RU2712190C2 - Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути в водных растворах - Google Patents

Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути в водных растворах Download PDF

Info

Publication number
RU2712190C2
RU2712190C2 RU2017140823A RU2017140823A RU2712190C2 RU 2712190 C2 RU2712190 C2 RU 2712190C2 RU 2017140823 A RU2017140823 A RU 2017140823A RU 2017140823 A RU2017140823 A RU 2017140823A RU 2712190 C2 RU2712190 C2 RU 2712190C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mercury
mol
determining
amount
chemical sensor
Prior art date
Application number
RU2017140823A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017140823A (ru
RU2017140823A3 (ru
Inventor
Юрий Евгеньевич Ермоленко
Дмитрий Сергеевич Калягин
Василий Викторович Колодников
Вячеслав Валентинович Еремин
Сергей Алексеевич Кротов
Евгений Викторович Пронин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)
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
Priority to EA201700577A priority Critical patent/EA033835B1/ru
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)
Priority to RU2017140823A priority patent/RU2712190C2/ru
Publication of RU2017140823A publication Critical patent/RU2017140823A/ru
Publication of RU2017140823A3 publication Critical patent/RU2017140823A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2712190C2 publication Critical patent/RU2712190C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/32—Non-oxide glass compositions, e.g. binary or ternary halides, sulfides or nitrides of germanium, selenium or tellurium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/32—Non-oxide glass compositions, e.g. binary or ternary halides, sulfides or nitrides of germanium, selenium or tellurium
    • C03C3/321—Chalcogenide glasses, e.g. containing S, Se, Te
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/36—Glass electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/20—Metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, в частности к потенциометрическому способу определения концентрации ионов ртути в растворах. Раскрыт состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути (II) в водных растворах, включающий халькогенидное стекло, состоящее из: 1) потенциалопределяющего вещества; 2) соединения с высокой ионно-электронной проводимостью; 3) стеклообразователя, где в качестве потенциалопределяющего вещества использован иодид ртути HgIв количестве 15-35 мол. %, в качестве соединения с высокой ионной проводимостью использован селенид серебра AgSe в количестве 15-35 мол. %, а в качестве стеклообразователя - селенид мышьяка AsSeв количестве 40-60 мол. %. Изобретение обеспечивает увеличение ресурса и улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы ртути в кислых средах. 2 ил., 1 табл., 4 пр.

