×
20.11.2017
217.015.efac

Результат интеллектуальной деятельности: Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов таллия в водных растворах

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, в частности к потенциометрическому способу определения концентрации ионов таллия в растворах, и касается состава мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов таллия в водных растворах. Состав мембраны химического сенсора включает в качестве чувствительной мембраны халькогенидное стекло, где халькогенидное стекло содержит в качестве потенциалопределяющего вещества иодид таллия в количестве 20-30 мол. %, в качестве ионно-электронного проводника селенид серебра в количестве 20-30 мол. %, а в качестве стеклообразователя селенид мышьяка в количестве 40-60 мол. %. Изобретение обеспечивает увеличение ресурса и улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы таллия в кислых средах. 1 табл., 4 пр.

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, в частности к способу определения концентрации ионов таллия в растворах.

Известны химические сенсоры (ионоселективные электроды) с прессованными поликристаллическими мембранами на основе смеси 30 мол. % ТП - 70 мол. % AgI, полученной методом соосаждения из растворов [1].

Известен также состав прессованных мембран ионоселективных электродов для определения ионов таллия, где в качестве электродноактивного вещества используют гексаиодомеркурат таллия (Tl4HgI6), а также иодид ртути (HgI2) в соотношении компонентов 25-30 мол. % Tl4HgI6 и 70-75 мол. % HgI2 [2]. В более поздней работе был предложен несколько модифицированный состав мембран 40 мол. % Tl4HgI6 и 60 мол. % Ag2S [3] с пределом обнаружения 4⋅10-5 М. К недостаткам вышеупомянутых таллийселективных электродов можно отнести тот факт, что пределы обнаружения для них не превышают 4⋅10-4-4⋅10-5 М, что определяется, в частности, относительно высокой растворимостью таких соединений, как TlI и Tl4HgI6, даже в слабокислых средах (рН>2,5). К недостаткам вышеназванных составов мембран для таллийселективных сенсоров можно отнести также относительно невысокий срок службы около 6 месяцев.

Существенно лучшими аналитическими характеристиками обладают мембранные материалы на основе халькогенидных стекол, содержащих таллий и обладающих высокой ионной составляющей проводимости и, что особенно важно, высокой устойчивостью в кислых средах.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является мембрана сенсора на основе халькогенидного стекла состава As2S3-Ag2S-TlI, физико-химические свойства которого были подробно изучены в работах [4].

К недостатками указанных мембранных материалов относится недостаточно широкая область стеклообразования, где образцы состава 40 мол. % TlI - 30 мол. % Ag2S - 30 мол. % As2S3 представляют собой стеклокристаллы; особенно большим недостатком являются также процессы окисления поверхности при длительном контакте с измеряемым растворами. Это приводит к ухудшению предела обнаружения и крутизны электродной функции с 57 до 45 мВ/рТ1.

Технический результат заявленного изобретения - увеличение ресурса работы и улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы таллия в кислых средах.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве ионно-электронного проводника выбран селенид серебра, в качестве стеклообразователя - селенид мышьяка, а в качестве электродноактивного вещества - иодид таллия, что обеспечивает высокую устойчивость мембранного материала и, как следствие, приводит к улучшению характеристик чувствительности и точности определения ионов таллия.

Кроме этого, указанный технический результат достигается также оптимальным экспериментально апробированным соотношением компонентов халькогенидного стекла, содержащим: иодид таллия (20-30 мол. %) - потенциалопределяющее вещество; селенид серебра (20-30 мол. %) - ионно-электронный проводник; селенид мышьяка (40-60 мол. %) - стеклообразователь.

Заявленное изобретение было апробировано в Санкт-Петербургском государственном университете на лабораторной базе Института Химии в режиме реального времени.

При этом были использованы: иономер (Mettler Toledo S40) с входным сопротивлением 1011 Ом для измерения потенциалов ячейки. В качестве растворов для построения градуировочных графиков применяли: а) 10-1-10-6 моль⋅л-1 TlNO3, б) 10-1-10-6 моль⋅л-1 TlNO3 с постоянной ионной силой 0.1 по KNO3. Определение коэффициента селективности для Tl-селективных сенсоров проводились методом биионных потенциалов в смешанных растворах. Для этого использовались раствор 0,1 М TlNO3 и 0,1 М растворы, содержащие мешающие ионы тяжелых металлов: Cu(NO3)2, Ni(NO3)2, Cd(NO3)2, Pb(NO3)2.

Ниже приведены конкретные примеры апробации.

