases a reference electrode is installed, in the other a membrane is installed so that one end is placed in the first case, and the other extends beyond the second case, and the membranes on may be formed as a strip or rod, or tube, and treated in ethylene glycol at 110 ° C. The distance between the boundaries of the sensor membrane with the comparison solution and the test solution corresponds to the length of the membrane (6-8 cm). The sensor response is measured relative to the silver chloride reference electrode using a high-resistance voltmeter.

Недостатком описанного изобретения является то, что такой сенсор не может быть использован для совместного определения анионов и катионов в водных и водно-органических средах.The disadvantage of the described invention is that such a sensor cannot be used for the joint determination of anions and cations in aqueous and aqueous-organic media.

Прототипом настоящего технического решения является потенциометрический мультисенсорный измерительный комплекс для совместного определения органических электролитов в водных растворах (патент РФ 109862 МПК G01N 27/00, от 27.10.2011), включающий блок управления, высокоомный многоканальный вольтметр, хлоридсеребряный электрод сравнения и не менее двух кросс-селективных ПД-сенсоров, причем каждый ПД-сенсор состоит из двух корпусов, в одном из которых установлен внутренний хлоридсеребряный электрод сравнения, в другом установлена перфторированная сульфокатионитовая полимерная трубка, или мембрана, или стержень таким образом, что один их конец размещен в первом корпусе, а другой - выступает за пределы второго корпуса; в каждом из кросс-селективных ПД-сенсоров мембраны выполнены из перфорированных сульфокатионитовых полимеров в разных неорганических и органических ионных формах; а корпуса, в которых установлен внутренний электрод сравнения ПД-сенсоров, заполнены 1 М растворами разных неорганических и органических электролитов, соответствующих ионным формам перфорированных сульфокатионитовых полимеров.The prototype of this technical solution is a potentiometric multisensor measuring complex for the joint determination of organic electrolytes in aqueous solutions (RF patent 109862 IPC G01N 27/00, dated 10.27.2011), including a control unit, a high-resistance multichannel voltmeter, a silver chloride comparison electrode and at least two cross- selective PD sensors, each PD sensor consisting of two cases, one of which has an internal silver chloride reference electrode, and the other has a perfluorinated a sulfocationite polymer tube, or membrane, or rod in such a way that one end is placed in the first case, and the other extends beyond the second case; in each of the cross-selective PD sensors, the membranes are made of perforated sulfocationic polymers in different inorganic and organic ionic forms; and the cases in which the internal reference electrode of PD sensors is installed are filled with 1 M solutions of various inorganic and organic electrolytes corresponding to the ionic forms of perforated sulfocationic polymers.

Недостатком предложенного технического решения является сложность конструкции.The disadvantage of the proposed technical solution is the design complexity.

Задачей настоящего технического решения является создание единичного сенсора, перекрестно чувствительного к анионам и катионам, одновременно присутствующим в водных и водно-органических средах (пищевых, медицинских и промышленных), содержащих аминокислоты, витамины, лекарственные вещества, меркаптаны и неорганические электролиты в области рН>7.The objective of this technical solution is to create a single sensor, cross-sensitive to anions and cations, simultaneously present in aqueous and aqueous-organic media (food, medical and industrial) containing amino acids, vitamins, drugs, mercaptans and inorganic electrolytes in the region of pH> 7 .

Технический результат настоящей полезной модели заключается в упрощении конструкции.The technical result of this utility model is to simplify the design.

Технический результат достигается тем, что в потециометрическом перекрестно чувствительном к катионам и анионам ПД-сенсоре (потенциометрический сенсор, аналитическим сигналом которого является потенциал Доннана) на основе перфорированных сульфокатионообменных мембран, состоящем из двух корпусов, в одном из которых установлен внутренний хлоридсеребряный электрод сравнения, в другом установлена перфорированная сульфокатионообменная мембрана в калиевой форме таким образом, что один конец мембраны размещен в первом корпусе, а другой выступает за пределы второго корпуса, согласно предложенному техническому решению перфорированная сульфокатионообменная мембрана модифицирована наночастицами ZrO2 до половины длины, причем концентрация ZrO2 в модифицированной половине мембраны составляет от 3,0 до 5,0 масс.%; в первом корпусе размещен немодифицированный конец мембраны, а модифицированный конец выступает за пределы второго корпуса.The technical result is achieved by the fact that in a potentiometric cross-sensitive to cations and anions PD sensor (potentiometric sensor, the analytical signal of which is Donnan’s potential) based on perforated sulfocation-cation exchange membranes, consisting of two cases, one of which has an internal silver chloride comparison electrode, in the other is equipped with a perforated sulfocation exchange membrane in potassium form so that one end of the membrane is placed in the first housing and the other ystupaet beyond said second body, according to the proposed technical solution sulfokationoobmennaya perforated membrane modified ZrO 2 nanoparticles to half the length, and ZrO 2 concentration in the half of the modified membrane is from 3.0 to 5.0 wt.%; the unmodified end of the membrane is located in the first body, and the modified end extends beyond the second body.

