×
19.03.2020
220.018.0dae

МЕМБРАНА ИОНОСЕЛЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОСФАТ-ИОНОВ В РАСТВОРАХ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к ионометрии и может найти применение в экологическом, медицинском и производственном контроле содержания фосфатов в водных экосистемах, почвенных вытяжках, биологических жидкостях и растворах медицинских препаратов. Предложена мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов, которая содержит (в мас. %): 4,5% электродоактивного компонента, представляющего собой оловоорганическое соединение общей формулы RSnX, где R - октил или 2-этилгексил, а X - хлорид, бромид, иодид или гидрофосфат; 60,0% пластификатора, представляющего собой орто-нитрофенилоктиловый эфир; 35,0% поливинилхлорида; 0,5% липофильной добавки, представляющей собой тетракис(4-хлорфенил)борат калия. Изобретение обеспечивает улучшение электроаналитических характеристик, таких как селективность, угловой наклон градуировочного графика, воспроизводимость и стабильность потенциала электрода. 1 ил., 2 табл., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к ионометрии, в частности к материалам, предназначенным для использования в качестве чувствительного элемента ионоселективных электродов при количественном определении концентрации фосфат-ионов в водных растворах. Изобретение может найти применение в экологическом, медицинском и производственном контроле содержания фосфатов в водных экосистемах, почвенных вытяжек, биологических жидкостях и растворах медицинских препаратов.

Уровень техники

Фосфаты являются одним из распространенных веществ вод водоемов и почв. Основным источником поступления фосфатов в окружающую среду являются фосфорные удобрения, средства бытовой химии, бытовые и промышленные сточные воды. Важным является контроль содержания фосфора в биологических жидкостях и растворах медицинских препаратов. Вследствие этого, необходимо создание новых аналитических методов, пригодных для мониторинга и рутинного анализа фосфатов во всех водных средах.

Из уровня техники [Rechnitz G.A. et al. Potentiometric measurements with SO4-2 and PO4-3 sensitive membrane electrodes / Analytical Letters, 1967, V. 1, N. 1, pp. 29-33] известны монокристаллические мембраны для определения фосфат-ионов, которые включают фосфат висмута в силиконовом каучуке. Ионоселективный электрод на основе этого соединения дает Нернстовский отклик на ионы гидрофосфата.

Недостатком такой мембраны является низкая чувствительность и селективность к фосфатам в присутствии других неорганических анионов.

Также из уровня техники [Shu F.R. et al. An Ion-Selective Electrode for Dibasic Phosphate Ion / Analytical Letters, 1972, V. 5, N. 8, pp. 559-565] известен состав поликристаллической мембраны для определения фосфат-ионов, который включает фосфат серебра, тиомочевину и глутаровый альдегид, внедренные в матрицу сульфида серебра. Ионселективный электрод на основе данной мембраны обладает избирательностью к гидрофосфат-иону в присутствии сульфат-, нитрат- и ацетат-ионов, но время жизни электрода оказалось очень коротким (48 часов).

Из уровня техники [Авторское свидетельство SU 1580233 А1, опубл.: 23.07.1990] известен состав мембраны электрода для определения ионов гидрофосфата, который с целью расширения диапазона измеряемых концентраций ионов гидрофосфата в область разбавленных растворов, включает, в мас. %: висмут - 1-10%; серебро - 50-60%; политетрафторэтилен - остальное.

Однако данный электрод работает только в области рН 7,0-7,2 из-за возможного образования мешающих ионов и снижения селективности.

Из уровня техники [Chaniotakis N.A. et al. Potentiometric phosphate selective electrode based on a multidendate-tin (IV) carrier / Analytica Chimica Acta, 1993, V. 282, N. 1, pp. 345-352] известна мембрана, предназначенная для использования в качестве чувствительного элемента фосфат-селективного электрода, которая по составу наиболее близка к предлагаемому изобретению. В известном составе мембраны, с целью повышения избирательности к фосфат-ионам, состав мембраны включает электродоактивный компонент, в качестве которого использовано металл органическое соединение олова (IV) трис-(3-хлордиметилстаннил-пропил)хлорстаннан, пластификатор и поливинилхлорид при следующем соотношении компонентов, в мас. %: электродоактивный компонент - 2%, пластификатор - 66%, поливинилхлорид - 32%. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа настоящего изобретения.

