RU2798100C1 - Membrane of ion-selective electrode for determination of uranyl ion - Google Patents
Membrane of ion-selective electrode for determination of uranyl ion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2798100C1 RU2798100C1 RU2022134897A RU2022134897A RU2798100C1 RU 2798100 C1 RU2798100 C1 RU 2798100C1 RU 2022134897 A RU2022134897 A RU 2022134897A RU 2022134897 A RU2022134897 A RU 2022134897A RU 2798100 C1 RU2798100 C1 RU 2798100C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- uranyl
- determination
- plasticizer
- membrane
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области ионометрии, а именно к разработке ионоселективных электродов с мембранами на основе полимерных супрамолекулярных систем. Предлагаемое изобретение предназначено для прямого потенциометрического определения содержания уранил-ионов в водных растворах в химической промышленности, гидрометаллургии, в практике научных исследований в области химии, биологии, медицины и т.д.The invention relates to the field of ionometry, namely the development of ion-selective electrodes with membranes based on polymeric supramolecular systems. The present invention is intended for direct potentiometric determination of the content of uranyl ions in aqueous solutions in the chemical industry, hydrometallurgy, in the practice of scientific research in the field of chemistry, biology, medicine, etc.
Мерой оценки влияния посторонних ионов на результат измерения является коэффициент потенциометрической селективности ионоселективного электрода, величина которого полностью зависит от состава мембраны, а именно от способности электродоактивного компонента избирательно переносить лишь один тип ионов. Поэтому, для разработки новых ион-селективных электродов необходим синтез материалов, обладающих свойствами селективных ионофоров -переносчиков ионов.The measure for assessing the influence of foreign ions on the measurement result is the coefficient of potentiometric selectivity of the ion-selective electrode, the value of which completely depends on the composition of the membrane, namely, on the ability of the electrodeactive component to selectively transfer only one type of ions. Therefore, to develop new ion-selective electrodes, it is necessary to synthesize materials that have the properties of selective ionophores - ion carriers.
Известны различные составы мембран ион-селективных электродов для определения уранил-ионов, в которых было предложено использовать нейтральные молекулы в качестве переносчиков ионов.Various compositions of membranes of ion-selective electrodes for the determination of uranyl ions are known, in which it was proposed to use neutral molecules as ion carriers.
В работе [Т.А. Ali, G.G. Mohamed, R.F. Aglan, et al. A Novel Screen-Printed and Carbon Paste Electrodes for Potentiometric Determination of Uranyl(II) Ion in Spiked Water Samples // Russian Journal of Electrochemistry, 2018, 54(2), 201-215] для определения иона уранила (UO2(II)) в широком диапазоне концентраций были предложены ионоселективные электроды на основе ионофора поли-(1-4)-2-амино-2-дезокси-β-D-глюкан (хитозана). Линейный диапазон концентраций для электродов из углеродной пасты составлял 1⋅10-6-1⋅10-2 моль/л с пределом обнаружения 1⋅10-6 моль/л, а для электрода с трафаретной печатью - 1⋅10-5- 1⋅10-1 моль/л с пределом обнаружения 8⋅10-6 моль/л. Наклоны калибровочных графиков составили 29.90 мВ/декада с дибутилфталатом и 29.10 мВ/декада о-нитрофенилоктиловым эфиром в качестве пластификаторов, соответственно.In [T.A. Ali, GG Mohamed, RF Aglan, et al. A Novel Screen-Printed and Carbon Paste Electrodes for Potentiometric Determination of Uranyl(II) Ion in Spiked Water Samples // Russian Journal of Electrochemistry, 2018, 54( 2 ), 201-215] ) in a wide range of concentrations, ion-selective electrodes based on the ionophore poly-(1-4)-2-amino-2-deoxy-β-D-glucan (chitosan) have been proposed. The linear concentration range for carbon paste electrodes was 1⋅10 -6 -1⋅10 -2 mol/l with a detection limit of 1⋅10 -6 mol/l, and for the screen printed electrode - 1⋅10 -5 - 1⋅ 10 -1 mol/l with a detection limit of 8⋅10 -6 mol/l. The slopes of the calibration curves were 29.90 mV/decade with dibutyl phthalate and 29.10 mV/decade with o-nitrophenyloctyl ether as plasticizers, respectively.
