Ca-селективный сенсор на основе ионоселективного полевого транзистора с фотополимеризуемой мембраной : Влияние процесса фотополимеризации на химико-аналитические свойства сенсора

• Автор: Левичев, Сергей Станиславович
• Шифр специальности: 02.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 143 с.

Оглавление:
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Традиционные потенциометрические ионоселективные электроды (ИСЭ)
1.1.1. Механизм работы ИСЭ
1.1.2. Характеристики кальций селективных ИСЭ
1.2. Ионоселективные полевые транзисторы
1.2.1. Механизм работы ИСПТ
1.2.2. Химические сенсоры на основе ИСПТ
1.3. Полимерные соединения, применяемые для ионоселективных сенсоров
1.3.1. Гелеобразование и совместимость полимерных матриц с пластификаторами
1.3.2. Влияние полимерной матрицы и метода формирования ионоселективной мембраны на свойства сенсоров
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1 Используемые реактивы
2.1.1. Полимеризационноспособные мономерные и олигомерные соединения
2.1.2. Ионообменник и пластификаторы
2.1.5. Инициаторы свободнорадикальной полимеризации
2.2 Методики изготовления и исследования мембран химических сенсоров
2.2.1. Сенсоры на основе поливинилхлоридных (ПВХ) мембран
2.2.3. Определение распределения компонентов в мембране
2.2.4. Определение степени конверсии двойных связей в мембране
2.2.5. Исследование совместимости полимерных матриц и пластификатора
2.2.6. Нанесение фотополимеризуемых мембран на кристаллы ИСПТ
2.3. Методы исследования свойств сенсоров
2.3.1. Методика определения химико-аналитических параметров ионоселективных электродов с ПВХ и ФПК мембранами
2.3.2. Определение физико-химических и аналитических характеристик сенсоров на основе ИСПТ

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Глава 3 Исследование совместимости и процесса фотополимеризации в системе пластификатор-полимерная матрица
3.1. Выбор оптимальной мембранной композиции
3.2. Влияние пластификаторов на процесс полимеризации
Глава 4 Исследование аналитических параметров ионоселективных
электродов (ИСЭ)
4.1. ИСЭ на основе ПВХ матрицы
4.2. ИСЭ на основе фопополимеризуемых матриц
4.2.1. Влияние фотоинициирующих добавок и процесса фотополимеризации
4.2.2. Выбор оптимальной концентрации ионообменника
4.2.3. Исследование степени полимеризации и изменения состава мембран со временем
4.2.4. Влияние различных полимерных матриц на параметры сенсоров
4.3. Исследование сопротивления мембран на основе различных полимерных матриц
4.4. ИСЭ с сополимеризуемыми пластификаторами
Глава 5 Исследование аналитических параметров сенсоров на основе
ионоселективных полевых транзисторов (ИСПТ)
5.1. Выбор базовых ИСПТ для нанесения полимерных мембран
5.2. Исследование физико-химических и аналитических параметров различных pH-ИСПТ
5.3. ИСПТ с мембранами на основе ПВХ
5.4. Са-ИСПТ с мембранами на основе фотополимеризующейся композиции
5.4.1 Аналитические параметры Са-ИСПТ
5.4.2 Особенности Физико-химических и аналитических свойств Са-ИСПТ с фотополимеризуемыми мембранами
Основные выводы
Список цитируемой литературы

Введение.
Потенциометрические методы анализа различных сред широко применяются несколько последних десятилетий. Большое количество работ в периодических изданиях и более 25 монографий посвящено исследованию теоретических основ функционирования и методам практического применения потенциометрических сенсоров. Можно перечислить некоторые из них [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]. Распространению потенциометрического анализа способствовали ряд его преимуществ перед другими методами анализа, к которым можно отнести следующие факторы:
Широкий диапазон определяемых концентраций, охватывающий для некоторых ионов, в частности ионов водорода, концентрации от 10 М до 10'14 М, что позволяет проводить анализ объектов без предварительного концентрирования и минимальной пробоподготовке.
Возможность определения именно активности ионов в растворах, а не только концентрации, что делает особенно перспективным применение потенциометрических сенсоров в медицинских и биологических исследованиях.
Недорогое и компактное аппаратурное оформление, а также легкость автоматизации процесса анализа в различных технологических процессах.
К недостаткам метода можно отнести:
Сравнительно невысокую инструментальную чувствительность (20-бОмв/рИон) и точность определения (1%-5%).
Повышенную чувствительность к фоновым компонентам анализируемого образца, что требует разработки специальных методик, обеспечивающих получение правильных результатов.
Недостаточную селективность некоторых сенсоров для их непосредственного применения при анализе образцов, содержащих большие количества мешающих ионов.
Необходимость периодической калибровки сенсоров, что, помимо усложнения анализа, ставит вопрос о составе и стандартизации калибровочных растворов.
Развитие потенциометрического анализа происходит неравномерно, и связано с потребностями аналитической химии. Условно, историю создания химических сенсоров можно разбить на три этапа [9, 10].

зависимостью скорости инициирования от толщины слоя. При изучении процесса фотоотверждения в массе поливиниловых соединении в слоях больше 10 мкм. установлено, что фотополимеризация протекает послойно. Нужно отметить, что исследованные ионоселективные ФПК мембраны имеют толщину порядка 20-500 мкм, и, следовательно, для них осуществляется послойный механизм формирования полимера. Характер послойной фотополимеризации и ограниченные возможности получения полимерных слоев толщиной более 3-4мм. объясняются наличием поглощающей способности системы в области светочувствительности композиции, в результате чего все инициирующее излучение поглощается и полимеризации более глубоких областей не происходит.
Очевидно, что различие в скорости фотополимеризации на разной глубине слоя должно привести к различию в степени превращения полимера. Ранее предполагалось, что при УФ-облучении предельная глубина превращения достигается одинаковой по всей толщине заполимеризованного слоя, и что полимеризация развивается до предельного значения непосредственно на границе раздела полимер-мономер [121,122 ].
ИК-спектры, полученные с использованием метода многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО), композиции показали большое различие в степенях превращения между верхним и нижним поверхностными слоями полимеров[123,124]. Это различие, свидетельствует также о том, что предельная глубина полимеризации неравномерна по всей толщине заполимеризованного слоя. Увеличение времени УФ-облучения приводит к тому, что наряду с повышением глубины отверждения происходит одновременное выравнивание степени полимеризации по толщине полимерного слоя [125]. При достижении предельной глубины превращения, равной 80%-90%, дальнейший процесс фотополимеризации системы полностью прекращается. Это обусловлено замедлением диффузионной подвижности метакрилатных групп, пришитых к полимерной сетке в процессе образования трехмерной полимерной структуры [126]. Таким образом, важной особенностью послойного структурирования полимеров является наличие градиента степени превращения по всей толщине отверждаемого слоя.
Если говорить о том, как это явление может сказаться на ИСЭ с ФПК мембранами, то можно отметить следующее. Термодинамическая совместимость