Description

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, в частности, к способу определения концентрации ионов ртути в растворах.
Известны химические сенсоры (ионоселективные электроды) с прессованными поликристаллическими мембранами на основе смеси 45-65 мол. % Hg2Cl2 - 35-55 мол. % Ag2S, полученной методом смешения солей с последующей гомогенизацией и горячим прессованием [1].
В настоящее время известен состав прессованных мембран ионоселективных электродов для определения ионов ртути, где в качестве чувствительного вещества используют Hg2O, полученную термическим разложением раствора нитрата ртути на титановой подложке [2]. К недостатку данных электродов является то, что они работают только в узкой области рН от 3 до 8.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является мембранный материал, где в качестве чувствительного (электродноактивного) вещества используют суперионный проводник (Ag8HgS2I6) в смеси с Ag2S в соотношении 40 - 60 вес. % [3], который принят в качестве прототипа.
Недостатком известного мембранного материала является низкий предел обнаружения, который не превышает 10-4 - 10-5 М, что определяется, в частности, относительно низкой стабильностью суперионного проводника в водных растворах и частичным его разложением даже в слабокислых средах (рН≥2,5). К недостаткам вышеназванных составов мембран для ртутьселективных сенсоров можно отнести также относительно невысокий срок службы около 6 месяцев.
Значительно лучшими характеристиками обладают сенсорные мембранные материалы на основе халькогенидных стекол.
Технический результат заявленного способа состоит в существенном увеличении ресурса работы и повышении стабильности работы химического сенсора на ионы ртути в кислых средах.
Указанный технический результат достигается тем, что в качестве соединения с высокой ионно-электронной проводимостью выбран селенид серебра, в качестве стеклообразователя селенид мышьяка, а в качестве электродноактивного вещества иодид ртути, что обеспечивает высокую устойчивость мембранного материала и, как следствие, лучшие характеристики чувствительности и точности определения ионов ртути, при этом соотношение компонентов халькогенидного стекла, содержащего: иодид ртути (15 - 35 мол. %) - потенциалопределяющее вещество; селенид серебра (15 - 35 мол. %) -соединение с высокой ионной проводимостью; селенид мышьяка (40 - 60 мол. %) - стеклообразователь.
Заявленное изобретение было апробировано в Санкт-Петербургском государственном университете в режиме реального времени. При этом были использованы: иономер (Mettler Toledo S40) с входным сопротивлением 1011 Ом для измерения потенциалов ячейки. В качестве растворов для построения градуировочных графиков применяли: а) 10-1-10-6 моль⋅л-1 Hg(NO3)2, б) 10-1-10-6 моль⋅л-1 Hg(NO3)2 с постоянной ионной силой равной 0.1 по HN03. Определение коэффициента селективности для Hg-селективных сенсоров проводились методом биионных потенциалов в смешанных растворах. Для этого использовались раствор 0,1 М Hg(NO3)2 и 0,1 М растворы, содержащие мешающие ионы тяжелых металлов: Cu(NO3)2, Zn(NO3)2, Cd(NO3)2, Pb(NO3)2.
Результаты апробаций представлены в виде конкретных примеров реализации в реальных лабораторных условиях. После проведения калибровок, сенсоры на ионы ртути (Фиг. 1) были использованы для измерения в ряде лабораторных сред, при этом погрешности измерений составляли 3-5%, для растворов 10-5-10-6 М, погрешность не превышала 10-15%. Пример 1.
Стекла системы HgI2-Ag2Se-As2Se3 были синтезированы из исходных веществ Ag2Se и HgI2 квалификации (х.ч.) и синтезированного нами As2Se3.
Селенид мышьяка As2Se3 был синтезирован по следующей методике. Ампулу с навесками мышьяка и селена общей массой 25-40 г. нагревали до 400-450°С. При этой температуре расплав выдерживали не менее суток для прохождения гетерогенной реакции взаимодействия мышьяка с селеном. Затем температуру повышали до 900°С, при этой температуре выдерживали в течение 12 часов. Закалку проводили от 850°С на воздухе.
Все стекла трех составов (навески - 3гр., в кварцевых ампулах, при остаточном давлении ≈ 0,1 Па.) получали в следующем режиме: температуру печи с образцами медленно поднимали до 450°С, ампулы выдерживали 8 ч., после чего температуру повышали до 950°С, при которой расплав выдерживали около суток и периодически перемешивали. Далее температуру снижали до 650°С и расплав выдерживали в ампулах в течении 4-5 ч. Закалку проводили от 650°С со скоростью 60-100°С/сек. Контроль стеклообразного состояния осуществляли с помощью рентгенофазового анализа.
Таким образом, были получены ртутьсодержащие халькогенидные стекла трех составов со следующим содержанием HgI2, Ag2Se и As2Se3 в мол. %, соответственно: 1) 15-35-50; 2) 25-25-50; 3) 35-15-50.
Исследование температурных зависимостей электропроводности образцов выполнено методом импедансной спектроскопии на установке «Novocontrol Concept 40». Диапазон частот 20 МГц-10 Гц, для температурного интервала 0-120°С.
Пример 2. Заявленное изобретение поясняется Фиг. 1, на которой представлена зависимость электродной функции ртутьселективного сенсора с мембраной на основе халькогенидного стекла в системе HgI2-Ag2Se-As2Se3.
Пример 3. Заявленное изобретение поясняется Таблицей 1, на которой представлены результаты определения коэффициентов селективности ртутьселективных сенсоров с халькогенидными стеклянными мембранами на основе HgI2-Ag2Se-As2Se3.
Figure 00000001
Пример 4. Заявленное изобретение поясняется Фиг. 2, на которой представлена зависимость потенциала Е (мВ), ртутьселективного сенсора, состава мембраны 25 мол. % HgI2-25 мол % Ag2Se-50 мол % As2Se3, от рН исследуемого раствора при постоянных концентрациях потенциалопределяющего иона(моль⋅л-1): 10-1 Hg(NO3)2; 10-2 Hg(NO3)2; 10-3 Hg(NO3)2.
Технико-экономическая значимость заявленного изобретения состоит в возможности измерения концентрации ионов ртути в пробе раствора в течение 5-10 мин.; возможно определение ионов ртути в растворах в полевых условиях, т.к. портативный комплект для измерений состоит из сенсора на ртуть, электрода сравнения, калибровочных растворов и иономера - общий вес комплекта составляет 3 кг. Надо отметить, что разработанного сенсора нет в комплектах ни зарубежных, ни отечественных производителей в настоящее время.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Власов Ю.Г., Колодников В.В., Ермоленко Ю.Е., Бычков Е.А., Осипова С.А. Состав мембраны ионоселективного электрода для определения активности ионов ртути /I/ и /II/. Авторское свидетельство СССР №1081520 от 13 декабря 1982 г.
2. Колесников В.А., Кокарев Г.А., Жилова М.Г., Громова Е.В. Способ изготовления мембраны ионоселективного электрода для определения концентрации ионов ртути /II//. Авторское свидетельство СССР №1436050 от 07 ноября 1988 г.
3. Власов Ю.Г., Ермоленко Ю.Е., Колодников В.В., Меркулов Е.В. и др. Состав мембраны ионоселективного электрода для определения активности ионов ртути /2/. Авторское свидетельство СССР №1274455 от 28 декабря 1984 г (прототип)