Однако селективность определения уранил-иона по отношению к щелочным и щелочноземельным металлам являлась невысокой, что затрудняет использование таких электродов для анализа технологических растворов.However, the selectivity of the determination of uranyl ion with respect to alkali and alkaline earth metals was low, which makes it difficult to use such electrodes for the analysis of process solutions.
В статье [М. Shamsipur, A. Soleymanpour, M. Akhond, et al. Uranyl-selective PVC membrane electrodes based on some recently synthesized benzo-substituted macrocyclic diamides // Talanta, 2002, 58, 237-246] в качестве активных компонентов предложены новые макроциклические диамины, содержащих ароматические кольца различной структуры с изменяющейся конфигурацией полости. Это позволило менять селективность связывания ионов уранила. В качестве пластификаторов в исследуемых поливинилхлоридных мембранах использовали традиционные пластификаторы: дибутилфталат, 2-нитрофенилоктиловый эфир, область линейной зависимости потенциала составляла 3.0⋅10-6 M - 4.5⋅10-3 М [UO2 2+]. При этом угловой наклон электродной характеристики S достигал значения близкого к теоретическому 29.8 мВ лишь в одном случае, но при этом область линейной зависимости потенциала сужалась до 3.0⋅10-6 M - 8.2⋅10-3 М. При всех других составах мембраны, угловой наклон характеристики был значительно меньше теоретического <20 мв, что ставит под сомнение возможность их практического применения. Следует отметить недостаточную селективность к катионам калия, аммония, меди, которые часто присутствуют в значительных количествах в измеряемых растворах гидрометаллургических процессов при переработке урановых РУД.In the article [M. Shamsipur, A. Soleymanpour, M. Akhond, et al. Uranyl-selective PVC membrane electrodes based on some recently synthesized benzo-substituted macrocyclic diamides // Talanta, 2002, 58, 237-246] new macrocyclic diamines containing aromatic rings of various structures with a changing cavity configuration were proposed as active components. This made it possible to change the selectivity of uranyl ion binding. Traditional plasticizers were used as plasticizers in the studied polyvinyl chloride membranes : dibutyl phthalate , 2 -nitrophenyloctyl ether; In this case, the angular slope of the electrode characteristic S reached a value close to the theoretical 29.8 mV only in one case, but in this case, the area of the linear dependence of the potential narrowed to 3.0⋅10 -6 M - 8.2⋅10 -3 M. For all other membrane compositions, the angular slope characteristics was significantly less than the theoretical <20 mV, which casts doubt on the possibility of their practical application. It should be noted the insufficient selectivity to potassium, ammonium, copper cations, which are often present in significant amounts in the measured solutions of hydrometallurgical processes during the processing of uranium ores.
