Исследование электрохимического поведения ниобатов стронция, допированных тяжёлыми металлами
Кадникова Е.Н.,1 Юровская Н.Л.2
1Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России б.Н. Ельцина,
Екатеринбург, Россия.
Студент IV курса.
Anatoliy.Podkorytov@usu.ru
2Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России б.Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия. Студент IV курса.
Научный руководитель: Подкорытов А.Л., Штин С.А.
Одной из важнейших задач современной аналитической химии является количественное определение тяжелых металлов в различных объектах окружающей среды. Для контроля их содержания необходимы точные, чувствительные и экспрессные методы анализа. Одним из таких методов является потенциометрия с использованием ионоселективных электродов. На основе сложнооксидных соединений – Sr4-хCdхNb2O9, (х = 0,1; 0,3; 0,5; 0,7) и Sr4Cu2Nb2O11, Sr3CuNb2O9 изготовлены и апробированы в ионометрии пленочные электроды с твердым контактом (инертные матрицы – полистирол, полиметилметакрилат, поливинилхлорид). В работе изучены основные характеристики ИСЭ: область линейности, крутизна основной электродной функции, рабочая область pH и воспроизводимость этих характеристик (табл. 1, 2).
Таблица 1. Электрохимические характеристики ИСЭ
Состав мембраны |
Матрица |
Область линейно- сти моль/л |
Крутизна мВ/рМе |
Рабочая область рН |
Коэффициенты селективности |
|||
K+ |
Zn2+ |
Ni2+ |
Cd2+ |
|||||
Sr4Cu2Nb2O11 |
ПС* |
10-5 - 10-1 |
-32,7 |
1,6-4,5 |
0,020 |
0,052 |
0,050 |
0,043 |
|
ПС |
10-4 - 10-1 |
-30,8 |
1,6-4,5 |
0,011 |
0,112 |
0,076 |
0,017 |
|
ПММА* |
10-7 - 10-1 |
-38,2 |
3,9-5,0 |
0,012 |
0,113 |
0,724 |
0,271 |
|
ПММА |
10-4 - 10-1 |
-29,5 |
3,9-5,0 |
7,9*10-5 |
0,020 |
0,036 |
0,020 |
|
ПВХ |
10-4 - 10-1 |
-30,0 |
3,9-5,3 |
7,5*10-6 |
0,017 |
0,032 |
0,023 |
Sr3CuNb2O9 |
ПВХ |
10-4 - 10-1 |
-21,3 |
2,0-4,9 |
0,813 |
0,056 |
0,056 |
0,260 |
*новая конструкция ИСЭ
Таблица 2. Воспроизводимость электрохимических характеристик ИСЭ
Состав мембраны |
Матрица |
Результаты |
|||
Весна 2011 |
Осень 2011 |
Весна 2011 |
Осень 2011 |
||
Область линейности, моль/л |
Крутизна электродной функции, мВ/рМе |
||||
Sr3,9Cd0,1Nb2O9 |
ПВХ |
10-4 – 10-1 |
10-6 – 10-1 |
-12,6 |
-14,1 |
Sr3,9Cd0,1Nb2O9 |
ПММА |
10-4 – 10-1 |
10-3 – 10-1 |
-14,2 |
-15,5 |
Sr3,7Cd0,3Nb2O9 |
ПВХ |
10-4 – 10-1 |
10-5 – 10-1 |
-12,1 |
-16,9 |
Sr3,5Cd0,5Nb2O9 |
ПВХ |
10-4 – 10-1 |
10-6 – 10-1 |
-15,8 |
-28,7 |
Sr3,3Cd0,7Nb2O9 |
ПВХ |
10-4 – 10-1 |
10-5 – 10-1 |
-17,7 |
-24,6 |
Sr4Cu2Nb2O11 |
ПС |
10-4 – 10-1 |
10-4 – 10-1 |
-30,8 |
-21,2 |
Sr4Cu2Nb2O11 |
ПВХ |
10-4 – 10-1 |
10-4 – 10-1 |
-30,0 |
-33,2 |
Sr4Cu2Nb2O11 |
ПММА |
10-4 – 10-1 |
10-4 – 10-1 |
-29,5 |
-29,9 |
Время отклика всех изученных электродов составило от 2 до 5 минут. Для Сu-СЭ электродов проведено комплексонометрическое титрование с потенциометрической индикацией конечной точки титрования. Установлено, что погрешность определения меди не превышает 10 %. Определению не мешают ионы никеля, кадмия, цинка, натрия и калия с концентрацией до 10-2 моль/л. При внесении некоторых конструкционных изменений область линейности основной электродной функции на основе Sr4Cu2Nb2O11 (ПММА) составила 6 порядков: от 10-7 до 10-1 моль/л (рис. 1).
Рис. 1 Градуировочный график для электрода на основе Sr4Cu2Nb2O11 (ПММА) при рН=4,5
Кадмийселективные электроды были испытаны в качестве индикаторных при потенциометрическом титровании кадмийсодержащих объектов растворами ЭДТА и K4[Fe(CN)6]. Удовлетворительные результаты получены при использовании в качестве титранта гексацианоферрата (II) калия. Относительная погрешность определения кадмия не превышает 3%.
НИР выполнена при поддержке Министерства образования и науки в рамках ФЦП «Научные и научно – педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы (ГК № П984 от 27 мая 2010).