Использование мембраны для определения фосфат-иона указанного состава позволяет повысить коэффициент селективности в присутствии большинства неорганических анионов, включая перхлорат. Время отклика составляет порядка секунд, достигнутый предел обнаружения составляет 1⋅10-5 М.

Недостатком прототипа является сложность синтеза и высокая стоимость электродоактивного вещества в составе мембраны, а также недостаточная химическая устойчивость такой мембраны и очень короткий срок службы.

Раскрытие сущности изобретения

Предлагаемое изобретение лишено вышеуказанных недостатков.

Техническая задача настоящего изобретения состояла в создании мембраны, чувствительной к фосфат-ионам с улучшенными электроаналитическими характеристиками, такими как пределы обнаружения, угловой наклон градуировочного графика, воспроизводимость и стабильность потенциала электрода.

К техническим результатам заявленного изобретения относятся: - обеспечение возможности проводить измерение концентрации фосфата в водных растворах без каких-либо химических изменений мембраны, например, ее растворения, а также без существенного изменения параметров сигнала. Мембрана проявляет чувствительность к ионам гидрофосфата (угловой коэффициент электродной функции) 27±2 мВ/pHPO42-, диапазон измеряемых концентраций ионов гидрофосфата составляет от 5⋅10-6 до 1⋅10-1 моль/л;

- повышение селективности (избирательности) мембраны к фосфат-ионам в присутствии некоторых неорганических анионов, входящих в состав природных вод и почв.

Техническая задача решается и указанные технические результаты достигаются тем, что мембрана ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов включает электродоактивный компонент, пластификатор, поливинилхлорид, а также липофильную добавку, при этом в соответствии с предлагаемым изобретением в качестве электродоактивного компонента используют оловоорганическое соединение общей формулы R2SnX2, где R - октил или 2-этилгексил, а X - хлорид, бромид, иодид или гидрофосфат; в качестве пластификатора используют орто-нитрофенилоктиловый эфир (о-НФОЭ); а в качестве липофильной добавки используют тетракис(4-хлорфенил)борат калия (КТХФБ). Причем в рамках настоящего изобретения экспериментально установлено, что оптимальным является следующее соотношение компонентов, в мас. %: электродоактивный компонент - 4,5%; пластификатор - 60,0%; липофильная добавка - 0,5%; поливинилхлорид - 35,0%.

Сущность предлагаемого изобретения основана на использовании закономерностей, известных для жидкостной экстракции, при которой соединения диалкилолова используются для выделения различных кислородсодержащих анионов за счет комплексообразования металла (олова) с атомами кислорода аниона. Таким образом, мембрана приобретет селективность к определяемому иону, не соответствующую ряду Гофмейстера.

Осуществление изобретения

Возможность осуществления предлагаемого изобретения и достижение технического результата иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Мембрану для гидрофосфат-селективного электрода изготавливают растворением выбранных навесок всех исходных веществ (поливинилхлорид, пластификатор, электродоактивный компонент, липофильная добавка) в тетрагидрофуране с последующим тщательным перемешиванием. Полученный раствор выливают на строго горизонтальную поверхность в чашку Петри и высушивают до полного испарения растворителя. После этого из полученной пленки вырезают образцы (собственно мембраны ионоселективных электродов) требуемых размеров (круги диаметром 2 см и толщиной 0,2 мм) и приклеивают к предварительно отшлифованному торцу ПВХ-трубок (электродных корпусов). После высыхания клея, электроды заполняют внутренним раствором сравнения, содержащим потенциалопределяющий ион НРО42- (1⋅10-1 М) и 3.0 М раствор KCl. Перед первым измерением (или после длительного хранения в сухом виде) электроды выдерживают в растворе Na2HPO4 с концентрацией 10-1 М не менее 5 суток при комнатной температуре. Для приготовления мембраны берут следующее соотношение компонентов, в мас. %: электродоактивный компонент (ди(октил)олова хлорид (ДОХ)) - 4,5%; пластификатор (о-НФОЭ) - 60,0%; поливинилхлорид (ПВХ) - 35,0%; липофильная добавка (КТХФБ) - 0,5%.

