Датчики на основе ионоселективных мембранных электродов для экспресс-анализа ионов щелочных и щелочноземельных металлов в природных водах и технологических растворах

• Автор: Закиров, Ринат Нургалиевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 189 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ, ПОЛУЧЕНИЕ И

СВОЙСТВА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Химические сенсоры (ХС)

1.2. Ионоселективные электроды - химические сенсоры

1.3 Актуальность разработки ИСЭ для экспресс-анализа

1.4 Применение сенсоров и ИСЭ

1.5. Направления исследования ИСЭ

1.6. Классификация ИСЭ

1.7. Потенциометрический метод химического контроля с использова-
нием ИСЭ
1.8. Стеклянный электрод
1.9. Достоинства и недостатки потенциометрии
1.10. Компоненты ионоселективных мембран
1.11. Явление разного сопротивления мембран
1.12. Требования к ионофорам
1.13. Механизм избирательной катионной проницаемости мембран
1.14. Ионофоры, используемые в ПВХ мембранах ИСЭ
1.14.1. Синтетические ионофоры для ИСЭ, основанных на макро- 44 циклических комплексонах
1.14.2. Синтетические ионофоры для ИСЭ, основанные на калик- 48 саренах
1.15. Ионоселективные полевые транзисторы
1.16. Выводы по обзору литературы
ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 5
2.1. Требования к электродам 5
2.2. Синтез ионофоров и приготовление ионоселективных мембран

2.2.1. Мембраны на основе краун-эфиров
2.2.2. Мембраны на основе каликсаренов
2.2.3. Мембраны на основе подандов
2.3. Изготовление ионоселективных электродов
2.4. Потенциометрические измерения
2.5. Методы определения коэффициентов чувствительности и селек-
тивности
ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
ИОНОСЕКТИВНЫХ МЕМБРАННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
3.1. Потенциометрические исследования электродов на основе краун-эфиров
3.2. Потенциометрические исследования электродов на основе каликсаренов
3.2.1 Потенциометрические исследования электродов с ПВХ мем-
бранами различного количественного содержания ионофора
3.2.2 Потенциометрические исследования электродов с ПВХ мембранами на основе различных каликсаренов
3.2.3 Исследование влияния ионов кальция
3.2.4 Исследование совместного влияния ионов кальция и магния
3.3. Потенциометрические исследования электродов на основе подандов
3.4. Сравнение характеристик и выбор перспективных электродов
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ РЕАЛЬНЫХ ВОДНЫХ СИСТЕМ И РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ
4.1 Исследование влияния природы анионов на работоспособность ИСЭ
4.2 Исследование влияния водородного показателя раствора
4.3 Исследование влияния многозарядных ионов
4.4 Восстановление отравленных многозарядными ионами мембран
4.5 Исследование влияния ионов тяжёлых металлов

4.6 Исследование работоспособности электродов во времени
4.7 Исследование времени отклика электродов
4.8 Определение концентрации натрия в природных и технологических растворах
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Зависимость ЭДС ИСЭ с ПВХ мембранами от концен-
трации растворов
Приложение 2. Зависимость ЭДС ИСЭ на основе каликсаренов К8 и
К9 от концентрации растворов Приложение 3. Требования к ИСЭ для определения концентрации но-
нов Na и жёсткости в растворах

1.10. Компоненты ионоселективных мембран
Для определения ионов щелочных и щелочноземельных металлов наиболее хорошие результаты достигнуты в направлении разработки ИСЭ с ПВХ мембранами. Имеется ряд патентов на конструкцию хемосенсоров этого типа, а также на состав мембран для них. Подобная мембрана представляет собой пленку пластифицированного полимера (матрица) с внедренным в неё ионофо-ром (вещество, способное избирательно транспортировать через мембрану ионы определенного вида). В качестве полимерной матрицы применяется поливинилхлорид (ПВХ). Часто также применяется добавка солей Иа+ и К+ с липо-фильными анионами, служащая для повышения чувствительности мембраны (в результате повышения её электропроводности).
Мембранно-активные, экстракционные и другие, используемые в химическом анализе и технологии свойства краун-эфиров и каликсаренов, обусловлены их способностью вследствие ион-дипольного взаимодействия образовывать комплексы с ионами щелочных и некоторых других металлов и переносить связанный катион через разнообразные биологические и искусственные мембраны.
Благодаря высокой избирательности комплексообразования с катионами металлов краун-эфиры и каликсарены являются перспективными ионофорами ИСЭ. Особой селективностью в сравнении с традиционными краун-эфирами обладают криптанды и бициклические краун-эфиры. Последние структурно подготовлены к формированию комплексов сэндвичевого типа [7].
Селективность комплексообразования краун-эфиров и каликсаренов с катионами металлов (щелочных и щелочноземельных) определяется многими факторами, из которых весьма существенны соответствие размеров внутримолекулярной полости и катиона, природа связывающих центров и топология макроциклического лиганда. Более высокая катионная избирательность объясняется их структурной подготовленностью к образованию внутримолекулярных сэндвичеподобных комплексов. Порядок катионной селективности определяется размером полиэфирных циклов и природой связывающей их цепочки.