Известен также состав мембраны ионоселективного электрода, где в качестве ионофора предлагается использовать комплекс уранил-иона (UO2 2+) с карбоксибензо-триазолом [М.А. Abu-Dalo, N.A.F. Al-Rawashdeh, I.R. Al-Mheidat, et al. Construction of Uranyl Selective Electrode Based on Complex of Uranyl Ion with New Ligand Carboxybenzotriazole in PVC Matrix Membrane // International Conference on Advanced Materials: Materials Science and Engineering, 2015, 92, 012023]. В этой работе были исследованы характеристики уранил-селективного электрода на основе карбоксибензо-тризола с различными пластификаторами. Электроды с дибутилфталатом в качестве пластификатора обладали угловым наклоном 28.0 мВ/декада, в широком диапазоне концентраций от 3.0⋅10-5-6.0⋅10-2 M и пределом обнаружения 4.0⋅10-6 М. Однако селективность определения уранил-иона по отношению к однозарядным ионам была низкая, что создает проблемы при использовании таких электродов для анализа технологических растворов.The composition of the membrane of the ion-selective electrode is also known, where it is proposed to use the complex of uranyl ion (UO 2 2+ ) with carboxybenzotriazole as the ionophore [M.A. Abu-Dalo, NAF Al-Rawashdeh, IR Al-Mheidat, et al. Construction of Uranyl Selective Electrode Based on Complex of Uranyl Ion with New Ligand Carboxybenzotriazole in PVC Matrix Membrane // International Conference on Advanced Materials: Materials Science and Engineering, 2015, 92, 012023]. In this work, the characteristics of a uranyl-selective electrode based on carboxybenzotrizol with various plasticizers were studied. Electrodes with dibutyl phthalate as a plasticizer had an angular slope of 28.0 mV/decade, in a wide range of concentrations from 3.0⋅10 -5 -6.0⋅10 -2 M and a detection limit of 4.0⋅10 -6 M. However, the selectivity of the determination of uranyl ion with respect to singly charged ions was low, which creates problems when using such electrodes for the analysis of process solutions.
Наиболее близкое техническое решение по своей сущности и достигаемому результату отражено в патенте на изобретение №2683423. В качестве уранил-селективной мембраны предложено использовать полимерную супрамолекулярную композицию, где в качестве уранилового ионофора использована соль CsB10H9S(C18H37)2:1-3 мас. %, в сочетании с поливинилхлоридом в качестве матрицы 65-72 мас. % и трис(2-этилгексил)фосфатом в качестве пластификатора 27-32 мас. %. Такой состав мембраны позволил существенно улучшить предел обнаружения ионов уранила, а также увеличить избирательность определения уранил-ионов в присутствии катионов щелочных и щелочноземельных элементов - основных мешающих примесей при анализе технологических растворов, содержащих уранил-ион. Это открыло возможность для применения предлагаемого ионоселективного электрода для прямого потенциометрического определения содержания уранил-ионов в водных растворах и существенно упростило проведение анализа на уранил-ион по сравнению с применяемыми методиками [Г.В. Каляцкая, А.Н. Страшко. Химия и аналитическая химия урана и тория // Томский политехнический университет.- Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2011, 80 с.].The closest technical solution in terms of its essence and the achieved result is reflected in the patent for invention No. 2683423. As a uranyl-selective membrane, it is proposed to use a polymeric supramolecular composition, where the CsB 10 H 9 S(C 18 H 37 )2:1-3 wt. salt is used as the uranyl ionophore. %, in combination with polyvinyl chloride as a matrix 65-72 wt. % and tris(2-ethylhexyl)phosphate as a plasticizer 27-32 wt. %. Such a composition of the membrane made it possible to significantly improve the limit of detection of uranyl ions, as well as to increase the selectivity of the determination of uranyl ions in the presence of cations of alkali and alkaline earth elements, the main interfering impurities in the analysis of process solutions containing uranyl ions. This opened up the possibility of using the proposed ion-selective electrode for direct potentiometric determination of the content of uranyl ions in aqueous solutions and greatly simplified the analysis for uranyl ion compared to the methods used [G.V. Kalyatskaya, A.N. Strashko. Chemistry and analytical chemistry of uranium and thorium // Tomsk Polytechnic University. - Tomsk: Tomsk Polytechnic University Publishing House, 2011, 80 p.].
К недостаткам прототипа относятся недостаточная избирательность к катионам щелочноземельных элементов (Табл. 1), что ограничивает его использование для анализа технологических растворов, а также узкая область линейной зависимости р[UO2]2+.The disadvantages of the prototype include insufficient selectivity for cations of alkaline earth elements (Table 1), which limits its use for the analysis of technological solutions, as well as a narrow region of linear dependence p[UO 2 ] 2+ .