На фиг.1а представлена схема конструкции перекрестно чувствительного к анионам и катионам ПД-сенсора на основе перфорированной сульфокатионообменной мембраны.On figa presents a design diagram of a cross-sensitive to the anions and cations of the PD sensor based on a perforated sulfocation exchange membrane.

На фиг.1б схематично представлена модифицированная перфорированная сульфокатионообменная мембрана представлена.On figb schematically presents a modified perforated sulfocation exchange membrane is presented.

На фиг.1в представлена микрофотография модифицированного конца мембраны.On figv presents a micrograph of the modified end of the membrane.

На фиг.2 приведены физико-химические характеристики мембран МФ-4СК и Nafion, модифицированных наночастицами ZrO2.Figure 2 shows the physico-chemical characteristics of the membranes MF-4SK and Nafion, modified with ZrO 2 nanoparticles.

На фиг.3 приведена градуировочная характеристика ПД-сенсора, на основе мембран МФ-4СК и Nation, модифицированных наночастицами ZrO2, в щелочных растворах цистеина.Figure 3 shows the calibration characteristic of the PD sensor, based on MF-4SK and Nation membranes, modified with ZrO 2 nanoparticles, in alkaline cysteine solutions.

На фиг.4 приведена градуировочная характеристика ПД-сенсора на основе мембран МФ-4СК в щелочных растворах глицина.Figure 4 shows the calibration characteristic of the PD sensor based on MF-4SK membranes in alkaline glycine solutions.

На фиг.5 приведена градуировочная характеристика ПД-сенсора на основе мембран МФ-4СК в щелочных растворах тиогликолевой кислоты.Figure 5 shows the calibration characteristic of the PD sensor based on MF-4SK membranes in alkaline solutions of thioglycolic acid.

Конструкция ПД-сенсора представлена на фиг.1а и включает два пластиковых (или стеклянных) корпуса 1 и 2 объемом соответственно 5 и 0,5 см3, заполненных 1 М раствором КСl. Корпуса 1, 2 соединяются через резиновую пробку 3 и герметично закрываются резиновыми пробками 4, 5. В корпусе 1 закреплен хлорсеребряный электрод сравнения 6 (серебряная проволока, покрытая хлоридом серебра). В пробках 3 и 5 закреплена перфорированная сульфокатионообменная мембраны 7 в калиевой форме в виде стержня длиной от 6 до 8 см, одна половина которой объемно-модифицирована наночастицами ZrO2, а другая половина представляет собой исходную немодифицированную мембрану. Конец мембраны со стороны немодифицированной части длиной 0,5 см находится внутри корпуса 1, основная часть мембраны длиной от 5 до 7 см соответственно находится внутри корпуса 2. Конец мембраны длиной 0,5 см со стороны модифицированной части выступает за пределы корпуса 2 и при длительном хранении закрывается защитным колпачком 8. Между измерениями сенсор следует хранить в 1 М растворе КСl. Замена раствора сравнения осуществляется через пробку 3.The design of the PD sensor is shown in FIG. 1a and includes two plastic (or glass) cases 1 and 2 with a volume of 5 and 0.5 cm 3 , respectively, filled with a 1 M KCl solution. Cases 1, 2 are connected through a rubber stopper 3 and hermetically sealed with rubber stoppers 4, 5. A silver chloride reference electrode 6 (silver wire coated with silver chloride) is fixed in the housing 1. In plugs 3 and 5, a perforated sulfocation exchange membrane 7 is fixed in potassium form in the form of a rod with a length of 6 to 8 cm, one half of which is volume-modified with ZrO 2 nanoparticles, and the other half is the original unmodified membrane. The end of the membrane from the side of the unmodified part with a length of 0.5 cm is inside the body 1, the main part of the membrane with a length of 5 to 7 cm, respectively, is inside the body 2. The end of the membrane with a length of 0.5 cm from the side of the modified part protrudes beyond the body 2 and for a long storage is closed with a protective cap 8. Between measurements, the sensor should be stored in a 1 M KCl solution. The replacement of the comparison solution is carried out through plug 3.

ПД-сенсор подключен через многоканальный вольтметр к блоку управления.The PD sensor is connected via a multi-channel voltmeter to the control unit.

