Chemical sensors based on ZnI2-PbI2-As2Se3 chalcogenide films for determining of zinc content in aquas solutions
Authors: Байдаков Д.Л. , Михайлова Н.В. , Шелоумов А.В. , Виграненко Ю.Т. 
Published: April 2024

Халькогенидные стекла и пленки на основе селенидов мышьяка, содержащие иодиды металлов, имеют уникальные свойства и большое практическое применение. Они прозрачны в ИК-диапазоне спектра, имеют низкую чувствительность к примесям и высокую химическую устойчивость в агрессивных средах. Стеклообразные полупроводники используются при производстве оборудования и приборов в оптической промышленности, как составляющие биочипов, а также в качестве материалов мембран ионоселективных электродов. Для синтеза стекол ZnI2-PbI2-As2Se3 использовались иодид цинка (х.ч), иодид свинца (х.ч.), триселенид мышьяка (о.с.ч.). Стекла синтезировали при максимальной температуре 900ºС в вакуумированных кварцевых ампулах. При достижении максимальной температуры синтеза ампулы с расплавом при постоянном перемешивании выдерживали 12 ч, затем производили закалку расплава в воде со льдом. Пленки ZnI2-PbI2-As2Se3 наносили из растворов стекол в н-бутиламине. Установлено, что для халькогенидных стекол и пленок одного и того же состава удельная электропроводность и энергия активации переноса заряда в пределах погрешности измерений не отличаются. Впервые получены химические сенсоры на основе пленочных мембран ZnI2-PbI2-As2Se3 для прямого определения содержания цинка в водных растворах. Нижний предел обнаружения катионов Zn2+ для большинства исследованных мембран равен 10-7 моль/л, а нернстова область электродной функции составляет 10-6-10-1 моль/л. Пленочные электроды практически не уступают халькогенидным стеклянным электродам в избирательности.

Chalcogenide glasses and films based on arsenic selenides containing metal iodides have unique properties and great practical application. They are transparent in the IR range of the spectrum, have low sensitivity to impurities and high chemical resistance in aggressive environments. Glassy semiconductors are used in the production of equipment and devices in the optical industry, as components of biochips, as well as materials for membranes of ion-selective electrodes. To synthesize ZnI2-PbI2-As2Se3 glasses, zinc iodide (reagent grade), lead iodide (reagent grade), and arsenic triselenide (high grade) were used. Glasses were synthesized at a maximum temperature of 900 ºC in evacuated quartz ampoules. When the maximum synthesis temperature was reached, the ampoules with the melt were kept for 12 hours with constant stirring, then the melt was quenched in water with ice. Chalcogenide films ZnI2-PbI2-As2Se3 were synthesized from the solutions of chalcogenide glasses in n-butylamine and also the specific electroconductivity of films has been investigated. It was founded, that electroconductivity of chalcogenide glasses and films of a similar composition practically do not differ. For the first time, chemical sensors based on ZnI2-PbI2-As2Se3 film membranes have been obtained for the direct determination of zinc content in aqueous solutions. The lower limit of detection of Zn2+ cations for most of the studied membranes is 10-7 mol/l, and the Nernst region of the electrode function is 10-6-10-1 mol/l. Film electrodes are practically not inferior to chalcogenide glass electrodes in selectivity.