[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2715478C1 - Способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах - Google Patents

Способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах Download PDF

Info

Publication number
RU2715478C1
RU2715478C1 RU2019115203A RU2019115203A RU2715478C1 RU 2715478 C1 RU2715478 C1 RU 2715478C1 RU 2019115203 A RU2019115203 A RU 2019115203A RU 2019115203 A RU2019115203 A RU 2019115203A RU 2715478 C1 RU2715478 C1 RU 2715478C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lead
sensor film
concentration
polymer
polymer sensor
Prior art date
Application number
RU2019115203A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Юрьевич Денисюк
Мария Ивановна Фокина
Юлия Андреевна Игнатьева
Майя Валерьевна УСПЕНСКАЯ
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО)
Priority to RU2019115203A priority Critical patent/RU2715478C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2715478C1 publication Critical patent/RU2715478C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/22Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа определения концентрации свинца (II) в водных образцах. Способ включает в себя приготовление размещенной на носителе полимерной сенсорной пленки, ее контакт с испытуемым образцом и определение концентрации свинца путем сравнения оптической плотности с градуировочной шкалой на длине волны света 580 нм. В качестве сенсорной пленки используют фотополимеризированный материал в составе мономеров триметилолпропан этоксилат (1 ЕО/ОН) метил эфир диакрилат, 2-карбоксиэтилакрилат и полимера полиэтиленгликоля, с введенными наночастицами оксида цинка размером 5-10 нм, на поверхности которых иммобилизирован краситель ксиленовый оранжевый, а также наночастицы золота и инициатор полимеризации 2,2-диметокси-2-фенилацентофенон. Технический результат заключается в повышении чувствительности сенсорной пленки и исключении влияния человеческого фактора при проведении измерений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области специальных нанокомпозиционных материалов, в частности к материалам, предназначенным для применения в качестве чувствительного элемента спектрофотометрического датчика концентрации ионов свинца (II) в водных растворах.
Известен визуальный способ определения ионов свинца (II) в растворе (патент RU №2441232, МПК G01N 31/22, МПК G01N 21/78, дата приоритета 02.08.2010, опубликовано 27.01.2012). Способ основан на реакции ионов свинца (II) с 1-фенил-3-изопропил-5-(бензилбензимидазол-2-ил) формазаном. Определение осуществляется путем сорбции ионов свинца (II) из анализируемого раствора на тканевый бязевый носитель с последующим отделением жидкой фазы и проведением фотометрической реакции. Для оценки содержания свинца (II) визуально сравнивают интенсивность окраски тканевого носителя с имитационной цветной шкалой. Однако известный способ не обладает экспрессностью за счет сложной пробоподготовки, необходимости стандартизации подготовки бязевых дисков, обладает недостаточно широким диапазоном определяемых концентраций свинца (II) для определения свинца в реальных объектах, неприменим для анализа окрашенных объектов.
Известен сорбционно-спектрофотометрический способ определения свинца (II) (патент RU №2529660, МПК G01N 21/77, дата приоритета 12.03.2013, опубликовано 12.03.2013). Концентрирование металла из пробы проводится при фиксированном значении рН, для чего к анализируемому раствору добавляют ацетатный буфер с рН 3,5-4,5, в полученный раствор погружают индикаторную пленку на 30-60 минут, после ее извлечения измеряют оптическую плотность на спектрофотометре при длине волны 610 нм. Концентрацию свинца (II) определяют методом стандартной добавки или методом градуировочного графика. В качестве индикаторной пленки используют прозрачную полимерную подложку, на которую нанесен слой желатина толщиной до 20 мкм, иммобилизованный водным раствором бромпирогаллолового красного. Однако данный способ требует длительного (не менее 20 мин) времени анализа, невозможен для применения в окрашенных образцах, обладает коротким временем жизни сенсора из-за деградации желатиновой матрицы, не позволяет определять свинец (II) на уровне и ниже ПДК в водных и биологических объектах, а также при его значительном превышении ПДК, за счет узкого диапазона измеряемых концентраций.
Известен способ определения свинца (II) в водных и биологических образцах (патент RU №2682162, МПК G01N 31/22, G01N 33/20, G01N 33/50, G01N 21/78, дата приоритета 16.08.2018, опубликовано 15.03.2019) наиболее близкий к заявляемому изобретению по решению технической задачи и принятый в качестве прототипа. Способ включает приготовление полимерной сенсорной пленки, которую помещают в испытуемый образец и по изменению цвета полимерной сенсорной пленки определяют наличие в нем свинца (II), количество которого определяют по калиброванной цветовой шкале, предварительно полученной из не менее 5-ти испытуемых образцов с известными концентрациями свинца (II). Полимерную сенсорную пленку помещают в испытуемый образец анализируемого раствора известного объема от 0,5 мл до 10 мл вместе со смесью ацетата магния и уксусной кислоты, взятых в соотношении 2,50⋅10-3 моль/л : 1,25⋅10-4 моль/л анализируемого раствора, и выдерживают 2-18 минут. В качестве полимерной сенсорной пленки берут пластифицированную бис(этилгексиловым) эфиром себациновой кислоты (ДОС) поли(винилхлоридную) (ПВХ) пленку толщиной 2-7 мкм, содержащую индикатор нейтральный хромоионофор 9-диметиламино-5-[4-(15-бутил-1,13-диоксо-2,14-иоксанонадецил)фенилимино]-бензо[а]феноксазин (ЕТН5418), ионофор 4-трет-бутил-каликс[4]арен-тетракис (N,N-диметилтиоацетамид) (lead ionophore IV) и ионную добавку натрий тетракис-[3.5-бис(трифторметил)фенил]борат (NaTFPB) в соотношении: 16,7 мг ПВХ, 33,3 мкл ДОС, 10 ммоль/кг ДОС ЕТН5418, 11 ммоль/кг ДОС NaTFPB, 60 ммоль/кг ДОС lead ionophore IV, размещенную на носителе. Недостаток прототипа заключается в том, что определение наличия свинца (II) в испытуемом образце проводят визуально-тестовым способом путем сравнения цвета полимерной сенсорной пленки с калиброванной цветовой шкалой, что является причиной низкой точности определения концентрации.
Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ является повышение точности определения концентрации свинца (II) в водных образцах.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающемся в повышении чувствительности сенсорной пленки и исключение влияния человеческого фактора.