Работа ПД-сенсора реализуется следующим образом. Из корпуса 2 удаляется 1 М раствор КСl, после чего корпус 2 закрывается пробкой 5. Сенсор свободным концом мембраны погружается в исследуемый раствор. Для градуировки ПД-сенсора измерение потенциалов ПД-сенсора и стеклянного рН-селективного электрода осуществляется относительно хлорсеребряного электрода сравнения 6 с помощью электронного многоканального высокоомного аналогово-цифрового преобразователя. Значения потенциалов фиксируются через 2-5 минут, обрабатываются с помощью программного обеспечения, значения концентраций определяемых компонентов исследуемых растворов выводятся на экране.The operation of the PD sensor is implemented as follows. A 1 M KCl solution is removed from the housing 2, after which the housing 2 is closed by a plug 5. The sensor with the free end of the membrane is immersed in the test solution. To calibrate the PD sensor, the potentials of the PD sensor and the glass pH-selective electrode are measured relative to the silver chloride comparison electrode 6 using an electronic multi-channel high-resistance analog-to-digital converter. Potential values are recorded after 2-5 minutes, processed using software, the concentration values of the determined components of the investigated solutions are displayed on the screen.

Методика получения перфорированных сульфокатионообменных мембран 7, модифицированных наночастицами ZrO2, следующая. Образец мембраны длиной 6-8 см выдерживается в течение 24 часов в насыщенном растворе оксихлорида циркония ZrOCl2 при постоянном перемешивании при температуре 28°С так, чтобы в раствор был погружен только один конец мембраны, равный половине общей длины (3-4 см) (фиг.1б). Затем мембрана погружается в 0,15 М раствор аммиака для получения гидратированного ZrO2 в матрице мембраны. Для получения 4,0±,01, 4,5±0,1, 5,0±0,1 масс.% ZrO2 в модифицированном конце мембраны МФ-4СК необходимо провести соответственно 1, 2 или 3 цикла обработки. Для получения 3,0±0,1, 3,5±0,1, 4,0±0,1 масс.% ZrO2 в модифицированном конце мембраны Nation необходимо провести 1, 2 или 3 цикла обработки, соответственно.The procedure for producing perforated sulfocation exchange membranes 7 modified with ZrO 2 nanoparticles is as follows. A sample of the membrane 6-8 cm long is kept for 24 hours in a saturated solution of zirconium zirconium ZrOCl 2 with constant stirring at a temperature of 28 ° C so that only one end of the membrane is immersed, equal to half the total length (3-4 cm) ( figb). The membrane is then immersed in a 0.15 M ammonia solution to obtain hydrated ZrO 2 in the membrane matrix. To obtain 4.0 ±, 01, 4.5 ± 0.1, 5.0 ± 0.1 wt.% ZrO 2 at the modified end of the MF-4SK membrane, it is necessary to carry out 1, 2 or 3 treatment cycles, respectively. To obtain 3.0 ± 0.1, 3.5 ± 0.1, 4.0 ± 0.1 wt.% ZrO 2 at the modified end of the Nation membrane, it is necessary to carry out 1, 2 or 3 treatment cycles, respectively.

Доля переноса ионов С2O42- при диффузии 0,1 М раствора C2O4K2 в модифицированном конце - 9%; диффузионная проницаемость 0,1 М раствора C2O4K2 через модифицированный конец мембраны - (3,9-5,4)·10-8 см2/с при размере мембраны 6×0,1×(0,010-0,016) см.The proportion of C 2 O 4 2- ion transfer upon diffusion of a 0.1 M solution of C 2 O 4 K 2 at the modified end is 9%; diffusion permeability of a 0.1 M solution of C 2 O 4 K 2 through the modified end of the membrane - (3.9-5.4) · 10 -8 cm 2 / s with a membrane size of 6 × 0.1 × (0.010-0.016) cm .

Предложенная мембрана для ПД-сенсора должна иметь заданные характеристики. По данным просвечивающей электронной микроскопии размер внедренных в матрицу мембраны частиц ZrO2 составляет 3-7 нм, частицы распределены равномерно по объему модифицированной части мембраны (фиг.1в). Модификация приводит к уменьшению коэффициента диффузионной проницаемости, определяемого скоростью переноса анионов в мембране и к увеличению селективности переноса катионов модифицированным концом мембраны.The proposed membrane for the PD sensor should have the specified characteristics. According to transmission electron microscopy, the size of the ZrO 2 particles embedded in the membrane matrix is 3-7 nm, the particles are evenly distributed over the volume of the modified part of the membrane (Fig. 1c). The modification leads to a decrease in the diffusion permeability coefficient determined by the rate of transfer of anions in the membrane and to an increase in the selectivity of cation transfer by the modified end of the membrane.

