Электрохимические сенсоры на основе полупроводниковых материалов в анализе объектов окружающей среды

• Автор: Бурахта, Вера Алексеевна
• Шифр специальности: 02.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Уральск
• Количество страниц: 324 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Современное состояние и перспективы развития химических сенсоров в анализе объектов окружающей среды.

1.1. Электрохимические методы для решения экологоаналитических задач .

1.2. Развитие потенциометрических методов анализа объектов окружающей среды.

1.2.1. Использование твердофазных ионселективных электродов в экологических исследованиях

1.2.2. Применение жидкостных мембранных электродов в анализе природных объектов

1.3. Полупроводниковые сенсоры для экологического контроля . .

1.3.1. Полупроводниковые газовые сенсоры для контроля состава окружающей среды.

1.3.2. Полупроводниковые сенсоры для анализа жидких сред и особенности их функционирования
1.3.3. Полупроводниковые соединения типа АШВЧ в качестве сенсорных материалов для новых электрохимических сенсоров .
1.4. Влияние модифицирования поверхности на основные характеристики электродов
1.5. Выводы из литерагурного обзора и задачи исследования
Глава 2. Природные объекты исследования. Технологии изготовления сенсоров на основе полупроводниковых материалов. Измерительная аппаратура.
2.1. Природные объекты исследования
2.2. Конструкция сенсоров на основе полупроводниковых материалов типа АШВУ и элементов IV группы периодической системы. Приборы и оборудование.
2.3. Рабочие растворы, титранты, растворители
Глава 3. Исследование функций сенсоров на основе
полупроводниковых материалов в растворах солей металлов, галогенидов, ссрусодержащих соединений, при изменении
3.1. рНчувствительность сенсоров на основе полупроводниковых материалов
3.2. Поведение сенсоров на основе полупроводниковых материалов в растворах солей серебра I, меди П, свинца П, кадмия П.
3.3. Функции полупроводниковых сенсоров в растворах галогенидов и серусодержаших соединений.
3.4. Влияние модифицирования поверхности полупроводниковых сенсоров на их основные характеристики.
Глава 4. Химические сенсоры на основе полупроводниковых материалов для определения токсичных ссрусодержащих соединений
4.1. Определение серусодержащих соединений в объектах окружающей среды
4.2. Применение ионселективных и полупроводниковых элек тродов для определения серусодержащих соединений в
газоконденсатах.
4.2.1. Потенциометрическое титрование сульфидов с электродами на основе полупроводниковых материалов.
4.2.2. Потенциометрическое титрование меркаптанов в газоконденсатах с халькогенидными и полупроводниковыми электродами .
4.2.3. Титрование меркаптанов с использованием полностью твердофазных ячеек
4.2.4. Окислительновосстановительное определение сульфидов в конденсате титрованием с полупроводниковыми электродами.
Глава 5. Применение полупроводниковых сенсоров для анализа природных и пластовых вод, почв.
5.1. Краткий обзор методов определения хлоридов, сульфатов, , карбонатов, гидрокарбонатов в природных водах и почвах. Потенциометрия в определении главных анионов
5.2. Электроды на основе полупроводниковых материалов для осадительного, комплексонометрического, окислительновосстановительного, кислотноосновного титрования
5.2.1. Лргентометрическое титрование хлоридов.
5.2.2. Комплексонометрическое титрование
5.2.3. Окислительновосстановительное титрование
5.3. Потенциометрическое определение кислых компонентов,
хлоридов, сульфатов, окисляемости в природных объектах.
5.3.1. Определение кислых компонентов в пластовых водах
5.3.2. Лргентометрическое определение хлоридов в пластовых и
природных водах, почвах
5.3.3. Потенциометрическое определение сульфатов в водах и
почвах.
5.3.4. Определение окисляемости в природных водах
5.3.5 Определение , гидрокарбонатов, боратов, хлоридов, сульфатов, окисляемости в природных водах с использованием полупроводникового электрода из антимонида галлия
Глава 6. Электроды на основе полупроводниковых материалов в анализе пестицидов.
6.1. Проблема саранчовых в Казахстане и экологические аспекты применения пестицидов.
6.2. Методы анализа пестицидов.
6.2.1. Методы анализа синтетических пиретроидов и дитиокарбаматсодержащих пестицидов
6.2.2. Потенциометрическое титрование дитиокарбаматов
с модифицированными и модифицированными
электродами
6.3. Определение действующих веществ в рабочих растворах пестицидов
6.3.1. Потенциометрическое определение дитиокарбаматсодержащих пестицидов