Пример 1

Стекла системы TlI-Ag2Se-As2Se3 были синтезированы из исходных веществ Ag2Se и TlI квалификации (х.ч.) и полученного нами As2Se3.

Селенид мышьяка As2Se3 был синтезирован по следующей методике. Ампулу с навесками мышьяка и селена общей массой 10-35 г нагревали до 400-450°C. При этой температуре расплав выдерживали не менее суток для прохождения гетерогенной реакции взаимодействия мышьяка с селеном. Затем температуру повышали до 850-900°C, при этой температуре выдерживали в течение 10-12 часов. Закалку проводили от 800°C на воздухе. Все стекла четырех составов (навески - 3 г в кварцевых ампулах при остаточном давлении ≈0.1 Па) получали в следующем режиме: температуру печи с образцами медленно поднимали до 450°C, ампулы выдерживали 6-8 ч, после чего температуру повышали до 950°C, при которой расплав выдерживали около суток и перемешивали через каждые 2 ч. Далее температуру снижали до 600°C и расплав выдерживали в ампулах в течение 4-5 ч. Закалку проводили от 600°C со скоростью 100°C/с. Контроль стеклообразного состояния осуществляли с помощью рентгенофазового анализа.

Таким образом, были получены таллийсодержащие халькогенидные стекла четырех составов со следующим содержанием TlI, Ag2Se и As2Se3 в мол. %, соответственно: 1) 10-40-50; 2) 20-30-50; 3) 30-20-50; 4) 40-10-50.

Исследование температурных зависимостей электропроводности образцов выполнено методом импедансной спектроскопии на установке «Novocontrol Concept 40». Диапазон частот 20 МГц-10 Гц, для температурного интервала 0-120°C.

Пример 2. Заявленное изобретение поясняется зависимостью электродной функции таллийселективного сенсора с мембраной на основе халькогенидного стекла в системе TlI-Ag2Se-As2Se3.

Пример 3. Заявленное изобретение поясняется таблицей, на которой представлены результаты определения коэффициентов селективности таллиевых сенсоров с халькогенидными стеклянными мембранами на основе TlI-Ag2Se-As2Se3.

Пример 4. Заявленное изобретение поясняется зависимостью потенциала Е (мВ), таллийселективного сенсора, состава мембраны 30 мол. % ТП-20 мол. % Ag2Se - 50 мол. % As2Se3, от рН исследуемого раствора при постоянных концентрациях потенциалопределяющего иона (моль⋅л-1): 10-1 TlNO3; 10-2 TlNO3; 10-3 TlNO3.

Результаты апробаций, как это подтверждено приведенными выше примерами, подтверждают увеличение ресурса работы и улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы таллия в кислых средах. После проведения калибровок сенсоры на ионы таллия были использованы для измерения в ряде лабораторных сред, при этом погрешности измерений составляли 4-6%, для растворов 10-5-10-6 М, погрешность не превышала 15%.

Технико-экономическая значимость заявленного изобретения состоит, как видно из примеров апробации, в возможности измерения концентрации таллия в пробе раствора в течение 5-10 мин; возможно определение таллия в растворах в полевых условиях, т.к. портативный комплект для измерений состоит из сенсора на таллий, электрода сравнения, калибровочных растворов и иономера - общий вес комплекта составляет 3 кг.

На сегодняшний день ионоселективные электроды (химические сенсоры) с заявленным составом мембраны не известны заявителю и автором ни из научной литературе, ни из патентных источников информации. Существенное увеличение ресурса работы заявленного изобретения, а также улучшение стабильности работы химического сенсора на ионы таллия в кислых средах приводит к увеличению предела обнаружения, все эти новые и эффективные по сравнению с мировыми аналогами преимущества позволяют отнести заявленное изобретение к импортозаменяющим объектам техники.

Источники информации

1. United States Patent 5344547.

2. Авторское свидетельство СССР №800858.

3. Ermolenko, Yu.E., Kalyagin, D.S., Subbotina, S.N., Kolodnikov, V.V., Vlasov, Yu.G. «Thallium-selective sensor with a membrane based on Tl4HgI6 ionic conductor», Russian Journal of Applied Chemistry, Volume 86, Issue 2, Pages 192-199, 2013.

4. Yuri Ermolenko, Dmtrii Kalyagin, Igor Alekseev, Eugene Bychkov, Vasily Kolodnikov, Natalia Melnikova, Igor Murin,Yuri Vlasov, Yulia Mourzina. New membrane material for thallium (I)-selective sensors based on arsenic sulfide glasses // Sensors and Actuators, B: Chemical, Vol. 207, 2015. P. 940-944 (прототип).