Предложенная мембрана работает в качестве электродоактивного материала ПД-сенсора следующим образом. За счет неравномерного по длине распределения наночастиц ZrO2 в мембране, в ней реализуется неэквивалентность ионного транспорта с противоположных концов. Модифицированная сторона мембраны содержит два типа гидрофильных сорбционных центров: фиксированные катионообменные сульфогруппы и наночастицы амфотерного допанта ZrO2, способного сорбировать катионы и анионы. Реакциями, определяющими потенциал ПД-сенсора на основе модифицированных наночастицами ZrO2 перфорированных сульфокатионообменных мембран в калиевой форме в щелочных растворах, являются реакции ионного обмена, протекающие по схемам:The proposed membrane operates as an electroactive material of the PD sensor as follows. Due to the nonuniform distribution of ZrO 2 nanoparticles in the membrane, nonequivalence of ion transport from opposite ends is realized in it. The modified side of the membrane contains two types of hydrophilic sorption centers: fixed cation exchange sulfo groups and nanoparticles of the amphoteric dopant ZrO 2 capable of sorbing cations and anions. The reactions that determine the potential of a PD sensor based on perforated sulfocation exchange membranes in potassium form in alkaline solutions modified with ZrO 2 nanoparticles are ion exchange reactions proceeding according to the schemes:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Пример 1.Example 1

Было проведено сравнение чувствительности ПД-сенсоров к анионам и катионам при использовании образцов мембран, модифицированных наночастицами ZrO2, с концентрацией допанта в модифицированном конце от 2,8 до 4,5 масс.%. В качестве исходного материала для получения мембран, модифицированных наночастицами ZrO2, использовали перфорированные сульфокатионообменные мембраны МФ-4СК и Nation.We compared the sensitivity of PD sensors to anions and cations using membrane samples modified with ZrO 2 nanoparticles with a dopant concentration in the modified end of 2.8 to 4.5 wt.%. As the starting material for the preparation of membranes modified with ZrO 2 nanoparticles, we used perforated sulfocation-cation-exchange membranes MF-4SK and Nation.

Объектами анализа были водные растворы аминокислоты цистеин, содержащие избыток гидроксида калия. Значения рН растворов варьировались в диапазоне от 8,22±0,05 до 10,50±0,05. Ионный состав таких растворов представлен анионами CH3СОСОО-, HS-, ОН- и катионами К+, NH4+ The objects of analysis were aqueous solutions of the cysteine amino acid containing an excess of potassium hydroxide. The pH values of the solutions ranged from 8.22 ± 0.05 to 10.50 ± 0.05. The ionic composition of such solutions is represented by anions CH 3 СОСООО - , HS - , ОН - and cations K + , NH4 +

Потенциалы ПД-сенсора на основе мембран в калиевой форме, модифицированных наночастицами ZrO2, и стеклянного рН-селективного электрода измеряли относительно хлоридсеребряного электрода сравнения в аликвоте раствора объемом 5 мл с помощью электронного многоканального высокоомного аналогово-цифрового преобразователя. Значения потенциалов фиксировались через 2-5 минут и автоматически выводились на персональный компьютер.The potentials of a PD sensor based on potassium membrane membranes modified with ZrO 2 nanoparticles and a glass pH selective electrode were measured relative to a silver chloride reference electrode in an aliquot of a 5 ml solution using an electronic multichannel high-resistance analog-to-digital converter. The potential values were recorded after 2-5 minutes and were automatically displayed on a personal computer.

Для оценки чувствительности ПД-сенсора к катионам и анионам в исследуемых растворах были получены градуировочные уравнения, учитывающие влияние на отклик сенсора трех факторов: рН; отрицательного логарифма суммарной концентрации катионов К+, NH4+ в растворе; отрицательного логарифма суммарной концентрации анионов СН3СОСОО- и HS- в растворе:To assess the sensitivity of the PD sensor to cations and anions in the studied solutions, calibration equations were obtained that take into account the influence of three factors on the sensor response: pH; negative logarithm of the total concentration of K + , NH 4 + cations in solution; negative logarithm of the total concentration of anions CH 3 COOCOO - and HS - in solution:

Figure 00000005
Figure 00000005

где ΔφD - аналитический сигнал ПД-сенсора (мВ); С+ - суммарная концентрация катионов К+ и NH4+ (M); С- - суммарная концентрация анионов СН3СОСОО- и HS (М); b0 - свободный член градуировочного уравнения (мВ); b1, b2, b3 - предлогарифмические коэффициенты (мВ/pС), являющиеся оценками чувствительности отклика сенсора к соответствующим ионам.where Δφ D is the analytical signal of the PD sensor (mV); С + - total concentration of K + and NH 4 + (M) cations; С - - total concentration of anions СН 3 СОСООО - and HS (М); b 0 is the free term of the calibration equation (mV); b 1 , b 2 , b 3 - pre-logarithmic coefficients (mV / pС), which are estimates of the sensitivity of the response of the sensor to the corresponding ions.