Техническим результатом изобретения является повышение селективности определения уранил-иона в присутствии щелочных и некоторых щелочноземельных катионов, а также улучшение предела обнаружения катиона UO2 2+ и расширения линейного отклика потенциала электрода.The technical result of the invention is to increase the selectivity of the determination of uranyl ion in the presence of alkali and some alkaline earth cations, as well as improve the detection limit of the UO 2 2+ cation and expand the linear response of the electrode potential.
Технический результат достигается тем, что предложена мембрана ионоселективного электрода для определения уранил-иона, содержащая поливинилхлорид в качестве полимерной матрицы, пластификатор и ионофор, отличающаяся тем, что дополнительно содержит липофильную добавку - дигидрат тетракис(4-фторфенил)борат натрия, в качестве ионофора используется фосфорилсодержащий поданд 1,3-бис(дифенилфосфорил)-2-оксапропан, в качестве пластификатора - дибутилфталат, при следующем соотношении мембранных компонентов, мас. %:The technical result is achieved by the proposed membrane of the ion-selective electrode for the determination of uranyl ion, containing polyvinyl chloride as a polymer matrix, a plasticizer and an ionophore, characterized in that it additionally contains a lipophilic additive - sodium tetrakis(4-fluorophenyl)borate dihydrate, as an ionophore is used phosphoryl-containing podand 1,3-bis(diphenylphosphoryl)-2-oxapropane, dibutyl phthalate as a plasticizer, in the following ratio of membrane components, wt. %:
Нейтральным переносчиком ионов [UO2]2+ является фосфорилсодержащий поданд 1,3-бис(дифенилфосфорил)-2-оксапропан,The neutral carrier of [UO 2 ] 2+ ions is the phosphoryl-containing podand 1,3-bis(diphenylphosphoryl)-2-oxapropane,
следующей структуры:the following structure:
В процессе исследования электроаналитических свойств разработанных мембран использовалась гальваническая цепь:In the process of studying the electroanalytical properties of the developed membranes, a galvanic circuit was used:
Электроаналитические параметры ионоселективных электродов были определены согласно рекомендациям IUPAC [Richard P. Back and Ernö Lindner. Recommendation for nomenclature of ion-selective electrodes // Pure and Apple. Chem. 1994, 66(12), 2527-2536].The electroanalytical parameters of the ion-selective electrodes were determined according to the IUPAC recommendations [Richard P. Back and Ernö Lindner. Recommendation for nomenclature of ion-selective electrodes // Pure and Apple. Chem. 1994, 66(12), 2527-2536].
Изменение содержания в мембране поливинилхлорида (ПВХ) в пределах 25-32 мас. % и пластификатора дибутилфтатата 65-71 мас. % не оказывают заметного влияния на электроаналитические параметры заявляемых мембран. При выходе за указанные пределы наблюдается ухудшение характеристик электродов, таких как угловой наклон и воспроизводимость потенциала. Содержание в мембране липофильной добавки в пределах 0.5-2.0 мас. % не существенно влияет на предел обнаружения и селективность мембран. Содержание в мембране ионофора в пределах 1.0-3.0 мас. % обусловлено проведенными исследованиями с целью получения мембран с наилучшими характеристиками.The change in the content of polyvinyl chloride (PVC) in the membrane in the range of 25-32 wt. % and plasticizer dibutyl ftatate 65-71 wt. % do not have a noticeable effect on the electroanalytical parameters of the proposed membranes. When these limits are exceeded, there is a deterioration in the characteristics of the electrodes, such as the angular slope and the reproducibility of the potential. The content of the membrane lipophilic additives in the range of 0.5-2.0 wt. % does not significantly affect the detection limit and membrane selectivity. The content of the ionophore in the membrane is within 1.0-3.0 wt. % is due to the research carried out in order to obtain membranes with the best characteristics.