Claims (1)

  1. Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути (II) в водных растворах, включающий халькогенидное стекло, состоящее из: 1) потенциалопределяющего вещества; 2) соединения с высокой ионно-электронной проводимостью; 3) стеклообразователя, отличающийся тем, что в качестве потенциалопределяющего вещества использован иодид ртути HgI2 в количестве 15-35 мол. %, в качестве соединения с высокой ионной проводимостью использован селенид серебра Ag2Se в количестве 15-35 мол. %, а в качестве стеклообразователя - селенид мышьяка As2Se3 в количестве 40-60 мол. %.
RU2017140823A 2018-01-26 2018-01-26 Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути в водных растворах RU2712190C2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201700577A EA033835B1 (ru) 2018-01-26 2017-12-21 Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути в водных растворах
RU2017140823A RU2712190C2 (ru) 2018-01-26 2018-01-26 Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути в водных растворах

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017140823A RU2712190C2 (ru) 2018-01-26 2018-01-26 Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути в водных растворах

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017140823A RU2017140823A (ru) 2019-07-29
RU2017140823A3 RU2017140823A3 (ru) 2019-07-29
RU2712190C2 true RU2712190C2 (ru) 2020-01-24

Family

ID=66644935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017140823A RU2712190C2 (ru) 2018-01-26 2018-01-26 Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути в водных растворах

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA033835B1 (ru)
RU (1) RU2712190C2 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU630576A1 (ru) * 1977-05-27 1978-10-30 Ленинградский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Имени А.А.Жданова Иноселективный электрод
US4549953A (en) * 1983-05-19 1985-10-29 Hnu Systems, Inc. Ion-selective electrodes

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU630576A1 (ru) * 1977-05-27 1978-10-30 Ленинградский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Имени А.А.Жданова Иноселективный электрод
US4549953A (en) * 1983-05-19 1985-10-29 Hnu Systems, Inc. Ion-selective electrodes