Увеличение концентрации ZrO2 в модифицированной части мембраны приводит к увеличению коэффициентов чувствительности ПД-сенсора к анионам (фиг.3), т.к. количество центров (наночастицы ZrO2), сорбирующих анионы, растет, а количество центров (фиксированные сульфогруппы мембраны), препятствующих сорбции анионов снижается, за счет их блокировки частицами допанта. Чувствительность к катионам для растворов цистеина изменятся немонотонно, т.к. с ростом концентрации допанта происходит перераспределение вкладов в отклик сенсора катионов, сорбирующихся сульфогруппами и частицами допанта.An increase in the concentration of ZrO 2 in the modified part of the membrane leads to an increase in the sensitivity coefficients of the PD sensor to anions (Fig. 3), because the number of centers (ZrO 2 nanoparticles) sorbing anions increases, and the number of centers (fixed sulfo groups of the membrane) that impede the sorption of anions decreases due to their blocking by dopant particles. The cation sensitivity for cysteine solutions will change non-monotonously, because with increasing dopant concentration, redistribution of contributions to the sensor response of cations sorbed by sulfo groups and dopant particles occurs.

Наибольшие увеличение чувствительности ПД-сенсора к анионам по сравнению с его чувствительностью к катионам было получено для наибольших концентраций допанта в модифицированном конце мембраны 4,5 масс.% для МФ-4СК, 2,8 масс.% для Nation. Использование мембран МФ-4СК в калиевой форме с концентрацией ZrO2 в модифицированном конце 4,5 масс.%, обеспечивает соизмеримо высокую чувствительность ПД-сенсоров к анионам (55 мВ/pС) и катионам (46 мВ/pС) в щелочных растворах цистеина (фиг.3а). Использование мембран Nation в калиевой форме с концентрацией ZrO2 в модифицированном конце 2,8 масс.%, обеспечивает в 7,5 раз большую чувствительность к анионам, чем к катионам в щелочных растворах цистеина (фиг.3б).The greatest increase in the sensitivity of the PD sensor to anions compared with its sensitivity to cations was obtained for the highest dopant concentrations at the modified end of the membrane 4.5 wt.% For MF-4SK, 2.8 wt.% For Nation. The use of MF-4SK membranes in potassium form with a ZrO 2 concentration in the modified end of 4.5 wt% provides a comparable high sensitivity of PD sensors to anions (55 mV / pC) and cations (46 mV / pC) in alkaline cysteine solutions ( figa). The use of Nation membranes in potassium form with a concentration of ZrO 2 at the modified end of 2.8 wt.% Provides 7.5 times greater sensitivity to anions than to cations in alkaline cysteine solutions (Fig.3b).

Это позволяет использовать ПД-сенсоры на основе перфорированных сульфокатионообменных мембран, градиентно модифицированных наночастицами ZrO2, в качестве перекрестно чувствительных для организации мультисенсорных систем для совместного определения анионов и катионов, присутствующих в водных и водно-органических средах в области рН>7, содержащих органические и неорганические электролиты.This allows the use of PD sensors based on perforated sulfocation exchange membranes, gradiently modified with ZrO 2 nanoparticles, as cross-sensitive for organizing multisensor systems for the joint determination of anions and cations present in aqueous and aqueous-organic media in the pH range> 7 containing organic and inorganic electrolytes.

Пример 2.Example 2

Проведена оценка чувствительности ПД-сенсоров на основе мембран МФ-4СК, модифицированных наночастицами ZrO2, к анионам и катионам в щелочных растворах глицина. Концентрация допанта в модифицированном конце мембраны составляла 4,5 масс.%.The sensitivity of PD sensors based on MF-4SK membranes modified with ZrO 2 nanoparticles to anions and cations in alkaline glycine solutions was assessed. The dopant concentration at the modified end of the membrane was 4.5% by weight.

Объектами анализа были водные растворы, содержащие аминокислоту глицин (Gly) и гидроксид калия. Значения рН растворов варьировались в диапазоне 10,70±0,05 до 14,00±0,05. Ионный состав таких растворов представлен ионами Gly-, ОН-, К+ и цвиттерионами Gly±.The objects of analysis were aqueous solutions containing the amino acid glycine (Gly) and potassium hydroxide. The pH values of the solutions ranged from 10.70 ± 0.05 to 14.00 ± 0.05. The ionic composition of such solutions is represented by Gly - , OH - , K + ions and Gly ± zwitterions.