При выходе за пределы концентрационного интервала, указанного в примере 1, то есть при уменьшении или увеличении заявленных величин, электродные характеристики ионоселективной мембраны значительно отличаются от теоретических и ухудшаются.

В процессе исследования электроаналитических свойств разработанной мембраны использовалась гальваническая цепь:

Для исследования электроаналитических свойств мембраны использовался стандартный электродный корпус (Philips IS-561), а электродом сравнения служил двухключевой хлорсеребрянный электрод ЭСр-10101/3.5, заполненный насыщенным раствором хлорида калия. Внешний электролитический ключ был заполнен 0.01 М раствором сульфата натрия. Показания снимали на цифровом прецизионном иономере Эксперт-001-1.0.1, который был подключен к персональному компьютеру для сбора данных.

Все эксперименты проводили при комнатной температуре (20±2°С).

Основной рабочий раствор концентрацией 10-1 моль/дм3 готовили растворением навески 35,81 г Na2HPO4⋅12H2O марки "хч" в дистиллированной воде с доведением объема до 1 дм3. Градуировочные растворы с молярной концентрацией от 10-2 до 10-6 моль/л готовили непосредственно перед измерением путем разбавления исходного рабочего раствора.

Для оптимизации проведения потенциометрического определения иона гидрофосфата в растворе рекомендуется поддерживать кислотность в диапазоне рН=8,0-10,0. Для корректировки рН рекомендуется использование 0.1 М раствора гидроксида натрия или калия или использование буферных растворов. В качестве подходящего буфера может быть использован боратный буферный раствор, буферный раствор ХЕППС (3-[4-(2-гидроксиэтил)пиперазин-1-ил]пропан-1-сульфоновая кислота), КАПС (3-(циклогексиламино)-1-пропансульфоновая кислота) или ТРИС (2-амино-2-гидроксиметил-пропан-1,3-диол).

На фиг. 1 показана типичная электродная функция (зависимость потенциала ионочувствительного электрода с мембраной предложенного состава от отрицательного десятичного логарифма концентрации иона гидрофосфата) электрода с мембранной состава, в мас. %: ДОХ - 4,5%; о-НФОЭ - 60,0%; ПВХ - 35,0%; КТХФБ - 0,5%. Ионоселективный электрод с предлагаемой мембраной имеет Нернстовскую функцию к ионам гидрофосфата в диапазоне концентраций 1⋅10-5-1⋅10-1 М, угловой коэффициент (чувствительности электрода) равен 27±2 мВ/pHPO42- и практически совпадает с теоретическим значением.

Пример 2

Коэффициенты селективности были определены согласно рекомендациям IUPAC по методу смешанных растворов на фоне постоянной концентрации мешающих ионов 10-2 М. Значения рассчитанных коэффициентов селективности для мембраны предложенного в Примере 1 состава приведены в таблице 1.

Следует отметить, что технические результаты будут также достигаться при замене ди(октил)олова хлорида в качестве электродоактивного компонента на другие соли диалкилпроизводных олова, имеющие похожую химическую структуру в рамках заявленной общей формулы, которые не оказывают заметного влияния на свойства получаемых ионоселективных электродов.

