RU2364859C1 - Способ определения доннановского потенциала - Google Patents
Способ определения доннановского потенциала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2364859C1 RU2364859C1 RU2008115703/28A RU2008115703A RU2364859C1 RU 2364859 C1 RU2364859 C1 RU 2364859C1 RU 2008115703/28 A RU2008115703/28 A RU 2008115703/28A RU 2008115703 A RU2008115703 A RU 2008115703A RU 2364859 C1 RU2364859 C1 RU 2364859C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- solution
- concentration
- ion
- donnan
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области аналитической химии и мембранных технологий и может быть использовано для потенциометрического определения ионного состава электромембранных систем. Технический результат изобретения заключается в повышении точности и стабильности оценки величины доннановского потенциала. Способ определения доннановского потенциала заключается в измерении ЭДС двухэлектродной ячейки, в которой полоса ионообменной мембраны, подобно солевому мостику, погружена одним концом в раствор, концентрация которого близка к концентрации внутреннего раствора мембраны, а другим - в исследуемый раствор, измерение производится с помощью двух электродов сравнения, контактирующих соответственно с исследуемым и концентрированным растворами, при этом электрохимическая цепь замыкается вдоль мембраны, а диффузия в фазе мембраны и примембранных слоях является бесконечно медленной относительно времени эксперимента. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области аналитической химии и мембранных технологий. Оно может быть использовано для потенциометрического определения ионного состава электромембранных систем.
Величина доннановской разности потенциалов [1] на индивидуальной границе раствор электролита/ионообменная мембрана определяет возможность перехода ионов из раствора в мембрану. Наиболее удачная попытка оценить доннановский потенциал была осуществлена авторами в системах с мембранами из поливинилового спирта и растворами щелочных и щелочноземельных металлов. Для этого определяли ЭДС цепи, в которой мембрана разделяла насыщенный раствор KCl и равновесный раствор электролита с концентрацией 0,001-0,100 моль/л (Higa М. A novel measurement method of Donnan potential at an interface between a charged membrane and mixed salt solution. / M.Higa, A.Tanioka, A.Kira // J. Membr. Sci. - 1998. - V.140. - P.213-220).
Недостатком данного способа явилась диффузия из концентрированного раствора в равновесный, в результате которой регистрируемые значения потенциала начинали изменяться уже через 100 с. В связи со значительным вкладом диффузионных потенциалов в измеряемый суммарный потенциал, данный способ позволял осуществлять только приблизительную оценку доннановского потенциала, отличающуюся низкими точностью и воспроизводимостью.
Заявляемое изобретение предназначено для оценки величины доннановского потенциала на индивидуальной границе исследуемый раствор/ионообменная мембрана при несущественном влиянии диффузионных потенциалов в мембране и в растворе.
Технический результат заключается в повышении точности и стабильности оценки величины доннановского потенциала на индивидуальной границе исследуемый раствор/ионообменная мембрана.
Технический результат достигается тем, что в способе определения доннановского потенциала, заключающемся в измерении ЭДС двухэлектродной ячейки, в которой полоса ионообменной мембраны, подобно солевому мостику, погружена одним концом в раствор, концентрация которого близка к концентрации внутреннего раствора мембраны, а другим - в исследуемый раствор, измерение производится с помощью двух электродов сравнения, контактирующих соответственно с исследуемым и концентрированным растворами, при этом электрохимическая цепь замыкается вдоль мембраны, а диффузия в фазе мембраны и примембранных слоях является бесконечно медленной относительно времени эксперимента.
В данном способе полоса ионообменной мембраны одним концом погружена в раствор, концентрация которого близка к концентрации внутреннего раствора мембраны. Другим концом, уподобляемым датчику в ионоселективном электроде, мембрана погружается в исследуемый раствор. Электрохимическая цепь замыкается вдоль мембраны. Измерение производится с помощью двух электродов сравнения (например, хлорсеребряных), которые контактируют с исследуемым и концентрированным растворами напрямую или посредством солевых мостиков в зависимости от качественного и количественного состава данных растворов. Градиент концентрации в фазе мембраны и примембранных слоях в такой системе стремится к нулю.