Достигается технический результат тем, что способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах, включает приготовление размещенной на носителе полимерной сенсорной пленки, контакт которой с испытуемым образцом выдерживают около 10 мин и по изменению оптической плотности полимерной сенсорной пленки определяют концентрацию в нем свинца (II), величину которой определяют сравнением с предварительно полученной градуировочной шкалой, при чем концентрацию свинца (II) определяют сравнением оптической плотности полимерной сенсорной пленки с градуировочной шкалой на длине волны света 580 нм, в качестве полимерной сенсорной пленки берут фотополимеризированный под действием ультрафиолетового излучения с длиной волны 340-370 нм материал в составе мономеров триметилол пропан этоксилат метил эфир диакрилат, 2-карбоксиэтилакрилат и полимера полиэтиленгликоля (PEG), с введенными наночастицами окиси цинка размером 5-10 нм, на поверхности которых иммобилизирован краситель ксиленовый оранжевый, а также наночастицы золота и инициатор полимеризации 2,2-диметокси-2-фенилацентофенон, причем индикаторный краситель ксиленовый оранжевый иммобилизирован на поверхности наночастиц окиси цинка с адсорбированными наночастицами золота. Контакт размещенной на носителе полимерной сенсорной пленки с испытуемым образцом обеспечивают погружением в водный образец или обеспечивают подачу водного образца в сформированные в полимерной сенсорной пленке каналы.
Разработанный композиционный прозрачный материал с наночастицами золота и окиси цинка, а также индикаторного красителя, введенных в гидрофильную фотополимерную матрицу, пригодную для использования в качестве чувствительного элемента для количественного определения свинца (II) в воде, не требует проведение ручных операций анализа и содержит в гидрофильной нанокомпозиционной пленке все необходимые компоненты. Погружение его в воду, приводит чувствительный элемент в рабочее состояние без участия оператора.
Сущность изобретения заключается в том, что для достижения технического результата предлагается чувствительный элемент, состоящий из гидрофильного фотополимеризуемого нанокомпозита, имеющего коэффициент набухания до 3,0 и нанесенного на стеклянную или полимерную подложку в виде тонкого слоя, толщиной 300 мкм, либо в виде системы каналов для пропускания воды, подлежащей измерению. Фотополимеризуемый материал состоит из смеси мономеров и полимера Trimethylolpropane ethoxylate (1 ЕО/ОН) methyl ether diacrylate (TMP), methyl ether diacrylate (TMP), 2-Carboxyethyl acrylate (Car) и полиэтиленгликоля (PEG), состав Car - TMP - PEG с введенными наночастицами ZnO на поверхности которых иммобилизирован краситель ксиленовый оранжевый, а также наночастиц золота AuNP, повышающих чувствительность за счет плазмонного резонанса. При погружении сенсора в воду, подлежащую измерению, полимерная, гидрофильная матрица, имеющая в своем составе карбоновую кислоту Car, частично нейтрализованную полимером PEG, выполняет роль буфера, поддерживающего фиксированную рН=4,54, а краситель, иммобилизированный на наночастицах и не вымывающийся с них, является сенсором. Оптическая плотность измеряется при длине волны 580 нм. Концентрацию тяжелого металла определяют методом градуировочного графика, введенного в память фотометра.
На фиг. изображен спектр поглощения чувствительного элемента сенсора в присутствии свинца (II), характеризующийся двумя максимумами поглощения, при этом максимум при длине волны 580 нм соответствует образцам со свинцом (II). Спектр поглощения нанокомпозита после выдержки 10 мин.
в водном растворе с содержанием ионов свинца (II):
1 - исходный спектр композитной пленки в дистиллированной воде,
2 - содержание Pb в растворе - 0,002%,
3 - содержание Pb в растворе - 0,006%.
Параметры чувствительности сенсора:
Чувствительность к свинцу Pb2+ составляет 1 мГ/л (1 мГ свинца на 1 л образца воды). Динамический диапазон по измеряемой концентрации свинца pb2+ составляет 30 раз.
Предложенное техническое решение иллюстрируется примерами.
Пример 1
Исходные компоненты чувствительного элемента и их соотношение:
Trimethylolpropane ethoxylate (1 ЕО/ОН) methyl ether diacrylate (Aldrich №415871), TMP-6,98%;
Poly(ethylene glycol) (Aldrich №94646), PEG - 29,92%;
Carboxyethyl acrylate (Aldrich №552348) Car - 56,85%;
ZnO наночастицы, 6 нм - 5,99%;
2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone(Aldrich 19,611-8), инициатор - 0,2%;
Наночастицы золота, диаметр 10 нм - 0,05%.
Для получения полимерной матрицы гранулы PEG растворяют (при интенсивном перемешивании ультразвуком) в мономерной композиции Car+ТМР, наночастицы ZnO прокаливают на воздухе при 400 С в течении 20 мин для активации поверхности. Горячие наночастицы высыпают в водный раствор красителя ксиленовый оранжевый и интенсивно перемешивают, после чего раствор выливают в изопропиловый спирт при его интенсивном перемешивании. После осаждения наночастиц с адсорбированным на их поверхности красителем проводят центрифугирование для отделения наночастиц от маточного раствора. Полученные наночастицы не высушивая, вводят в заранее приготовленный мономерно - полимерный состав. В полученный состав вводят наночастицы золота и далее диспергируют ультразвуком плотностью мощности 70 Вт/кВ см до достижения прозрачности коллоидного раствора, после чего в него вводят инициатор полимеризации в жидком виде. Для получения пленки каплю раствора наносят на стеклянную подложку, закрывают лавсановой пленкой и проводят полимеризацию состава ультрафиолетовым облучением с длиной волны в диапазоне 340-370 нм. После полимеризации лавсановая пленка удаляется и чувствительный элемент (полимерная пленка толщиной порядка 300 мкм на стеклянной подложке) готов к использованию. Для проведения анализа необходимо поместить чувствительный элемент в исследуемую пробу воды на 10 мин, после чего провести измерение спектра поглощения в видимой области. Амплитуда максимума поглощения на длине волны 580 нм пропорциональна концентрации ионов свинца (II) в пробе.
Пример 2.
Исходная композиция подготавливается аналогично примеру 1, Для проведения полимеризации жидкую композицию наносят на подложку и накрывают фотошаблоном, через который проводят полимеризацию состава ультрафиолетовым облучением с длиной волны в диапазоне 340-370 нм. Фотошаблон представляет собой систему каналов толщиной 500 мкм. После засветки, шаблон удаляют, и проводят промывание в изопропиловом спирте для формирования заданной структуры каналов. Полученную систему закрывают стеклянной подложкой. Для проведения измерения по каналам пропускают исследуемую жидкость, поскольку состав прозрачен для воды, с одной стороны, а введенный краситель способен образовывать комплекс с ионами свинца (II), происходит накопление соответствующих ионов. Проведя измерение спектра поглощения элемента, по амплитуде максимума на длине волны 580 нм можно определить концентрацию свинца (II) в исследуемой пробе.