Пример изготовления мембраны. 5.5 мг ионофора (1,3-бис(дифенилфос-форил)-2-оксапропан) и 1.8 мг липофильной добавки - дигидрат тетракис (4-фторфенил)бората натрия (ДТ4ФNa) растворяли в 250 мг дибутилфталата (ДБФ). 110 мг ПВХ растворяли в 5 мл циклогексанона. Полученные растворы смешивали и смесь переносили в стеклянное кольцо, а затем высушивали в боксе при комнатной температуре до постоянного веса. Была получена мембрана ионоселективного электрода следующего состава: ионофор - 1.5 мас. %; липофильная добавка - 0.5 мас. %»; ДБФ - 68%; ПВХ - 30%Membrane example. 5.5 mg of an ionophore (1,3-bis(diphenylphosphoryl)-2-oxapropane) and 1.8 mg of a lipophilic additive, sodium tetrakis(4-fluorophenyl)borate dihydrate (DT4FNa), were dissolved in 250 mg of dibutyl phthalate (DBP). 110 mg PVC was dissolved in 5 ml cyclohexanone. The resulting solutions were mixed and the mixture was transferred into a glass ring and then dried in a box at room temperature to constant weight. Was obtained membrane ion-selective electrode of the following composition: ionophore - 1.5 wt. %; lipophilic additive - 0.5 wt. %"; DBP - 68%; PVC - 30%
Для получения электродных характеристик калибровочные растворы UO2(NO3)2 с концентрацией 1⋅10-7-1⋅10-1 M готовили методом последовательного разбавления из 0.1 M UO2(NO3)2 непосредственно перед измерением. Данные сведены в Табл. 2.To obtain electrode characteristics, calibration solutions of UO 2 (NO 3 ) 2 with a concentration of 1⋅10 -7 -1⋅10 -1 M were prepared by sequential dilution from 0.1 M UO 2 (NO 3 ) 2 immediately before measurement. The data are summarized in Table. 2.
Как видно из Табл. 2 мембраны с порядковыми номерами 2, 3, 4 составов Б, В, Г обладают оптимальными электроаналитическими параметрами, с точки зрения предела обнаружения, углового наклона и воспроизводимости потенциала.As can be seen from Table. 2 membranes with serial numbers 2, 3, 4 compositions B, C, D have optimal electroanalytical parameters in terms of detection limit, angular slope and potential reproducibility.
Коэффициенты селективности были определены по методу смешанных растворов на фоне постоянной концентрации мешающих компонентов 10-1М. Значения рассчитанных коэффициентов селективности приведены в Табл. 3. для электрода с мембраной состава В2, что лучше по сравнению с прототипом (см. Табл. 1).The selectivity coefficients were determined by the method of mixed solutions against the background of a constant concentration of interfering components of 10 -1 M. The values of the calculated selectivity coefficients are given in Table. 3. for an electrode with a membrane composition B2, which is better than the prototype (see Table. 1).
