СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ИОН-СЕЛЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДА
METHOD OF MAKING SOLID-STATE ION-SELECTIVE ELECTRODE

Разработанные ионселективные электроды могут использоваться в различных отраслях народного хозяйства: в гальванопроизводствах для контроля состава электролита, для анализа гидросферных комплексов, бытовых и сточных вод; в пищевой промышленности для контроля качества пищевых продуктов, например, молока и молочных продуктов; в медицине, так как отвечают требованиям медико-биологических исследований.
x
2
Известен способ изготовления твердотельного ионоселективного электрода, который заключается в нанесении на ионочувствительную мембрану твердофазного внутреннего контакта на основе оксидной бронзы. На ионочувствительную мембрану наносят выдержанную при 424-520°С в течение 30-40 мин смесь вольфрама, триоксида вольфрама и вольфраматов лития, натрия и калия, взятых в стехиометрическом соотношении, необходимом для синтеза вольфрамовой бронзы состава (К, Li, Na), где 0<х≤1 и К, Li, Na взяты в соотношении 1:2:2, причем после нанесения смеси на ионочувствительную мембрану электрод выдерживают при той же температуре в течение 3,0-3,5 ч. (АС СССР №1130789; МКл G01N 27/30).
Однако технология изготовления таких электродов сложна, требуется весьма высокий температурный режим.
2
Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления твердотельного ионоселективного электрода, заключающийся в нанесении на твердофазную основу из хромоникелевой стали (медицинская игла) электродоактивной массы - слоя толщиной 0,025 мм химически стойкого органического полимера, например, клей БФ с электродноактивным веществом. В качестве последнего использовали смеси сульфидов серебра или меди и добавки сульфидов тяжелых металлов. Соотношение AgS (CuS) к полимеру 1:1.
Соотношение компонентов, мас.%:
Сульфид тяжелых металлов
15-20
CuS
10-15
Ag<sub>2</sub>S
15-25
БФ-2
40-55
(Миниатюрные ион-селективные электроды // Заводская лаборатория. - 1995. - №3, с.4-5)
Однако недостатком такого способа являются низкие технические характеристики.
2
Задача, решаемая изобретением, - заменить дорогостоящий реактив AgS и повысить технические характеристики.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления твердотельного ионоселективного электрода, включающем нанесение на основу из хромоникелевой стали электродоактивной массы - слоя толщиной 0,025 мм органического химически стойкого полимера клея БФ с электродоактивным веществом, содержащим смесь сульфидов меди и кадмия. В электродоактивное вещество дополнительно вводят терморасширенный графит ТРГ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
CdS
45-50
CuS
35-40
ТРГ
3-5
БФ-2
8-20
На чертеже представлена принципиальная схема твердотельного ионселективного электрода.
В таблице 1 представлено влияние состава ионселективного электрода на электродные характеристики. Т=298 К.
Электрод представляет собой основу из хромоникелевой стали - 1, на которую нанесен слой толщиной 0,025 мм химически стойкого органического полимера БФ-2, в котором распределен мелкодисперсный порошок сульфида меди, кадмия и ТРГ - 2. Конструкция также содержит токоотвод - 3, присоединенный к основе - 1.
2
Для приготовления электродоактивной массы использовали реактивы: сульфид кадмия (CdS), сульфид меди (CuS). Компоненты тщательно перемешивали и перетирали в течение 1-4 часов в фарфоровой чашке до получения однородной гомогенной массы. В качестве связующего использовали химически стойкий органический полимер - клей БФ-2. После добавления связующего получали суспензию сметанообразной консистенции, которую методом окунания или намазки наносили на предварительно обезжиренную основу из хромоникелевой стали, слоем толщиной ~ 0,025 мм, рабочая площадь электродов S=0,3 см. Нерабочую поверхность электродов изолировали цапон-лаком. Изготовленные электроды сушили на воздухе при комнатной температуре в течение суток или в вакуумном сушильном шкафу в течение 1 часа при температуре 105°С.
Проведенные исследования показали, что наибольшую механическую и адгезионную прочность при длительной работе имели ИСЭ со связующим БФ-2 в количестве 10 мас.% (пример 4). Большее количество связующего приводило к ухудшению электродной функции (увеличение времени отклика, более длительное время установления потенциала) (пример 5, 6), меньшее к ухудшению механической прочности и отслаиванию активной массы от подложки (пример 3). Установленное оптимальное соотношение компонентов ЭАМ составило, мас.%: CdS - 47, CuS - 39, ТРГ - 4, БФ-2 - 10 (пример 4).
2
Заменив реактив AgS на терморасширенный графит, были повышены такие технические характеристики ионселективного электрода, как дрейф потенциала, стабильность потенциала и время установки потенциала.
Таблица 1
№
Состав мембраны, %
Дрейф потенциала, мВ/сут
Стабильность потенциала, мВ (в течение 200 ч)
Время установления потенциала, с
1
CdS:CuS:Ag<sub>2</sub>S:БФ-2
10-16
±56-69
80-95
(20:10:20:50)
2
CdS:CuS:ТРГ:БФ-2
10-14
±50-70
60
(52:34:4:10)
3
CdS:CuS:ТРГ:БФ-2
6-8
±20-24
41
(50: 39:3:8)
4
CdS:CuS:ТРГ:БФ-2
5-6
±20-23
35
(47:39:4:10)
5
CdS:CuS:ТРГ:БФ-2
6-8
±20-24
41
(45:35:5:15)
6
CdS:CuS:ТРГ:БФ-2
10-14
±50-70
60
(44:32:4:20)