Тема: МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ГРАФИТОВОГО ЭЛЕКТРОДА РТУТЬЮ, ИНКАПСУЛИРОВАННОЙ ИОНОПРОВОДЯЩИМИ ПОЛИМЕРАМИ ДЛЯ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Актуальность темы. Одновременное определение нескольких элементов на стационарных электродах в методе инверсионной вольтамперометрии (ИВА) - сложная аналитическая задача. Метрологические и аналитические характеристики вольтамперометрических методов, селективность аналитических сигналов элементов в первую очередь определяются типом используемых электродных систем и природой материала электрода.
Модифицирование поверхности электродов ртутью позволяет во многом уменьшить или исключить взаимное влияние одновременно осаждаемых металлов, поэтому пленочные ртутные электроды с подложками из благородных металлов или углеродных материалов нашли широкое применение в аналитических лабораториях для определения ионов металлов, а также органических веществ. Однако, недостаточно воспроизводимые условия формирования пленочных покрытий на неоднородной поверхности подложки, их неустойчивость и изменение аналитических характеристик в процессе измерения, недолговечность подложки, взаимное влияние компонентов затрудняют проведение анализа. Кроме того, наблюдается тенденция к снижению или отказу использования ртути в современных методах анализа.
Перспективным материалом для формирования электродных систем являются полимерные электролиты (ПЭ), которые позволяют улучшать разрешающую способность метода ИВА и устойчивость аналитического сигнала к мешающим компонентам пробы. Сдерживает применение ПЭ в аналитической практике высокая стоимость применяемых материалов и технологическая сложность получения полимерной проводящей пленки. Поэтому разработка недорогих и простых по технологии изготовления электродов, сочетающих в себе достоинства ПЭ и ртутных электродов, является актуальной задачей.
Цель работы: разработка новых сенсорных систем на основе ионопроводящих полимерных композиций модифицированных солями ртути для вольтамперометрического анализа, изучение их электрохимических свойств и основных закономерностей формирования аналитического сигнала.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. оценить факторы, влияющие на аналитические сигналы кадмия, свинца и меди при использовании ртутьсодержащих полимер-графитовых электродов;
2. оптимизировать состав полимерной композиции с целью создания электрода для определения тяжелых металлов;
3. изучить механизм процессов восстановления и растворения, выделившихся на электроде осадков, на примере свинца, кадмия, меди;
4. провести апробацию разработанных электродов при анализе реальных объектов на содержание кадмия, свинца и меди методом ИВА;
5. разработать способ модифицирования графитовых электродов (ГЭ) ртутьсодержащей полимерной композицией для вольтамперометрического определения анионов и провести апробацию на примере селена
Научная новизна:
1. Предложен новый вариант модифицирования графитовых электродов ртутью, инкапсулированной ионопроводящими акриловыми сополимерами, заключающийся в коагуляции полимерной композиции в водном растворе.
2. Установлены закономерности влияния состава раствора полимерной композиции и способа модификации графитового электрода на аналитические сигналы кадмия, свинца и меди.
3. Предложен новый способ формирования РГЭ электрода, основанный на локализации на поверхности ГЭ ртути из водорастворимой полимерной композиции.
Практическая значимость результатов. Разработан новый способ получения графитовых электродов, модифицированных полимерными ртутьсодержащими электролитами, отличительными особенностями которого являются:
- исключение использования металлической ртути в анализе;
- простой и нетрудоемкий способ изготовления электрода (2-3 минуты);
- жесткое закрепление ртутных центров на поверхности графита и изоляция их от окружающей среды;
- низкая стоимость модификации электрода;
- чувствительность разработанного электрода сопоставима с ртутнографитовым электродом (РГЭ) при одинаковой площади поверхности электрода.
Разработан состав водорастворимого полимерного раствора и условия формирования РГЭ на его основе. Данный электрод апробирован для определения селена методом катодной вольтамперометрии
На защиту выносятся:
1. метод формирования мембранных ионопроводящих пленок на поверхности графита, полученных коагуляцией раствора полимера;
2. возможный механизм формирования системы
ультромикроэлектродов на границе фаз графит-полимер;
3. оптимизированные условия и состав полимерного раствора для модификации графитового электрода ионопроводящей полимерной ртутьсодержащей пленкой;
4. способ формирования РГЭ для определения селена с использованием водорастворимого композита.
Апробация работы: Основные результаты работы были доложены на: Российской молодежной научно-практической конференции «Получение и свойства веществ и полифункциональных материалов, диагностика, технологический менеджмент» (Томск, 2004), Всероссийской научной конференции с международным участием «Электроаналитика 2005» (Екатеринбург, 2005), Международной научно-практической конференции «Экология, природопользование, охрана окружающей среды: фундаментальные и прикладные аспекты» (Томск, 2005), Международной научной конференции «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий» (Томск, 2006), Общероссийской с международным участием конференции «Полифункциональные химические материалы и технологии» (Томск, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2009), Всероссийской конференции «Аналитика России» (Краснодар, 2009), Симпозиуме «Теория и практика электроаналитической химии». (Томск, 2010), VI конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново, 2011).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 работ в виде статей, тезисов докладов и материалов конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (149 наименований) и приложения. Работа изложена на 132 страницах, проиллюстрирована 7 таблицами, 51 рисунками
Купить

1. Предложен новый способ модификации графитового электрода полимерной мембранной пленкой на основе акрилового полиэлектролита, содержащего ионы ртути. Полимерная пленка образуется непосредственно на торцевой части ГЭ в результате коагуляции раствора полимера в водном фоновом электролите.
2. Предложен возможный механизм электровосстановления ТФА1 Ig, заключающийся в выходе ионов ртути, ориентированных по карбоксильным группам в сополимере, из матрицы полимера и восстановлении ионов Hg2+ до атомарного состояния на границе раздела фаз полимер/графит.
3. Методом хроноамперометрии определены коэффициенты диффузии ионов металлов в полимерной пленке, полученной методом капельного испарения и коагуляцией раствора полимера. Характер распределения в полимерной пленке совпадает с литературными данными по коэффициентам диффузии в ртути. Заниженные значения коэффициента диффузии в полимере по сравнению с ртутью обусловлены пространственными затруднениями, возникающими при движении в порах полимерной пленки.
4. Установлены оптимальные условия получения РЗГПЭ: ММА:МАК 6:1, содержание 'TPAIIg 0,1 моль/кг, вязкость 200 мПа.см, коагуляция в цитратном буферном растворе рН 3,0, ИГЭ в качестве подожки, отношение объема раствора (мкл) полимера к площади (мм2) подложки 2:1.
5. Выбраны оптимальные условия процесса электроокисления- восстановления Cd, Pb, Cu на РЗГПЭ: фоновый электролит - 0,1 МNa3C6H5O7+0.1 MHClрН 3,0, Еэ=1,4 В, t3=20-180.
6. Разработан новый способ формирования РГЭ с использованием водорастворимого полимерного композита. Данный электрод апробирован на примере определения содержания селена в БАДах.

Купить