Таким образом, разработанные мембрана и ионоселективные электроды на ее основе могут быть использованы для определения уранил-ионов в растворах сложного солевого состава.Thus, the developed membrane and ion-selective electrodes based on it can be used to determine uranyl ions in solutions of complex salt composition.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2798100C1 true RU2798100C1 (en) | 2023-06-15 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1224700A1 (en) * | 1984-06-19 | 1986-04-15 | ЛГУ им.А.А.Жданова | Composition of ion-selective electrode for determining activity of uranyl-ions |
| WO2007111654A2 (en) * | 2005-11-15 | 2007-10-04 | Boise State University | Field portable electrochemical sensor for uranium and other actinides |
| RU2683423C1 (en) * | 2018-03-26 | 2019-03-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Membrane of ionoselective electrode to determine uranyl ion |
| RU2716884C1 (en) * | 2019-09-26 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Ion-selective electrode membrane for determination of phosphate ions in solutions |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1224700A1 (en) * | 1984-06-19 | 1986-04-15 | ЛГУ им.А.А.Жданова | Composition of ion-selective electrode for determining activity of uranyl-ions |
| WO2007111654A2 (en) * | 2005-11-15 | 2007-10-04 | Boise State University | Field portable electrochemical sensor for uranium and other actinides |
| RU2683423C1 (en) * | 2018-03-26 | 2019-03-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Membrane of ionoselective electrode to determine uranyl ion |
| RU2716884C1 (en) * | 2019-09-26 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Ion-selective electrode membrane for determination of phosphate ions in solutions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zamani et al. | A Highly Selective and Sensitive Barium (II)‐Selective PVC Membrane Based on Dimethyl 1‐Acetyl‐8‐oxo‐2, 8‐dihydro‐1H‐pyra‐zolo [5, 1‐a] isoindole‐2, 3‐dicarboxylate | |
| Zamani et al. | Determination of terbium (III) ions in phosphate rock samples by a Tb3+–PVC membrane sensor based on N, N-Dimethyl-N′, N ″-bis (4-methoxyphenyl) phosphoramidate | |
| Refat F et al. | Chemically modified carbon paste electrode for determination of cesium ion by potentiometric method | |
| Wróblewski et al. | Uranyl salophenes as ionophores for phosphate-selective electrodes | |
| Ganjali et al. | Novel copper (II)-selective sensor based on a new hexadentates Schiff's base | |
| Cuartero et al. | Benzodipyrrole derivates as new ionophores for anion-selective electrodes: Improving potentiometric selectivity towards divalent anions | |
| Zareh | Plasticizers and their role in membrane selective electrodes | |
| Amini et al. | Bis (2-mercaptobenzoxazolato) mercury (II) and bis (2-pyridinethiolato) mercury (II) complexes as carriers for thiocyanate selective electrodes | |
| Zamani et al. | Synthesis of 4-amino-6-methyl-1, 2, 4-triazin-5-one-3-thione and its application in construction of a highly copper (II) ion-selective electrochemical sensor | |
| Shamsipur et al. | A 9, 10-anthraquinone derivative having two propenyl arms as a neutral ionophore for highly selective and sensitive membrane sensors for copper (II) ion | |
| Khalil et al. | Ion-selective membrane sensor for magnesium determination in pharmaceutical formulations | |
| RU2798100C1 (en) | Membrane of ion-selective electrode for determination of uranyl ion | |
| Ganjali et al. | Fluoride determination in some mouth wash preparations by a novel La (III) graphite coated membrane sensor based on amitraz | |
| Abbas et al. | Novel solid-state cadmium ion-selective electrodes based on its tetraiodo-and tetrabromo-ion pairs with cetylpyridinium | |
| Chandra et al. | Fabrication of copper-selective PVC membrane electrode based on newly synthesized copper complex of Schiff base as carrier | |
| Ensafi et al. | Potentiometric sensor for the determination of dibucaine in pharmaceutical preparations and electrochemical study of the drug with BSA | |
| Abbaspour et al. | Lead (II)-selective electrode based on phenyl disulfide | |
| RU2470289C1 (en) | Composition of membrane of ion-selective electrode for detection of lead ions | |
| Al-Bayati et al. | potentiometric study of phenytoin–pvc membrane electrodes for determination of phenytoin in pharmaceutical preparations | |
| Kumar et al. | Mebendazole selective membrane sensor and its application to pharmaceutical analysis | |
| Li et al. | Aluminium (III)-selective electrode based on a newly synthesized glyoxal-bis-thiosemicarbazone Schiff base | |
| RU2683423C1 (en) | Membrane of ionoselective electrode to determine uranyl ion | |
| Jeon et al. | Polymeric ISE for Hydrogen Sulfite Based on Bis‐Urea Calix [4] diquinones as Neutral Lipophilic Ionophores | |
| Kamo et al. | Limits of detection and selectivity coefficients of a PVC-based anion-selective electrode | |
| Akl et al. | Novel Plastic Chromium (III)‐Ion Selective Electrodes Based on Different Ionophoric Species and Plasticizing Solvent Mediators |