Потенциалы ПД-сенсора на основе мембран в калиевой форме, модифицированных наночастицами ZrO2, и стеклянного рН-селективного электрода измеряли относительно хлоридсеребряного электрода сравнения в аликвоте раствора объемом 5 мл с помощью электронного многоканального высокоомного аналогово-цифрового преобразователя. Значения потенциалов фиксировались через 2-5 минут и автоматически выводились на персональный компьютер.The potentials of a PD sensor based on potassium membrane membranes modified with ZrO 2 nanoparticles and a glass pH selective electrode were measured relative to a silver chloride reference electrode in an aliquot of a 5 ml solution using an electronic multichannel high-resistance analog-to-digital converter. The potential values were recorded after 2-5 minutes and were automatically displayed on a personal computer.

Для оценки чувствительности ПД-сенсора к катионам и анионам в щелочных растворах глицина были получены градуировочные уравнения, учитывающие влияние на отклик сенсора трех факторов: рН; отрицательного логарифма концентрации К+ в растворе (рС+); отрицательного логарифма суммарной концентрации Gly- и Gly± в растворе (pС):To assess the sensitivity of the PD sensor to cations and anions in alkaline glycine solutions, calibration equations were obtained that take into account the influence of three factors on the sensor response: pH; negative logarithm of the concentration of K + in solution (pC + ); negative logarithm of the total concentration of Gly - and Gly ± in solution (pС):

Figure 00000006
Figure 00000006

Использование мембран МФ-4СК в калиевой форме с концентрацией допанта 4,5 масс.% в модифицированном конце обеспечивает увеличение чувствительности ПД-сенсора к Gly-, Gly± в 2 раза и к ОН- в 1,7 раз, а также снижение чувствительности к K+ в 9 раз по сравнению с исходной немодифицированной мембраной (фиг.4). Таким образом, использование мембран МФ-4СК, градиентно модифицированных наночастицами ZrO2, с концентрацией допанта в модифицированном конце 4,5 масс.% обеспечивает перекрестную чувствительность ПД-сенсора к Gly-, Gly±, ОН-, К+ в растворах при рН>7, в отличие от ПД-сенсора на основе исходной немодифицированной мембраны, преимущественно чувствительного к K+.. The use of MF membranes 4SK-potassium form in a concentration of 4.5 wt% dopant in a modified end provides an increase in sensitivity of the sensor to the PD-Gly -, Gly ± 2 times and OH - by 1.7 times and reduced sensitivity to K + 9 times compared with the original unmodified membrane (figure 4). Thus, the use of MF-4SK membranes gradient modified with ZrO 2 nanoparticles with a dopant concentration in the modified end of 4.5 wt% ensures the cross sensitivity of the PD sensor to Gly - , Gly ± , OH - , K + in solutions at pH> 7, in contrast to the PD sensor based on the initial unmodified membrane, mainly sensitive to K + .

Пример 3.Example 3

Проведена оценка чувствительности ПД-сенсоров на основе мембран МФ-4СК, модифицированных наночастицами ZrO2, к анионам и катионам в щелочных растворах тиогликолевой кислоты. Концентрация допанта в модифицированном конце мембраны составляла 5,0 масс.% с модифицированной стороны.The sensitivity of PD sensors based on MF-4SK membranes modified with ZrO 2 nanoparticles to anions and cations in alkaline solutions of thioglycolic acid was assessed. The dopant concentration at the modified end of the membrane was 5.0 wt.% On the modified side.

Объектами анализа были водные растворы, содержащие меркаптоуксусную кислоту и гидроксид калия. Значения рН растворов варьировались в диапазоне от 10,65±0,05 до 13,83±0,05. Ионный состав таких растворов представлен ионами HSCH2COO-, SCH2COO2-, ОН-, К+.The objects of analysis were aqueous solutions containing mercaptoacetic acid and potassium hydroxide. The pH values of the solutions ranged from 10.65 ± 0.05 to 13.83 ± 0.05. The ionic composition of such solutions is represented by HSCH 2 COO - , SCH 2 COO 2- , OH - , K + ions.

Потенциалы ПД-сенсора на основе мембран в калиевой форме, модифицированных наночастицами ZrO2, и стеклянного рН-селективного электрода измеряли относительно хлоридсеребряного электрода сравнения в аликвоте раствора объемом 5 мл с помощью электронного многоканального высокоомного аналогово-цифрового преобразователя. Значения потенциалов фиксировались через 2-5 минут и автоматически выводились на персональный компьютер.The potentials of a PD sensor based on potassium membrane membranes modified with ZrO 2 nanoparticles and a glass pH selective electrode were measured relative to a silver chloride reference electrode in an aliquot of a 5 ml solution using an electronic multichannel high-resistance analog-to-digital converter. The potential values were recorded after 2-5 minutes and were automatically displayed on a personal computer.

