CC BY
44
УДК 543.552.054.1
А.В. Сидельников (к.х.н., ст. преп.)1, Р.А. Зильберг (асп.)1, Д.М. Бикмеев (студ.)1, В.Н. Майстренко (д.х.н., проф., зав. каф.)2, Ф.Х. Кудашева (д.х.н., проф., зав. каф.)1
Массив сенсоров на основе модифицированных полиариленфталидкетонами электродов в качестве «вольтамперометрического электронного языка»
Башкирский государственный университет, 1 кафедра аналитической химии, 2кафедра неорганической химии 450074, г. Уфа, ул. З. Валиди, 32, тел. (347) 273-67-21, е-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
A.V. Sidelnikov, R.A. Zilberg, D.M. Bikmeev, V.N. Maistrenko, F.Kh. Kudasheva
The array of sensors on the basis of electrodes modified with polyarylenphthalideketones as a «voltammetric electronic tongue»
Bashkir state university 450074, Ufa, Z.Validi Street, 32, (347)2736721, е-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Представлены результаты исследования вольтамперометрического поведения ароматических нитросоединений на стеклоуглеродных электродах, модифицированных полимерными пленками полиариленфталидкетонов. Фактором, определяющим перекрестную чувствительность сенсоров, является рН раствора на стадии накопления нитросоединений. Показаны принципиальные подходы к созданию амперометричес-ких мультисенсорных систем типа «электронный язык» с использованием модифицированных полиариленфталидкетонами электродов.
Ключевые слова: вольтамперометрия; муль-тисенсорные системы; перекрестная чувствительность; полиариленфталидкетоны; «электронный язык».
Актуальность данной темы связана с развитием нового направления в аналитической химии — мультисенсорных систем, используемых для нечисловой классификации сложных объектов контроля. Мультисенсорные системы активно применяют в тех случаях, когда необходима качественная оценка объекта контроля в соответствии с системой критериев, выделяемых априорно или формулируемых в процессе обработки получаемого массива данных. Для таких задач используется несколько обозначений — это экспертная оценка объекта, задача классификации, распознавания образов, многомерной оценки и т.д. Интерес к таким задачам проявляется, прежде всего, в тех областях, где в силу сложности состава и многообразия факторов, его определяющих, оценка ин-Дата поступления 05.12.08
In this work the results of research of voltammetric behavior of aromatic nitrocompounds on glassy carbon electrodes modified by polymeric films of polyarylenphthalideketones are represented. The factor defining the cross sensitivity of sensors is pH of solution at a stage of accumulation of nitrocompounds. Basic approaches to creation of amperometric multisensory systems of type «electronic tongue» with using modified by polyarylenphthalideketones electrodes are presented.
Keywords: cross sensitivity; «electronic tongue»; multisensory systems; polyarylen-phthalideketone; voltammetry.
дивидуальных компонентов не позволяет решать поставленные задачи совокупной оценки. Например, это относится к задачам выявления контрафактной или фальсифицированной продукции, обнаружения значительного отклонения состава при производстве или хранении готовой продукции, экспертной оценки продукта по органолептическим показателям, принятым в таких областях, как виноделие, производство чая, кофе1,2,3.
Цель данной работы — исследование воль-тамперометрического поведения ароматических нитросоединений на стеклоуглеродных (СУЭ) электродах, модифицированных полиариленфталидкетонами (ПАФК)4, чтобы установить факторы, влияющие на чувствительность сенсоров.
Экспериментальная часть
Модифицирование электродов проводили осаждением 3 мкл раствора ПАФК на поверхность стеклоуглеродного электрода с последующим испарением растворителя под действием потока воздуха при 30 оС. Для повышения чувствительности и воспроизводимости аналитического сигнала на модифицированные электроды накладывали катодный потенциал 1.5 В в течение 40 с.
Вольтамперограммы снимали в трехэлект-родной ячейке на вольтамперометрическом анализаторе ИВА-5 с программным обеспечением. В раствор ароматических нитросоедине-ний опускали модифицированный СУЭ, хло-ридсеребряный электрод и вспомогательный электрод при разомкнутой цепи проводили накопление анализируемых нитросоединений, затем регистрировали вольтамперограмму из фонового раствора при катодной развертке потенциалов. В качестве рабочих электродов использовали СУЭ, модифицированные ПАФК 1а, 3а, 5а, 7а, 4б (СУЭ/ПАФК). Исследовали орто- и пара-изомеры нитрофенола (о-НФ, п-НФ), нитроанилина (о-НА, п-НА), 2,4-диметил-6-нитроанилин (2,4-ДМ-6-НА), 2,4-динитрофенол (2,4-ДНФ). Фоновым электролитом служил 0.1 М НС1.