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BABANLY M.B. et al. Thermodynamic Study of the Ag-As-Se and Ag-S-I Systems Using the EMF Method with a Solid Ag4RbI5 Electrolyte // Russian Journal of Electrochemistry, 2009, V.45, pp.399-404. VLASOV Yu. G. et al. Electrochemical ion-selective sensors based on chalcogenide glasses // Sensors and Actuators, 1987, V.12, pp.275-283. *
BABANLY M.B. et al. Thermodynamic Study of the Ag-As-Se and Ag-S-I Systems Using the EMF Method with a Solid Ag4RbI5 Electrolyte // Russian Journal ofof Electrochemistry, 2009, V.45, pp.399-404. *
BOIDIN R. et al. Study of the pseudo-ternary Ag2S-As2S3-HgI2 vitreous system // Journal of Solid State Chemistry, 2013, V.199, pp.264-270. *
VLASOV Yu. G. et al. Electrochemical ion-selective sensors based on chalcogenide glasses // Sensors and Actuators, 1987, V.12, pp.275-283. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017140823A (ru) 2019-07-29
RU2017140823A3 (ru) 2019-07-29
EA201700577A1 (ru) 2019-05-31
EA033835B1 (ru) 2019-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ganjali et al. Copper-selective PVC membrane sensor
Chen et al. Calixarene derivatives as the sensory molecules for silver ion-selective electrode
Potterton et al. An Evaluat Ion of the Performance of the Nitrate-Selective Electrode
Ensafi et al. Highly selective potentiometric membrane sensor for Hg (II) based on bis (benzoyl acetone) diethylene triamine
Kumar et al. An all solid state potentiometric sensor for monohydrogen phosphate ions
Mohamed et al. Fabrication of chemically and in situ modified carbon paste electrodes for the potentiometric determination of chlorpromazine HCl in pure pharmaceutical preparations, urine and serum
AU2001247614A1 (en) Lithium ion-selective electrode for clinical applications
RU2326376C1 (ru) Способ определения активности ионов натрия и устройство для его осуществления
Ali et al. A lutetium pvc membrane sensor based on (2-oxo-1, 2-diphenylethylidene)-n-phenylhydrazinecarbothioamide
Ensafi et al. Sensitive cadmium potentiometric sensor based on 4-hydroxy salophen as a fast tool for water samples analysis
RU2712190C2 (ru) Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов ртути в водных растворах
Hassan et al. Mercury (II) ion-selective polymeric membrane sensors for analysis of mercury in hazardous wastes
WO2006026120A1 (en) Potentiometric measurement of chloride concentration in an acidic solution
Cali et al. Copper (II) selective electrode based on chalcogenide materials: study of the membrane/solution interface with electrochemical impedance spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy
RU2629196C1 (ru) Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов таллия в водных растворах
Ermolenko et al. Thallium-selective sensor with a membrane based on Tl 4 HgI 6 ionic conductor
Abbas Chemically modified carbon paste electrode for iodide determination on the basis of cetyltrimethylammonium iodide ion-pair
Pui et al. Micro-size potentiometric probes for gas and substrate sensing
US3591481A (en) Concentration measuring system
Ganjali et al. Promethazine potentiometric membrane sensor for promethazine hydrochloride pharmaceutical analysis; computational study
Shimolin et al. Potassium iodate purity determination by high precision coulometric titration: New measurement procedure implementation
JPH07113620B2 (ja) リチウム・ナトリウムイオン濃度比の測定方法及び測定装置
Sakur et al. Novel drug selective polystyrene membrane for simultaneous potentiometric determination of ciprofloxacin and tinidazole in pure form and pharmaceutical formulations
Burger et al. A new coated-wire cobalt (II)-selective electrode based on the benzalkonium tetrathiocyanatocobaltate (II) ion pair
Slepchenko et al. An electrochemical sensor for detecting selenium in biological fluids on an arenediazonium tosylate-modified metal electrode