Состав мембраны химического сенсора для определения концентрации ионов таллия в водных растворах, включающий в качестве чувствительной мембраны халькогенидное стекло, отличающийся тем, что халькогенидное стекло содержит в качестве потенциалопределяющего вещества иодид таллия в количестве 20-30 мол. %, в качестве ионно-электронного проводника селенид серебра в количестве 20-30 мол. %, а в качестве стеклообразователя селенид мышьяка в количестве 40-60 мол. %.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 11-20 из 59.
26.08.2017
№217.015.d89a

Охлаждающий комплекс каскадной холодильной установки

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к газовой промышленности, и может быть использовано для охлаждения любых газов. Охлаждающий комплекс каскадной холодильной установки содержит корпус с размещенными в нем двумя теплообменниками, основным и дополнительным с вихревым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622580
Дата охранного документа: 16.06.2017
26.08.2017
№217.015.dca9

Устройство для откачки изотопов водорода из вакуумного объема термоядерной установки

Изобретение относится к области физической химии, вакуумной технике, управляемого термоядерного синтеза и предназначено для поддержания требуемого вакуума в вакуумном объеме термоядерных установок и удаления из них остатков топлива: изотопов водорода дейтерия и трития, а также для откачки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624312
Дата охранного документа: 03.07.2017
26.08.2017
№217.015.dd1d

Способ синтеза слоя электроактивного вещества для электродов суперконденсаторов на основе нанокомпозита из металл-кислородных соединений кобальта и никеля

Изобретение относится к области производства электрохимических накопителей энергии, а именно суперконденсаторов, содержащих электроды, обладающие эффектом псевдоемкости. Техническим результатом заявленного изобретения является создание на основе металл-кислородных соединений кобальта(III) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624466
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.dd82

Способ получения фотокатализатора на основе полупроводниковой нано-гетероструктуры cds-wo3-tio2

Изобретение относится к способам получения тройных нано-гетероструктур из полупроводниковых материалов, характеризующихся различной шириной запрещенной зоны, и может быть использовано при разработке фотокатализаторов на основе нано-гетероструктурных материалов в фотоэлектрохимических и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624620
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.de5c

Способ выделения штаммов микроорганизмов-деструкторов нефти

Способ выделения микроорганизмов-деструкторов нефти содержит селекцию микроорганизмов-деструкторов с последующим их выделением в чистую культуру. Селекцию проводят с помощью мембранного фильтра, предварительно пропитанного нефтью, который погружают в очищаемую почву на глубину 5-10 см от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624667
Дата охранного документа: 05.07.2017
26.08.2017
№217.015.e0d1

Способ для определения границ рабочего диапазона импульсного генератора систем фазовой синхронизации и устройство для его реализации

Изобретение относится к области электротехники, в частности к радиоэлектронике, и может быть использовано в приемо-передающих устройствах и системах связи, измерительной аппаратуре для моделирования систем синхронизации импульсных генераторов и при проектировании различных типов систем фазовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625557
Дата охранного документа: 14.07.2017
26.08.2017
№217.015.ed0b

Способ получения наноразмерного высоколюминесцентного апатита с примесью европия (eu)

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано для получения надежного люминесцентного маркера в медицине и биологии. Сначала смешивают водные растворы, содержащие катионы Са и Eu, при контроле их концентрации и соотношении в растворе. В качестве источников катионов Са и Eu...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628610
Дата охранного документа: 21.08.2017
29.12.2017
№217.015.f9c8

Способ предоперационного планирования хирургической коррекции деформации стопы на уровне среднего отдела

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для предоперационного планирования хирургической коррекции деформации среднего отдела стопы. Получают рентгенограмму стопы с нагрузкой. Определяют по ней референтные линии и углы. Строят на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639430
Дата охранного документа: 21.12.2017
29.12.2017
№217.015.fbea

Способ спектрального определения микроэлементного состава вязких органических жидкостей

Способ спектрального определения микроэлементного состава вязких органических жидкостей заключается в том, что анализу подвергается малый объем пробы, который предварительно минерализуется под действием малого объема концентрированной азотной кислоты при нагревании. Пробоподготовка производится...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638586
Дата охранного документа: 14.12.2017
19.01.2018
№218.016.01f6

Устройство с многолучевым спектральным фильтром для обнаружения метана в атмосфере