Для выбора оптимальных условий эксперимента исследовали несколько параметров, влияющих на аналитический сигнал: время накопления, скорость развертки потенциалов, величины токов в пике при различных рН на стадии регистрации и накопления. Выбрано, что оптимальной скоростью развертки катодных потенциалов является 0.1 В/с, время концентрирования нитросоединений на электрод — 400 с на фоне 0.1 М НС1.
Обсуждение результатов
Максимальные значения токов в пиках нитроанилинов на пленках 3а и 7а наблюдаются при рН 11, на пленках 4б и 1а при рН 1, а для нитрофенолов на всех пленках при рН 1.
Концентрационные зависимости максимальных токов в пиках для изучаемых веществ линейны в диапазоне концентраций 10-6—10-4 М. В табл. 1 и 2 представлены константы токов нитросоединений на модифицированных СУЭ при рН 1, 11 на стадии накопления, характеризующие чувствительность сенсоров к исследуемым нитросоединениям.
При увеличении рН раствора наблюдается изменения тока пика только на двух пленках — 7а и 3а, поэтому для этих пленок при рН 11 были определены величины констант токов нитрофенолов и нитроанилинов и дополнительно 2,4-ДМ-6-НА и 2,4-ДНФ как веществ с более ярко выраженными основными и кислотными свойствами.
Из данных таблиц следует, что стеклоуг-леродные электроды, модифицированные полимерными пленками полиариленфталидкето-нов, обеспечивают высокую чувствительность к изомерам ароматических нитросоединений и могут быть рекомендованы в качестве сенсоров в вольтамперометрических мультисенсор-ных система типа «электронный язык».
В основу вольтамперометричекой мульти-сенсорной системы могут быть положены две принципиальные схемы:
1) массив сенсоров — электродов, модифицированных полиариленфталидкетонами, для получения многомерных вольтамперомет-рических данных, содержащих информацию о наличии электроактивных компонентов;
Таблица 1
Константы токов нитросоединений на СУЭ/ПАФК при pH = 1 на стадии накоплении
СУЭ/ПАФК К;, МКА-Л/ММ2-М0ЛЬ
о-НА и-НА и-НФ о-НФ
7а 249 159 190 82
1а 212 128 179 281
5а 361 103 316 243
46 343 162 406 246
3а 126 220 142 239
Таблица 2
Константы токов нитросоединений на СУЭ/ПАФК при pH = 11на стадии накопления
СУЭ/ ПАФК К;, мкА-л/мм2-моль
2,4-ДМ-6-НА 2,4-ДНФ о-НА и-НА и-НФ о-НФ
7а 594 2 389 92 13 10
3а 318 7 311 225 11 19
2) использование стеклоуглеродных электродов, модифицированных полиарилентфа-лидкетонами, в качестве рабочих электродов в вольтамперометрических системах разделенных ячеек — для получения информации о содержании неэлектроактивных компонентов, природа и концентрация которых влияет на восстановление нитросоединений.
Анализируя данные табл. 1 и 2, можно рекомендовать следующие пары «маркер/ ПАФК» для создания мультиэлектродной системы разделенных ячеек: 1) о-НА/7а при рН=1, 2) о-НА/7а при рН=11, 3) о-НА/3а при рН=1, 4) о-НА/3а при рН=11, 5) п-НФ/ 5а при рН=1, 6) п-НФ/5а при рН=1, 7) п-НФ/4б при рН=1, 8) о-НФ/1а при рН=1, 9) п-НА/3а при рН=1, 10) п-НФ/1а при рН=1
Сочетание двух типов мультисенсорных систем позволит создать «вольтамперометри-ческий электронный язык» для идентификации многокомпонентных растворов как электроактивных, так и неэлектроактивных веществ.
Литература
1. Будников Г.К., Евтюгин Г.А., Майстренко В.Н. Модифицированные электроды для вольтампе-рометрии в химии, биологии и медицине.— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009.— 425 с.
2. Родионова О.Е., Померанцев А.Л. // Усп. хим.- 2006.- Т. 75, № 4.- С. 302.
3. Власов Ю.Г., Легин А.В., Рудницкая А.М. // Усп. хим.- 2006.- Т. 75, № 2.- С. 141.
4. Гилева Н.Г., Крайкин В.А., Ильясова Л.Т., Са-лазкин С.Н., Седова Э. А., Муслухов Р.Р., Ку-дашев Р.Х. // Высокомол. соед.- 2002.- Т. 44, № 10.- С. 1756.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных исследований: проект № 08-03-97037.
