Твердоконтактные потенциометрические сенсоры, селективные к поверхностно-активным веществам

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

На состояние окружающей среды отрицательно влияет широкое использование синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ). Надежный мониторинг этих веществ затруднен из-за многообразия типов ПАВ и области концентраций, подлежащих измерению: от следов в бытовых стоках до десятков процентов в промышленных сточных водах.

Потенциометрия с селективными электродами (сенсорами) является перспективным методом определения ПАВ. Одна из основных задач потенциометрии в указанной области - разработка новых и усовершенствование уже известных сенсорных систем.

Для целей определения ПАВ предложены селективные электроды с жидкостным заполнением. В силу своих конструктивных особенностей такие электроды не применимы для определения ПАВ в сточных водах без пробоотбора. Твердоконтактные электроды удобны в эксплуатации, могут быть использованы для непрерывного контроля за содержанием ПАВ различных типов в технологических процессах, объектах окружающей среды.

Проблема создания твердоконтактных потенциометрических сенсоров для целей экспрессного, селективного определения ПАВ различных типов в объектах, содержащих органические и неорганические вещества, является сложной и актуальной.

К началу настоящего исследования имелись лишь отдельные публикации по применению твердоконтактных электродов типа "покрытой проволоки" (coated wire) для потенциометрического титрования ПАВ, в которых решались частные задачи. Не был проведен обоснованный выбор электронных проводников, компонентов мембран и их соотношения, не исследовано влияние конструкций сенсоров на их характеристики. Эта задача может быть решена при всестороннем изучении электрохимических свойств сенсоров, привлечении новых методов исследования.

Цель настоящего исследования заключалась в разработке твердоконтактных потенциометрических сенсоров, селективных к анионным, катионным и неионным поверхностно-активным веществам.

В связи с поставленной целью в работе необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести выбор электрохимических систем и состава активных материалов твердоконтактных ПАВ-селективных сенсоров (природа электронных проводников, электродно-активных соединений, соотношение компонентов мембран).

2. Изучить физико-химические свойства электродно-активных соединений и особенности переноса заряда через границы раздела фаз и в фазе мембраны.

3. Определить основные электрохимические характеристики ПАВ-сенсоров и оценить их аналитические возможности.

4. Разработать твердоконтактные потенциометрические сенсоры, селективные к анионным, катионным и неионным поверхностно-активным веществам.

Научная новизна.

Предложены новые электрохимические системы, включающие модифицированные твердоконтактные ПАВ-электроды. Показано, что их электрохимические свойства определяются природой электронных проводников, электродно-активных соединений (ЭАС), составом и соотношением компонентов мембран. Установлены преимущества электродов с графитовым токоотводом.

Исследованы некоторые закономерности процессов переноса заряда на фазовых границах твердоконтактных ПАВ-селективных сенсоров:

- на основании совокупности данных, полученных методами

электропроводности, ЭДС и вольтамперометрии, сделано заключение об основных переносчиках заряда в мембранах и показана обратимость процессов на границе раздела фаз мембрана-раствор;

- выявлена роль графитового токоотвода и доказано проникновение пластификатора в структуру графита, что способствует стабилизации потенциала и длительности службы ПАВ-сенсоров;

- на основании определения температурных коэффициентов и их разности показана обратимость процессов в твердоконтактных ПАВ-сенсорах с графитовым токоотводом.

Разработаны твердоконтактные потенциометрические сенсоры, селективные к ионным и неионным поверхностно-активным веществам.

Практическая значимость.

Предложены твердоконтактные ПАВ-селективные сенсоры с оптимальными электрохимическими и аналитическими характеристиками.

Показана возможность практического использования ПАВ-сенсоров для определения индивидуальных ПАВ различных типов, суммарного содержания анионных, неионных ПАВ в сточных водах, раздельного определения АПАВ и НПАВ при совместном присутствии.