Твердоконтактные потенциометрические сенсоры, селективные к поверхностно-активным веществам

Концентрационная зависимость потенциала потенциометрических сенсоров формируется процессами, происходящими на границе раздела фаз мембрана-раствор. Экспериментально установлено, что величины мембранных потенциалов электродов, свежеприготовленных и кондиционированных в растворах ПАВ, различны. Возникновение мембранного потенциала сенсоров на ионогенные ПАВ связано с ионообменными процессами на границе раздела мембрана-раствор и зависимость Е = f (-lg С) описывается уравнением Нернста.

Стационарное значение потенциала на границе раздела мембрана раствор возможно только при установлении динамического равновесия. Для мембран на основе ЦП-ДДС и МЗ-ДДС характерны как анионная, так и катионная функции. На основании полученных зависимостей были рассчитаны константы мембранного равновесия и растворимость дибутилфталатного раствора ионных ассоциатов в водной среде (ЦП-ДДС: Кр = 2.141011, Р = 2,5510-9; МЗ-ДДС: K = 7,129, Р = 5,29-10). Полученные данные объясняют факт более низкого предела обнаружения ионных ПАВ для сенсоров на основе ионного ассоциата цетилпиридиний-додецилсульфат.

Исследование транспортных процессов проводилось методами электропроводности, ЭДС, вольтамперометрии.

Для получения данных о природе носителей заряда и определения чисел переноса ионов в фазе мембраны был использован метод электродвижущих сил. Числа переноса оказались равными: 1,ддс = 0,94±0,02, п = 0,80+0,03 (ЭАС - ЦП-ДДС); 1; ддс = 0,84±0,03, M3 = 0,71 ±0,04 (ЭАС - МЗ-ДДС). Результаты определения чисел переноса показывают, что основными переносчиками электричества в исследуемой системе являются ионы ДДС" и ЦП+ (М3+).

Зависимость электропроводности свежеприготовленных мембран на основе ЦП-ДДС и МЗ-ДДС от времени контакта с растворами ДДС, ЦПХ различных концентраций определялась методом Эксфельда-Перли. Показано, что электропроводность мембран изменяется в течение первых двух - трех суток, а затем достигает стационарного значения. С ростом концентрации контактирующих с мембранами растворов происходит увеличение стационарных значений электропроводности мембран, что, по-видимому, связано с увеличением количества поглощенных мембраной ионов и, следовательно, увеличением концентрации подвижных носителей заряда в фазе мембраны.

Аналогичные зависимости характерны для мембран на основе ЦП-ДДС в растворах цетилпиридиния хлористого.

При исследовании транспортных процессов в сенсорах на ионные ПАВ под током (I = 2-25 мкА) оценивалось падение напряжения, сопротивление мембран (с различным содержанием ЭАС), контактирующих с растворами TOC и ЦПХ (С =10Б - 102 М), в качестве примера представлены зависимости потенциал-время для мембран на основе ЦП-ДДС.

Установлено, что постоянные значения потенциала для мембран на основе ЦП-ДДС устанавливаются через 1-1,5 часа после начала пропускания тока через ячейку, при смене полярности. Это свидетельствует о том, что происходит обратимый ионный обмен между ДДС мембраны и ДДС контактирующего раствора. Аналогичные зависимости получены в растворах цетилпиридиния хлористого. Мембраны на основе МЗ-ДДС под действием приложенного напряжения практически полностью обесцвечиваются. Зависимость стационарного потенциала от заданного тока для всех исследуемых мембран носит линейный характер. Величины сопротивлений мембран, полученные двумя методами (электропроводности и вольтамперометрии), полностью совпадают.

Скорости переноса ДДС-ионов через мембраны различного состава под действием постоянного электрического тока оказались равными (1,17±0,16)10-5 и (1,50±0,11)-10 в моль/л-ч соответственно для мембран с ЭАС и фоновых.

Процессы на границе электронный проводник-мембрана. Полученные экспериментальные данные по твердоконтактным ПАВ-селективным сенсорам показали преимущества графита, как электронного проводника (длительный срок службы, малый дрейф потенциала, низкий предел обнаружения ПАВ).

В работах Тарасевича М.Р. с соавторами отмечается, что для реальных структур графита характерно наличие дефектов разных типов и пористости. На поверхности углерода происходит адсорбция воды, кислорода; при восстановлении молекулярного кислорода углерод заряжается положительно и способен притягивать анионы.