Пример 3

Для иллюстрации возможности использования электрода с пластифицированной мембраной предложенного в Примере 1 состава приведем пример определения содержания фосфатов в природных водах. Содержание фосфатов параллельно контролировалось спектрофотометрическим методом определения ортофосфатов и полифосфатов в питьевой и природной воде по ГОСТ 18309-2014 [ГОСТ 18309-2014. Вода. Методы содержания фосфорсодержащих веществ. - М.: Стандартинформ, 2015, 24 с.]. В качестве анализируемых образцов были взяты бутилированная вода «Святой источник», водопроводная вода г. Москвы и грунтовая вода из скважины, в которые была внесена добавка 1 см3 градуировочного раствора гидрофосфат-иона. Данные анализа представлены в таблице 2.

Сопоставление результатов анализов показывает удовлетворительную сходимость, относительное отклонение не превышает 10%.

Таким образом, в настоящем изобретении предложен состав мембраны ионоселективного электрода для определения фосфат-ионов в водных растворах, при использовании которой улучшаются электроаналитические характеристики, такие как селективность, угловой наклон градуировочного графика, воспроизводимость и стабильность потенциала. Электрод, рабочим элементом которого является мембрана заявленного состава, имеет широкую сферу применения и позволяет решать задачи практически в любой области техники и производства (промышленного, сельскохозяйственного, медицинского и т.д.), где требуется рутинное определение концентрации (содержания) фосфат-ионов с помощью надежных, но недорогих аналитических инструментов. Это очень важно, если учесть, что определение фосфатов является очень распространенной практической аналитической задачей.

Заявленная ионселективная мембрана характеризуется химической устойчивостью (стабильностью) и доступностью входящего в состав мембраны электродноактивного вещества, что дает возможность для массового производства сенсорных элементов ионоселективных электродов и их использования для количественного определения концентрации фосфат-ионов в водных растворах.


МЕМБРАНА ИОНОСЕЛЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОСФАТ-ИОНОВ В РАСТВОРАХ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 39 items.
02.08.2018
№218.016.77ef

Способ изготовления термочувствительных кабелей-датчиков

Изобретение относится к способу изготовления термочувствительных кабелей-датчиков с полупроводниковыми оксидными наполнителями, применяемых для контроля температуры в аварийных системах авиации и для контроля и защиты различных силовых установок промышленных предприятий. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662790
Дата охранного документа: 31.07.2018
09.09.2018
№218.016.851f

Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильных каучуков

Изобретение относится к резинотехнической промышленности, а именно к резиновой смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука для рукавных изделий. Резиновая смесь включает следующий состав, мас. ч.: бутадиен-нитрильный каучук с массовой долей нитрила акриловой кислоты 17-20% 20-50;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666442
Дата охранного документа: 07.09.2018
09.09.2018
№218.016.8559

Способ получения интеркалированной поли-n-винилкапролактамом наноразмерной η-модификации оксида титана(iv)

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Для приготовления порошкообразных образцов η-фазы состава TiO×HO, где n=0,9-2,0, с интеркаляцией поли-N-винилкапролактама (ПВК) в структуру η-фазы осуществляют следующие стадии. Смешивают водный раствор ПВК, имеющий концентрацию 1-10...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666441
Дата охранного документа: 07.09.2018
26.10.2018
№218.016.9616

Способ получения 2-алкилзамещенных семикарбазидов

Изобретение относится к области органической химии, а именно к способу получения 2-алкилзамещенных семикарбазидов формулы (I) или их гидрохлоридов формулы (II), где R = алкил или замещенный алкил. Способ заключается в непрямом алкилировании незамещенного семикарбазида по атому азота N2 и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002670622
Дата охранного документа: 24.10.2018
26.12.2018
№218.016.ab26

Способ разделения смеси циклогексен-вода-циклогексанон-дмсо

Изобретение относится к технологии основного органического синтеза, а именно к способу разделения четырехкомпонентной смеси циклогексен-вода-циклогексанон-ДМСО, согласно которому в первой ректификационной колонне осуществляют промежуточное разделение указанной смеси на две бинарные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676037
Дата охранного документа: 25.12.2018
26.12.2018
№218.016.ab94