6.3.2. Определение пиретроидов потенциометрическим
титрованием.
Глава 7. Аналитическое применение сенсоров на основе полупроводниковых материалов для оценки загрязнения
объектов окружающей среды
7.1. Оценка химического загрязнения почв.
7.2. Оценка за1рязненности природных вод.
Выводы.
Библиографический список использованной литературы
Приложения.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Разработаны и широко используются ИСЭ для прямого определения катионов К, Иа, Са2, М2, Си2, РЬ2, Сс, анионов С Г, Г, В г, Р,
СГ, 8СЫ, ИОз, , Б, СЮ4, позволяющие определять их содержание в концентрационном диапазоне КГЮ7 мольл 1. Контроль с помощью ИСЭ отличается экспрессностью, простотой и большими возможностями проведения непрерывных измерений. Использование прямых потенциометрических методов анализа, таких как потенциометрическое титрование, метод стандартных добавок, метод многократных добавок по Грану 2 с применением ИСЭ позволяет увеличить спектр определяемых компонентов, расширить возможности ионометрического анализа и области применимости электродов в различных исследуемых объектах 3. Среди большого числа ИСЭ прочное место занимают электроды с твердыми мембранами полностью твердофазные, поскольку они обладают стабильностью рабочих характеристик, длительным сроком службы. На основе сульфида серебра, являющегося универсальной матрицей для твердофазных электродов изза малой растворимости, низкого электрического сопротивления, устойчивости к окислителям и восстановителям, разработаны и серийно выпускаются ионселективные электроды. I и другие, которые получили широкое применение в анализе вод, почв, растительной продукции, пищевых продуктах 4. Среди твердотельных потенциометрических сенсоров для анализа объектов окружающей среды большой интерес представляю ионселективные электроды на основе халькогенидных стекол. В течение двадцати лет в лаборатории химических сенсоров СанктПетербургского университета синтезированы и исследованы более стеклообразных и стеклокристаллических композиций, используемые в качестве сенсорных материалов для определения неорганических компонентов водных растворов 2 2, 2 3 3, 2 , 2 . Главными преимуществами электродов на основе халькогенидных стекол по сравнению с кристаллическими являются высокая химическая стабильность, воспроизводимость электрохимических характеристик, устойчивость в агрессивных средах 7. Халькогенидные стеклянные сенсоры успешно используются для лабораторного и промышленного анализа, а также для контроля загрязнения природных вод. Так, медьселективный халькогенидный стеклянный электрод с мембраной из был применен для контроля содержания меди в природных водах, а также в сточных водах различных промышленных производств 8, при этом электроды продемонстрировали высокую устойчивость в условиях кислотности среды и температуры С. Кадмий и свинецселективные электроды с мембранами и соответственно 9 также хорошо зарекомендовали себя как в кислой , так и в щелочной среде до при контроле очистки промышленных сточных вод. На примере воды реки Невы оценены концентрации ионов меди, свинца, кадмия в природных водах на уровне предела обнаружения соответствующих сенсоров мкгл, показана возможность анализа сложных водных сред i i, в том числе в мониторинговом режиме 1. VI порядка 5 мкгл в присутствии меди, железа, свинца, кадмия в сточных водах машиностроительных предприятий, технологических растворах при утилизации радиоактивных отходов с использованием разработанного хромселективного стеклянного электрода с мембраной из хромселективного стекла 8. СГ, 4 в модельных растворах 2. Создание мультисенсорной системы позволяет определять концентрации всех перечисленных компонентов и рассматривается как прототип устройства типа электронный язык, равного по своим возможностям органам человека. Сенсорная система электронный язык, объединяющая массив слабоселективных сенсоров с высокой перекрестной чувствительностью, дает возможность проведения многокомпонентного количественного анализа сложных жидкостей, например, пищевых продуктов фрукты, мясо, рыба 3, растительных масел 4, технологических растворов электролитов 5. Разработке новых электродов с твердыми мембранами для мониторинга загрязнений окружающей среды тяжелыми металлами посвящены работы Великановой Т. В. с сотрудниками 6,7. На основе мисфитного соединения РЬБюТ изготовлен РЬселективный электрод 6, обладающий крутизной электродной функции мВрС и позволяющий определять концентрацию свинца в диапазоне 5 2 М в различных объектах, содержащих I, СиИ, 7пИ, СоИ, 1.