Для оценки чувствительности ПД-сенсора к катионам и анионам в щелочных растворах меркаптоуксусной кислоты были получены градуировочные уравнения, учитывающие влияние на отклик сенсора трех факторов: рН; отрицательного логарифма концентрации К+ в растворе (pС+); отрицательного логарифма суммарной концентрации HSCH2COO- и SCH2COO2- в растворе (pС-):To assess the sensitivity of the PD sensor to cations and anions in alkaline solutions of mercaptoacetic acid, calibration equations were obtained that take into account the influence of three factors on the sensor response: pH; negative logarithm of the concentration of K + in solution (pC + ); negative logarithm of the total concentration of HSCH 2 COO - and SCH 2 COO 2- in solution (pС - ):

Figure 00000007
Figure 00000007

Использование мембран МФ-4СК в калиевой форме с концентрацией допанта в модифицированном конце 5,0 масс.% обеспечивает увеличение чувствительности ПД-сенсора к HSCH2COO- и SCH2COO2- в 7,4 раза и к ОН- в 3,6 раз, а также снижение чувствительности к K+ в 2,4 раза по сравнению с исходной немодифицированной мембраной (фиг.5). Таким образом, использование мембран МФ-4СК, модифицированных наночастицами ZrO2, с концентрацией допанта в модифицированном конце 5,0 масс.% обеспечивает перекрестную чувствительность ПД-сенсора к HSCH2COO-, SCH2COO2-, ОН-, К+ в растворах при рН>7, в отличие от ПД-сенсора на основе исходной немодифицированной мембраны, преимущественно чувствительного к K+.. The use of MF membranes 4SK-potassium form in a concentration of dopant in the modified end 5.0 wt% provides an increase in PD sensor sensitivity HSCH 2 COO - and SCH 2 COO 2- 7.4 times and OH - 3.6 times, as well as a decrease in sensitivity to K + in 2.4 times compared with the original unmodified membrane (figure 5). Thus, the use of MF-4SK membranes modified with ZrO 2 nanoparticles with a dopant concentration at the modified end of 5.0 wt% ensures the cross sensitivity of the PD sensor to HSCH 2 COO - , SCH 2 COO 2- , OH - , K + c solutions at pH> 7, in contrast to the PD sensor based on the initial unmodified membrane, mainly sensitive to K + .

Claims (1)

Потенциометрический перекрестно чувствительный к катионам и анионам ПД-сенсор на основе перфорированных сульфокатионообменных мембран, состоящий из двух корпусов, в одном из которых установлен внутренний хлоридсеребряный электрод сравнения, в другом установлена перфорированная сульфокатионообменная мембрана в калиевой форме таким образом, что один конец мембраны размещен в первом корпусе, а другой выступает за пределы второго корпуса, отличающийся тем, что перфорированная сульфокатионообменная мембрана модифицирована наночастицами ZrO2 до половины длины, причем концентрация ZrO2 в модифицированной половине мембраны составляет от 3,0 до 5,0 мас.%; в первом корпусе размещен немодифицированный конец мембраны, а модифицированный конец выступает за пределы второго корпуса.
Figure 00000001
Potentiometric cross-sensitive to cations and anions PD sensor based on perforated sulfocation-cation exchange membranes, consisting of two cases, one of which has an internal silver chloride reference electrode, and the other has a perforated sulfation-cation exchange membrane in potassium form so that one end of the membrane is placed in the first housing, and the other extends beyond the second housing, characterized in that the perforated sulfocation exchange membrane is modified nanoparticles E ZrO 2 up to half the length, and ZrO 2 concentration in the half of the modified membrane is from 3.0 to 5.0 wt.%; the unmodified end of the membrane is located in the first body, and the modified end extends beyond the second body.
Figure 00000001
RU2013112405/28U 2013-03-19 2013-03-19 POTENTIOMETRIC CROSS-SENSITIVE TO CATIONS AND ANAONS PD-SENSOR BASED ON PERFORATED SULFOCATION-EXCHANGE MEMBRANES RU134655U8 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013112405/28U RU134655U8 (en) 2013-03-19 2013-03-19 POTENTIOMETRIC CROSS-SENSITIVE TO CATIONS AND ANAONS PD-SENSOR BASED ON PERFORATED SULFOCATION-EXCHANGE MEMBRANES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013112405/28U RU134655U8 (en) 2013-03-19 2013-03-19 POTENTIOMETRIC CROSS-SENSITIVE TO CATIONS AND ANAONS PD-SENSOR BASED ON PERFORATED SULFOCATION-EXCHANGE MEMBRANES