Схема ячейки для определения доннановского потенциала по данному способу представлена на фиг.1.
Ячейка состоит из двух стаканчиков 1 и 2 объемом 20 см3, заполненных соответственно исследуемым и концентрированным растворами электролита. Полоса ионообменной мембраны 3 размером 1×10 см одним концом погружена в концентрированный раствор, другим - в исследуемый раствор. Исследуемая мембрана находится в полиэтиленовой пленке 4, предохраняющей ее от пересыхания. Измерение производится с использованием двух хлорсеребряных электродов А, В, которые включаются в цепь с высокоомным вольтметром 5.
Способ реализуется следующим образом. Полоска исследуемой ионообменной мембраны, изначально приведенная в равновесие с исследуемым раствором электролита С1, одним концом опускается в этот раствор, а другим - в концентрированный раствор С2, концентрация которого близка к концентрации внутреннего раствора мембраны. Электроды А и В помещаются соответственно в растворы C1 и С2 или контактируют с ними посредством солевых мостиков в зависимости от качественного и количественного состава данных растворов. Через 10-15 минут фиксируют значение потенциала, которое остается постоянным в течение нескольких часов.
Электрохимическая цепь для определения доннановской разности потенциалов имеет вид:
Общая ЭДС такой цепи складывается из разности потенциалов на каждой межфазной границе:
где 
- стандартный потенциал хлорсеребряного электрода А(В);
Рассмотрим подробно вклады скачков потенциала на отдельных границах в общую ЭДС цепи (1).
1. Для измерений используют хлорсеребряные электроды с равными стандартными потенциалами, поэтому потенциалы электродов А и В в цепи (1) точно компенсируют друг друга.
Потенциалы жидкостного соединения на границах насыщенного раствора хлорида калия электродов А, В с рабочими растворами рассчитываются по уравнению Гендерсона [2]. В случае, если диффузионные потенциалы не соизмеримы с погрешностью эксперимента, в систему вводятся солевые мостики, соединяющие электроды А, В с рабочими растворами. Состав солевых мостиков подбирается таким образом, чтобы суммарный вклад в ЭДС цепи (1) диффузионных потенциалов на их границах был минимален.
2. Близость к нулю разности потенциалов на границе мембрана/концентрированный раствор электролита достигается одним порядком концентраций внутреннего раствора мембраны и внешнего раствора С2. Концентрация раствора С2 может составлять 1-3 моль/л, в зависимости от обменной емкости мембраны и типа электролита.
3. Предполагается, что в области исследуемых концентраций соотношение Доннана остается справедливым, то есть селективность ионообменной мембраны близка к идеальной и исключает проникновение коионов в фазу мембраны. Время диффузии ионов из концентрированного раствора вдоль мембраны является на порядки меньшим времени эксперимента. Экспериментально показано, что измеряемый суммарный потенциал в системе устанавливается 10-15 минут и остается постоянным в течение нескольких часов.
То есть электрохимическая цепь заявляемого способа построена таким образом, что вклады скачков потенциала в общую ЭДС цепи (1) на всех границах, кроме доннановского потенциала на границе исследуемый раствор/мембрана, либо пренебрежимо малы, либо компенсируют друг друга.
ПРИМЕР 1
Для тестирования заявляемого способа исследованы системы с перфторированными сульфокатионитовыми мембранами МФ-4СК и водными растворами хлорида калия, в которых должна выполняться логарифмическая зависимость доннановского потенциала от концентрации противоиона в растворе.
Образцы перфторированных сульфокатионитовых мембран МФ-4СК размером 1×10 см приводят в равновесие с растворами хлорида калия. Концентрация KCl в исследуемых растворах варьировалась в интервале от 0,001 до 0,050 моль/л.
