Ионоселективный электрод

Полезная модель относится к конструкции индикаторных ионоселективных электродов (ИСЭ) и может быть использована в потенциометрических датчиках, предназначенных для контроля состава водных растворов.
Совершенствование конструкции ИСЭ на основе жидких ионитов направлено на решение следующих задач:
1. Создание устойчивой границы раздела фаз между измеряемым раствором и мембраной.
2. Предотвращение потери жидкого ионита в процессе измерений.
3. Стабилизация потенциалов, возникающих на различных границах внутри самого электрода (например мембрана - внутренний раствор сравнения).
4. Устойчивость к механическим воздействиям.
Известны конструкции ионоселективных электродов с полимерными мембранами на основе поливинилхлорида. В конструкциях фирм «Филипс» и «Радиометр» мембрана закрепляется механически в полимерный корпус В таких конструкциях полимерная мембрана в процессе измерения, находится между двумя растворами анализируемым и раствором сравнения.[К. Камман «Работа с ионоселективными электродами», Изд. «Мир», 1980 г., стр. 110].
В свидетельстве на полезную модель (RU 16791, 2000) описана электродная система для определения активности нитрат ионов в которой в одном корпусе параллельно один за другим размещены индикаторный электрод и электрод сравнения заполненный гелеобразным электролитом, который находится в контакте с полимерной мембраной, содержащей ионофор - переносчик нитрат-ионов.
Известен комбинированный ионоселективный электрод, содержащий коаксиально установленные наружный корпус электрода сравнения, имеющий в нижней части внутреннюю коническую поверхность, и внутренний цилиндрический корпус измерительного электрода, имеющий в нижней части наружную коническую поверхность, ионоселективную мембрану, укрепленную в нижнем торце внутреннего корпуса, корпус электрода сравнения установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса измерительного электрода для регулирования зазора между коническими поверхностями, выполненными с одинаковым углом наклона от 7 до 85° [Авт. Свид. SU 1636759, 1989].
Одним из недостатков таких конструкций является наличие внутри электрода границы мембрана - водный раствор сравнения, что вызывает нестабильность потенциала (дрейф) во времени.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является ионоселективный электрод который состоит из корпуса, внутри которого проходит токоотвод соединенный одним концом с сенсорным элементом в торце корпуса и другим концом с разъемом для подключения к иономеру, причем сенсорный элемент содержит твердый элемент сравнения, на внешнюю поверхность которого нанесена измерительная полимерная мембрана на основе поливинилхлорида, в состав которой входит хлорид-содержащая добавка (Патент на полезную модель №163667 МПК G01N 27/333, 2016 г.).
Недостатком предложенного электрода является наличие в полимерной мембранной композиции хлорида тетраалкиламмония, который переносит хлорид-ион и их присутствия в измеряемом растворе будет влиять на разультаты измерений. Технический результат, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, заключается в создании технологичной конструкции ионоселективного электрода для определения ионов аммония с повышенной стабильностью потенциала в присутствии хлорид-ионов.
Достижение указанного технического результата обеспечивает использование нового сенсорного элемента, который содержит сравнительный элемент в виде платиновой пластины, на внешнюю поверхность которого нанесен твердый электролит, в виде полимерной композиции на основе поливинилхлорида и пластификатора (2-нитрофенилоктиловый эфир), содержащей RED/ОХ пару в соотношении 1 : 1 (вес) и ионофор.
Предлагаемый ионоселективный электрод (Фиг. 1) состоит из корпуса 1, внутри которого проходит токоотвод 2, соединенный одним концом с сенсорным элементом 3 в торце корпуса 1 и другим концом - с разъемом 4 для подключения к иономеру. Сенсорный элемент 3 представляет собой твердый RED/ОХ элемент в виде платиновой пластины 5, на внешнюю поверхность которого нанесена измерительная полимерная мембрана 6 на основе поливинилхлорида (30%), содержащая жидкий ионит (ЖИ), представляющий собой раствор органической RED/OX системы и ионофора в пластификаторе ПВХ - о-нитрофенилоктиловом эфире (о-НФОЭ). К элементу 5 сравнения с использованием твердого контакта подсоединен токоотвод 2.
-
Более высокая стабильность и воспроизводимость потенциала в присутствии хлорид-ионов в такой конструкции достигается за счет отсутствия обмена хлорид-ионами между мембраной и измеряемым раствором (отсутствуют соединения хлора, которые могут переносить хлорид ион). Поэтому хлорид-ионы не будут мешать определению ионов в присутствии ионов Cl (табл. 3). В предлагаемой конструкции также отсутствует граница раздела мембрана/внутренний водный раствор сравнения, что также, как и в случае с прототипом стабилизирует потенциал электрода.
Полимерные мембраны готовят исходя из содержания компонентов: 30% ПВХ - 70% жидкий ионит (ЖИ). Мембранные компоненты растворяют в циклогексаноне в таком соотношении, чтобы после испарения ЦТ получить мембраны, с заданным составом.
Пример
6
4
9
3
6
4
9
4
Для получения мембраны брали смесь 0,066 г RED/OX (1:1) {Fe(CN)] [(CH)N] 0,033 г /[Fe(CN)] [(CH)N]} и 0,033 г ионофора, 0,5 г. ПВХ, и 1,073 г о-НФОЭ. Образовавшуюся смесь растворили в 5 мл ЦГ. Полученный раствор (I) наносили на торец элемента сравнения (платиновая пластина) 5, расположенного в корпусе 1 ионоселективного электрода. После испарения ЦГ на поверхности твердой мембраны образовывалась полимерная пленка, на которую повторно наносили раствор (I). В результате на поверхности твердого элемента 5 сравнения получали полимерную мембрану 6, толщиной около 0,2-0,3 мм содержащую 2% ионофора и 3,6% RED/ОХ системы, 30% ПВХ и 64,4% пластификатора 2-нитрофенилоктилового эфира. Полученный, таким образом, ионоселективный электрод готов к использованию. Аналогичным образом готовились электроды с другими составами мембран (табл. 1).
В таблицах 1 и 2 представлены результаты исследований мембран с различным содержанием активных компонентов, соотношение которых является одним из факторов определяющих повышенную воспроизводимость мембранного потенциала ионоселективных электродов. Другим фактором является наличие стабильного потенциала на границе полимерная мембрана/ элемент сравнения.
Содержание компонентов в мембране с различны содержание RED/OX системы
Содержание компонентов в мембране с различным содержанием ионофора
-
2
Воспроизводимость потенциала электродов в растворах с различным соотношением ионов аммония и Cl (CaCl).
4
2
NH4/Ca
На фиг. 2 представлены электродные характеристики в чистых растворах NHCl (2) и на фоне 0,1 М раствора CaCl (1). Рассчитанный из этих данных коэффициент селективности lgK = -3,82 который практически совпадает с литературными данными -3,8 [И. Корыта, К. Штулик «Ионоселективные электроды» Изд. Мир, 1989 г., стр. 258] показывает отсутствие влияния ионов хлора на результаты измерения. Электрод показал высокую воспроизводимость потенциала в растворах с высоким избытком ионов хлора по отношению к ионам аммония (Табл. 3), что в отличие от прототипа, позволяет использовать его в хлорид-содержащих средах с высокими концентрациями ионов хлора.