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU134655U1 true RU134655U1 (en) 2013-11-20
RU134655U8 RU134655U8 (en) 2014-07-10

Family

ID=49555518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013112405/28U RU134655U8 (en) 2013-03-19 2013-03-19 POTENTIOMETRIC CROSS-SENSITIVE TO CATIONS AND ANAONS PD-SENSOR BASED ON PERFORATED SULFOCATION-EXCHANGE MEMBRANES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU134655U8 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617347C2 (en) * 2015-10-12 2017-04-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Method for simultaneous evaluation of donnan potential in eight electro-membrane systems
RU206250U1 (en) * 2021-03-04 2021-09-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Device for potentiometric determination of nicotinic acid in pharmaceuticals

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617347C2 (en) * 2015-10-12 2017-04-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Method for simultaneous evaluation of donnan potential in eight electro-membrane systems
RU206250U1 (en) * 2021-03-04 2021-09-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Device for potentiometric determination of nicotinic acid in pharmaceuticals

Also Published As

Publication number Publication date
RU134655U8 (en) 2014-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lewenstam Routines and challenges in clinical application of electrochemical ion‐sensors
Safronova et al. Sensitivity of potentiometric sensors based on Nafion®-type membranes and effect of the membranes mechanical, thermal, and hydrothermal treatments on the on their properties
Mohamed et al. Septonex–tetraphenylborate screen-printed ion selective electrode for the potentiometric determination of Septonex in pharmaceutical preparations
Gurtova et al. Potentiometric propranolol-selective sensor based on molecularly imprinted polymer
Hoekstra et al. IonSens: a wearable potentiometric sensor patch for monitoring total ion content in sweat
Ganjali et al. Cu (II)-all solid state sensor ion selective electrode (ASS-ISE) with a nano-molar detection limit and its use for the analysis of waste water samples
EP3695216A1 (en) Calibration electrode
CN101639457A (en) Application of screen printing electrode in the determination of 5-hydroxytryptamine
RU134655U1 (en) A POTENTIOMETRIC CROSS-SENSITIVE PD-SENSOR TO CATIONS AND ANAONS BASED ON PERFORATED SULFOCATION-EXCHANGE MEMBRANES
US3830718A (en) Ammonia sensor
Taheri et al. Metal oxide-based electrical/electrochemical sensors for health monitoring systems
GB2550959A (en) Reference electrode with local environment control
Ganjali et al. All solid state (ASS) polymeric membrane sensor (PMS) for the monitoring of nanomolar nickel concentration
Badr et al. Highly selective single-use fluoride ion optical sensor based on aluminum (III)-salen complex in thin polymeric film
Soleymanpour et al. Development of a new coated graphite phenylephrine potentiometric sensor and its applications to pharmaceutical and biological analysis
Lonsdale Development, manufacture and application of a solid-state pH sensor using ruthenium oxide
US3830709A (en) Method and cell for sensing nitrogen oxides
RU107590U1 (en) POTENTIOMETRIC MULTISENSOR MEASURING COMPLEX FOR ANALYSIS OF TREATMENT AND PREVENTIVE FOOD SALT MIXTURES
Soleymanpour et al. Construction of a novel carbon paste clarithromycin sensor for low level concentration measurement, applications to pharmaceutical and biological analysis
Luo et al. A novel electrochemical sensor for the analysis of salbutamol in pork samples by using NiFe2O4 nanoparticles modified glassy carbon electrode
Khalil et al. A New Approach for Decreasing the Detection Limit of Gentamicin Ion‐selective Electrodes by Incorporation of Multiwall Carbon Nanotubes (MWCNTs)/Lipophilic Anionic Additives
Durst Sources of error in ion-selective electrode potentiometry
GB2559619A (en) Sensor calibration system
KR100483628B1 (en) A porous polymer reference electrode membrane and reference electrode therewith
Bobreshova et al. Hybrid perfluorosulfonated membranes with zirconia (IV) nanoparticles as an electrode-active material for potentiometric sensors

Legal Events

Date Code Title Description
TC1K Change in the utility model inventorship

Effective date: 20140414

TH1K Reissue of utility model (1st page)
TK1K Correction to the publication in the bulletin (utility model)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG1K- IN JOURNAL: 32-2013 FOR TAG: (54)

MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20140320

NF1K Reinstatement of utility model

Effective date: 20161010

MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20180320