Соответственно схеме, представленной на фиг.1, полосы исследуемых мембран в ПЭ кожухе одним концом опускают в исследуемый раствор KCl С1, а другим - в 1 М раствор KCl С2. Хлорсеребряные электроды А, В помещают соответственно в растворы C1, С2 и включают в цепь с вольтметром 5. Через 15 минут фиксируют значение потенциала, которое остается постоянным в течение нескольких часов.
На фиг.2 представлены концентрационные зависимости 1, 2, 3 доннановского потенциала в системах KCl/МФ-4СК с мембранами обменной емкостью 0,6; 0,9; 1,1 ммоль/г соответственно. Зависимости доннановского потенциала от концентрации противоиона в растворе являются логарифмическими с достоверностью аппроксимации 0,9.
На основании полученных данных рассчитаны значения обменной емкости исследуемых мембран. Полученные результаты сопоставлены со стандартными методиками. В таблице на фиг.4 представлены значения обменной емкости для пяти мембран МФ-4СК, определенной по стандартной методике Ωст и по данным доннановского потенциала Ω. Точность, чувствительность, правильность метода составили соответственно 3%, 0,02 ммоль/г, 0,04 ммоль/г.
ПРИМЕР 2
Образцы перфторированных сульфокатионитовых мембран МФ-4СК размером 1×10 см приводят в равновесие с растворами моногидрохлорида лизина. Концентрация LysHCl в исследуемых растворах варьировалась в интервале от 0,001 до 0,100 моль/л.
Соответственно схеме, представленной на фиг.1, полосы исследуемых мембран в ПЭ кожухе одним концом опускают в исследуемый раствор LysHCl C1, а другим - в 1 М раствор LysHCl С2.
Хлорсеребряные электроды А и В контактируют с исследуемым и концентрированным растворами посредством солевых мостиков 0,001 моль/л LysHCl и 0,100 моль/л LysHCl.
На фиг.3 представлены концентрационные зависимости 1, 2 доннановского потенциала в системах LysHCl/MФ-4CK с мембранами обменной емкостью 0,9; 1,1 ммоль/г соответственно. Логарифмический вид зависимостей доннановского потенциала от концентрации LysHCl сохраняется с достоверностью аппроксимации 0,9. Стабильная логарифмическая функция в диапазоне исследуемых концентраций позволяет использовать заявляемый способ для потенциометрического определения ионного состава растворов моногидрохлорида лизина методом градуировочного графика.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Гельферих Ф. На рисунке 2 Иониты. Основы ионного обмена / Ф.Гельферих. - М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1962. - 490 с.
2. Феттер К. Электрохимическая кинетика / К.Феттер. - М.: Химия, 1962. - 856 с.
Claims (1)
- Способ определения доннановского потенциала, заключающийся в измерении ЭДС двухэлектродной ячейки, в которой полоса ионообменной мембраны, подобно солевому мостику, погружена одним концом в раствор, концентрация которого близка к концентрации внутреннего раствора мембраны, а другим - в исследуемый раствор, измерение производится с помощью двух электродов сравнения, контактирующих соответственно с исследуемым и концентрированным растворами, при этом электрохимическая цепь замыкается вдоль мембраны, а диффузия в фазе мембраны и примембранных слоях является бесконечно медленной относительно времени эксперимента.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008115703/28A RU2364859C1 (ru) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | Способ определения доннановского потенциала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008115703/28A RU2364859C1 (ru) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | Способ определения доннановского потенциала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2364859C1 true RU2364859C1 (ru) | 2009-08-20 |
Family
ID=41151329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008115703/28A RU2364859C1 (ru) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | Способ определения доннановского потенциала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2364859C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014204346A1 (ru) * | 2013-06-17 | 2014-12-24 | Buzmakov Igor Vitalyevich | Электрохимический преобразователь теплоты |