Claims (3)

1. Способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах, включающий приготовление размещенной на носителе полимерной сенсорной пленки, контакт которой с испытуемым образцом выдерживают около 10 мин и по изменению оптической плотности полимерной сенсорной пленки определяют концентрацию в нем свинца (II), величину которой определяют сравнением с предварительно полученной градуировочной шкалой, отличающийся тем, что концентрацию свинца (II) определяют сравнением оптической плотности полимерной сенсорной пленки с градуировочной шкалой на длине волны света 580 нм, в качестве полимерной сенсорной пленки берут фотополимеризированный под действием ультрафиолетового излучения с длиной волны 340-370 нм материал в составе мономеров триметилолпропан этоксилат (1 ЕО/ОН) метил эфир диакрилат, 2-карбоксиэтилакрилат и полимера полиэтиленгликоля, с введенными наночастицами оксида цинка размером 5-10 нм, на поверхности которых иммобилизирован краситель ксиленовый оранжевый, а также наночастицы золота и инициатор полимеризации 2,2-диметокси-2-фенилацентофенон.
2. Способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах по п. 1, отличающийся тем, что контакт размещенной на носителе полимерной сенсорной пленки с испытуемым образцом обеспечивают погружением в водный образец.
3. Способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах по п. 1, отличающийся тем, что контакт размещенной на носителе полимерной сенсорной пленки с испытуемым образцом обеспечивают подачей водного образца в сформированные в полимерной сенсорной пленке каналы.
RU2019115203A 2019-05-16 2019-05-16 Способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах RU2715478C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115203A RU2715478C1 (ru) 2019-05-16 2019-05-16 Способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115203A RU2715478C1 (ru) 2019-05-16 2019-05-16 Способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715478C1 true RU2715478C1 (ru) 2020-02-28