Система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом по углу рыскания

Система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом по углу рыскания содержит регулятор, исполнительное устройство, шесть усилителей, датчик угла рыскания, датчик угловой скорости, два сумматора, дифференциатор, интегратор, соединенные определенным образом. Обеспечивается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675976
Дата охранного документа: 25.12.2018
29.12.2018
№218.016.ad7a

Струйно-пневматический пропорциональный регулятор

Струйно-пневматический пропорциональный регулятор состоит из подвижной части, включающей в себя пластину, подвешенную на газовой опоре, входной дифференциальной пневматической схемы, считывающего элемента в виде узла типа «считывающее сопло-заслонка», пневматического мембранного усилителя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676362
Дата охранного документа: 28.12.2018
28.02.2019
№219.016.c845

Способ гранулирования минеральных удобрений

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ гранулирования минеральных удобрений из расплава с замкнутым по хладагенту циклом включает кристаллизацию капель расплава при их свободном падении в противотоке охлаждающего воздуха в грануляционной башне, который засасывается из зоны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680686
Дата охранного документа: 25.02.2019
01.03.2019
№219.016.c8c5

Диспетчерская информационно-аналитическая система

Изобретение относится к диспетчерским информационно-аналитическим системам. Техническим результатом заявленного изобретения является расширение технологических возможностей подразделений цифровых машиностроительных предприятий. Для реализации технического результата в диспетчерской системе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680755
Дата охранного документа: 26.02.2019
02.03.2019
№219.016.d1ef

Электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости вещества

Изобретение относится к устройствам для определения магнитной восприимчивости разделяемых веществ. Электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости образцов содержит полюсные наконечники в виде полусфер для создания градиентного магнитного поля, передвижной датчик для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680863
Дата охранного документа: 28.02.2019
Showing 1-5 of 5 items.
20.07.2013
№216.012.567b

Мембранное устройство

Изобретение относится к мембранной технике, может быть использовано в биотехнологии, геологии и анализе различных растворов. Мембранное устройство содержит многоступенчатый мембранный модуль, ступени которого состоят из верхнего, промежуточных и нижнего дисков и расположенных между ними...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487747
Дата охранного документа: 20.07.2013
26.08.2017
№217.015.e1ba

Экстракционный способ получения наноразмерных кристаллов оксидов металлов

Изобретение может быть использовано в производстве компонентов полупроводниковых приборов, датчиков, УФ-фильтров, солнечных батарей, гетерогенных катализаторов. Для получения наноразмерных кристаллов оксидов металлов экстракционным способом в дистиллированной воде готовят гетерогенную систему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625877
Дата охранного документа: 19.07.2017
29.12.2017
№217.015.f7f0

Способ комплексной переработки фосфогипса

Изобретение относится к гидрометаллургии и предназначено для извлечения редкоземельных элементов из отвального фосфогипса и получения гипсового вяжущего. Проводят сернокислотное выщелачивание РЗЭ из пульпы ФГ в режиме циркуляции с электрохимической и кавитационной активацией. Разделяют пульпу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639394
Дата охранного документа: 21.12.2017
25.04.2019
№219.017.3b72

Способ определения массовой концентрации молекулярного кислорода в органической жидкости

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно - к области средств определения содержания кислорода в жидкости, и может быть использовано в различных областях исследования, где требуется определить содержание кислорода в органической жидкости. В сосуде для проведения анализа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685763
Дата охранного документа: 23.04.2019
05.09.2019
№219.017.c731

Способ разделения жидких неоднородных дисперсных систем и установка для его реализации

Изобретение относится к области очистки текучих сред от неоднородных дисперсных включений и может быть использовано для очистки сточных и технологических вод, масел и других жидкостей, а также шламовых отложений и других материалов, содержащих дисперсные примеси, в нефтедобывающей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699121
Дата охранного документа: 03.09.2019
+ добавить свой РИД