| RU2617347C2 (ru) * | 2015-10-12 | 2017-04-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Способ одновременной оценки потенциала доннана в восьми электромембранных системах |
| CN113064080A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-02 | 淄博火炬能源有限责任公司 | 利用唐南平衡原理检测铅酸蓄电池性能的装置及检测方法 |
| CN116401905A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-07-07 | 华能湖北新能源有限责任公司 | 基于电渗析效率提升的结构优化方法及装置 |
-
2008
- 2008-04-21 RU RU2008115703/28A patent/RU2364859C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Higa M. A novel measurement method of Donnan potential at an interface between a charged membrane and mixed salt solution. J. Membr. Sci. 1998. V.140. p.213-220. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014204346A1 (ru) * | 2013-06-17 | 2014-12-24 | Buzmakov Igor Vitalyevich | Электрохимический преобразователь теплоты |
| RU2617347C2 (ru) * | 2015-10-12 | 2017-04-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Способ одновременной оценки потенциала доннана в восьми электромембранных системах |
| CN113064080A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-02 | 淄博火炬能源有限责任公司 | 利用唐南平衡原理检测铅酸蓄电池性能的装置及检测方法 |
| CN116401905A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-07-07 | 华能湖北新能源有限责任公司 | 基于电渗析效率提升的结构优化方法及装置 |
| CN116401905B (zh) * | 2023-02-10 | 2024-02-06 | 华能湖北新能源有限责任公司 | 基于电渗析效率提升的结构优化方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mathison et al. | Effect of transmembrane electrolyte diffusion on the detection limit of carrier-based potentiometric ion sensors | |
| US4172770A (en) | Flow-through electrochemical system analytical method | |
| Crespo et al. | Dynamic electrochemistry with ionophore based ion-selective membranes | |
| US7799204B2 (en) | Voltammetric Ion Sensor | |
| JPH0711505B2 (ja) | 電気化学分析の方法及び装置 | |
| RU2364859C1 (ru) | Способ определения доннановского потенциала | |
| CN102445483B (zh) | 一种肝素的检测方法 | |
| US4199412A (en) | Halide ion-selective devices and method | |
| AU2001247614B2 (en) | Lithium ion-selective electrode for clinical applications | |
| CA2963174C (en) | Method for determining diffusion | |
| GB2550959A (en) | Reference electrode with local environment control | |
| Zook et al. | Current-polarized ion-selective membranes: The influence of plasticizer and lipophilic background electrolyte on concentration profiles, resistance, and voltage transients | |
| Qin et al. | Quantification of the concentration of ionic impurities in polymeric sensing membranes with the segmented sandwich technique | |
| Pawłowski et al. | Galvanostatic Polarization of All‐Solid‐State K+‐Selective Electrodes with Polypyrrole Ion‐to‐Electron Transducer | |
| Hirst et al. | Electrodes in clinical chemistry | |
| Afshar et al. | Counter electrode based on an ion-exchanger Donnan exclusion membrane for bioelectroanalysis | |
| Han et al. | Fast and sensitive coulometric signal transduction for ion-selective electrodes by utilizing a two-compartment cell | |
| JPH1096710A (ja) | イオン濃度測定方法 | |
| Band et al. | Relationship between activity and concentration measurements of plasma potassium | |
| Urbanowicz et al. | The computational methods in the development of a novel multianalyte calibration technique for potentiometric integrated sensors systems | |
| Bakker | Potentiometric Sensors | |
| Long et al. | Spectral Imaging and Electrochemical Study on the Response Mechanism of Ionophore‐Based Polymeric Membrane Amperometric pH Sensors | |
| Zook et al. | Reverse current pulse method to restore uniform concentration profiles in ion-selective membranes. 1. Galvanostatic pulse methods with decreased cycle time | |
| RU2617347C2 (ru) | Способ одновременной оценки потенциала доннана в восьми электромембранных системах | |
| Briggs | THE MEASUREMENT OF THE ELECTROKINETIC POTENTIAL ON PROTEINS BY THE STREAMING POTENTIAL METHOD1 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100422 |