Family

ID=69768110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019115203A RU2715478C1 (ru) 2019-05-16 2019-05-16 Способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715478C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112255199A (zh) * 2020-10-20 2021-01-22 深圳技术大学 pb2+浓度检测传感器、装置、制备方法及使用方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529660C1 (ru) * 2013-03-12 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Сорбционно-спектрофотометрический способ определения свинца (ii)
US20170370873A1 (en) * 2016-06-28 2017-12-28 King Abdulaziz City For Science And Technology Organic membrane based screen printed microchip for potentiometric determination of lead
CN107677623A (zh) * 2017-08-28 2018-02-09 杨蕾 一种基于Ag@Au纳米粒子检测铅离子的方法
RU2682162C1 (ru) * 2018-08-16 2019-03-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Способ определения свинца (II) в водных и биологических образцах

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529660C1 (ru) * 2013-03-12 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Сорбционно-спектрофотометрический способ определения свинца (ii)
US20170370873A1 (en) * 2016-06-28 2017-12-28 King Abdulaziz City For Science And Technology Organic membrane based screen printed microchip for potentiometric determination of lead
CN107677623A (zh) * 2017-08-28 2018-02-09 杨蕾 一种基于Ag@Au纳米粒子检测铅离子的方法
RU2682162C1 (ru) * 2018-08-16 2019-03-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Способ определения свинца (II) в водных и биологических образцах

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112255199A (zh) * 2020-10-20 2021-01-22 深圳技术大学 pb2+浓度检测传感器、装置、制备方法及使用方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20140186970A1 (en) Imprinted photonic polymers and methods for their preparation and use
US6753191B2 (en) Polymerized crystalline colloidal array chemical sensing materials for use in high ionic strength solutions
AU2004200506B2 (en) Method for Reducing Effect of Hematocrit on Measurement of an Analyte in Whole Blood, and Test Kit and Test Article Useful in the Method
Chen et al. Molecularly imprinted photonic hydrogel sensor for optical detection of L-histidine
RU2682162C1 (ru) Способ определения свинца (II) в водных и биологических образцах
Cao et al. A sulfamethoxazole molecularly imprinted two-dimensional photonic crystal hydrogel sensor
RU2715478C1 (ru) Способ определения концентрации свинца (II) в водных образцах
Duong et al. Ratiometric fluorescence sensors for the detection of HPO42− and H2PO4− using different responses of the morin-hydrotalcite complex
JP5120808B2 (ja) センサー素子およびこれを用いた外部刺激測定装置並びに外部刺激の測定方法
CN110108683B (zh) 一种用于溶氧含量检测的比率氧传感膜的制备方法
JPH0135294B2 (ru)
US20210033516A1 (en) Method for measuring the permeability of superabsorbers
US6330058B1 (en) Spectrophotometric method and apparatus for blood typing
JPS5910837A (ja) 物理的量値並びに物質濃度の光学的測定装置
JPH06511083A (ja) 試料のpHを表示するセンサー膜、その製造およびその使用
DE10152994A1 (de) Methode zur gleichzeitigen optischen Bestimmung von pH-Wert und Gelöstsauerstoff
Moradian et al. Continuous optical monitoring of aqueous amines in transflectance mode
CN113667144B (zh) 一种可视化检测金属离子的复合水凝胶阵列及其制备方法和应用
DE19522610C1 (de) Sensorplatte zur Messung von Ammoniakgehalten, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendungen
RU2391659C1 (ru) Способ определения серебра с использованием полиметакрилатной матрицы
WO1995014932A1 (fr) Procede de dosage d'une substance reagissant avec un reactif de limulus
JPS6193958A (ja) エンドトキシンの定量法
Safronov et al. Sol-gel films with immobilized acid-base indicators
JPS6295462A (ja) 水溶液試料の比重試験用具
Golcs et al. A cuvette-compatible Zn2+ sensing tool for conventional spectrofluorometers prepared by copolymerization of macrocyclic fluoroionophores on quartz glass surface