Исследование электрохимического поведения ниобатов стронция, допированных тяжёлыми металлами

Кадникова Е.Н.,¹ Юровская Н.Л.²

¹ Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина,

Екатеринбург, Россия.

Студент IV курса.

² Уральский 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 – Sr_4-хCd_хNb₂O₉, (х = 0,1; 0,3; 0,5; 0,7) и Sr₄Cu₂Nb₂O₁₁, Sr₃CuNb₂O₉изготовлены 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	Осень 2011	Весна 2011	Осень 2011
Область линейности, моль/л	Крутизна электродной функции, мВ/рМе
Sr_3,9Cd_0,1Nb₂O₉	ПВХ	10^-4 – 10^-1	10^-6– 10^-1	-12,6	-14,1
Sr_3,9Cd_0,1Nb₂O₉	ПММА	10^-4– 10^-1	10^-3– 10^-1	-14,2	-15,5
Sr_3,7Cd_0,3Nb₂O₉	ПВХ	10^-4– 10^-1	10^-5– 10^-1	-12,1	-16,9
Sr_3,5Cd_0,5Nb₂O₉	ПВХ	10^-4– 10^-1	10^-6– 10^-1	-15,8	-28,7
Sr_3,3Cd_0,7Nb₂O₉	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^-7до 10^-1моль/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).