Изобретение относится к области спектральных измерений и касается устройства с многолучевым спектральным фильтром для обнаружения метана в атмосфере. Устройство включает в себя размещенные в общем корпусе и оптически связанные излучатель расходящегося светового пучка со сплошным спектром,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629886
Дата охранного документа: 04.09.2017
Показаны записи 11-20 из 30.
26.08.2017
№217.015.d89a

Охлаждающий комплекс каскадной холодильной установки

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к газовой промышленности, и может быть использовано для охлаждения любых газов. Охлаждающий комплекс каскадной холодильной установки содержит корпус с размещенными в нем двумя теплообменниками, основным и дополнительным с вихревым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622580
Дата охранного документа: 16.06.2017
26.08.2017
№217.015.dca9

Устройство для откачки изотопов водорода из вакуумного объема термоядерной установки

Изобретение относится к области физической химии, вакуумной технике, управляемого термоядерного синтеза и предназначено для поддержания требуемого вакуума в вакуумном объеме термоядерных установок и удаления из них остатков топлива: изотопов водорода дейтерия и трития, а также для откачки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624312
Дата охранного документа: 03.07.2017
26.08.2017
№217.015.dd1d

Способ синтеза слоя электроактивного вещества для электродов суперконденсаторов на основе нанокомпозита из металл-кислородных соединений кобальта и никеля

Изобретение относится к области производства электрохимических накопителей энергии, а именно суперконденсаторов, содержащих электроды, обладающие эффектом псевдоемкости. Техническим результатом заявленного изобретения является создание на основе металл-кислородных соединений кобальта(III) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624466
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.dd82

Способ получения фотокатализатора на основе полупроводниковой нано-гетероструктуры cds-wo3-tio2

Изобретение относится к способам получения тройных нано-гетероструктур из полупроводниковых материалов, характеризующихся различной шириной запрещенной зоны, и может быть использовано при разработке фотокатализаторов на основе нано-гетероструктурных материалов в фотоэлектрохимических и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624620
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.de5c

Способ выделения штаммов микроорганизмов-деструкторов нефти

Способ выделения микроорганизмов-деструкторов нефти содержит селекцию микроорганизмов-деструкторов с последующим их выделением в чистую культуру. Селекцию проводят с помощью мембранного фильтра, предварительно пропитанного нефтью, который погружают в очищаемую почву на глубину 5-10 см от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624667
Дата охранного документа: 05.07.2017
26.08.2017
№217.015.e0d1

Способ для определения границ рабочего диапазона импульсного генератора систем фазовой синхронизации и устройство для его реализации

Изобретение относится к области электротехники, в частности к радиоэлектронике, и может быть использовано в приемо-передающих устройствах и системах связи, измерительной аппаратуре для моделирования систем синхронизации импульсных генераторов и при проектировании различных типов систем фазовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625557
Дата охранного документа: 14.07.2017
26.08.2017
№217.015.ed0b

Способ получения наноразмерного высоколюминесцентного апатита с примесью европия (eu)

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано для получения надежного люминесцентного маркера в медицине и биологии. Сначала смешивают водные растворы, содержащие катионы Са и Eu, при контроле их концентрации и соотношении в растворе. В качестве источников катионов Са и Eu...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628610
Дата охранного документа: 21.08.2017
29.12.2017
№217.015.f9c8

Способ предоперационного планирования хирургической коррекции деформации стопы на уровне среднего отдела

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для предоперационного планирования хирургической коррекции деформации среднего отдела стопы. Получают рентгенограмму стопы с нагрузкой. Определяют по ней референтные линии и углы. Строят на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639430
Дата охранного документа: 21.12.2017
29.12.2017
№217.015.fbea

Способ спектрального определения микроэлементного состава вязких органических жидкостей

Способ спектрального определения микроэлементного состава вязких органических жидкостей заключается в том, что анализу подвергается малый объем пробы, который предварительно минерализуется под действием малого объема концентрированной азотной кислоты при нагревании. Пробоподготовка производится...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638586
Дата охранного документа: 14.12.2017
19.01.2018
№218.016.01f6

Устройство с многолучевым спектральным фильтром для обнаружения метана в атмосфере

Изобретение относится к области спектральных измерений и касается устройства с многолучевым спектральным фильтром для обнаружения метана в атмосфере. Устройство включает в себя размещенные в общем корпусе и оптически связанные излучатель расходящегося светового пучка со сплошным спектром,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629886
Дата охранного документа: 04.09.2017
+ добавить свой РИД