МОДИФІКОВАНИЙ ВУГІЛЬНО-ПАСТОВИЙ ЕЛЕКТРОД ЯК ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ НІТРАТ-ІОНІВ: DOI: https://doi.org/10.17721/1728-2209.2023.1(58).1

Богдана  КОПАНИЦЯ; Владислав САМПЛАВСЬКИЙ; Наталія СМИК

Автор(и)

Богдана КОПАНИЦЯ Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Владислав САМПЛАВСЬКИЙ Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Наталія СМИК Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0000-0002-7788-8744

Ключові слова:

потенціометричний сенсор; силікагель, модифікований четвертинною амонійною сіллю; модифікований вугільно-пастовий електрод; визначення нітрату

Анотація

Вступ. Нітрати є основним джерелом нітрогену для синтезу протеїнів мікроорганізмами. З іншого боку, їхні великі кількості можуть викликати евтрофікацію водойм і отруєння живих організмів. Тому розроблення надійних, швидких і дешевих методів визначення нітратів в об’єктах різної природи є актуальним завданням.

Потенціометрія, завдяки простоті апаратури, швидкості отримання результатів і можливості застосування in situ, вигідно відрізняється від інших методів аналізу. Вугільні пасти, модифіковані неорганічними йонообмінниками, є перспективним матеріалом для виготовлення йон-селективних електродів. Тому метою дослідження було розроблення NO₃^--чутливого вугільно-пастового електрода, модифікованого четвертинною амонієвою сіллю.

Методи. Дослідження властивостей отриманого електрода проводили потенціометричним методом згідно з рекомендаціями IUPAC. Як аналітичний сигнал використовували потенціал досліджуваного електрода, виміряний відносно 3,5 М хлоридсрібного електрода порівняння.

Результати. Було оптимізовано склад вугільної пасти, визначено основні характеристики модифікованого електрода й оптимальні умови його застосування. Установлено, що аналітичний відгук електрода із вмістом модифікатора 20 % за масою лінійно залежить від концентрації NO₃^--іонів у діапазоні від 1,5^.10^-1 до 1^.10^-5 моль/л із нахилом нернстівської функції 0,062±0,007 В/ра(NO₃^-), мінімальна визначувана концентрація становить 1^.10^-5 моль/л. Відгук електрода не залежить від рН у діапазоні від 2,5 до 9,8 та іонної сили в діапазоні від 1^.10^-3 до 0,2. Рівновага електродної реакції досягається за 25 с (концентрація NO₃^- 1^.10^-7 – 1^.10^-5 моль/л) і 15 с (концентрація NO₃^- 1^.10^-3 – 1^.10^-1 моль/л). З'ясовано, що мінімальний заважаючий вплив на електродну функцію здійснює Cl^-. Електрод було застосовано для визначення NO₃^- в овочах методом прямої потенціометрії. Отримані результати показали задовільну правильність і відтворюваність.

Висновки. Запропоновано NO₃^--селективний електрод на основі вугільної пасти з додаванням четвертинної амонійної солі, іммобілізованої на поверхні силікагелю. Ураховуючи високу вибірковість, чутливість і швидкість відгуку, розроблений електрод придатний для визначення нітратів у питних водах різної мінералізації та овочевій продукції після мінімальної пробопідготовки. Повністю твердотільна конструкція робить його ідеальним для виготовлення мініатюрних датчиків для автоматизованих систем вимірювання вмісту NO₃^--іонів на місці відбору проб і в потоці.

Посилання

Chunbo, Jiang, Yinghe, He, Yang, Liu (2020). Recent advances in sensors for electrochemical analysis of nitrate in food and environmental matrices. Analyst, 145, 5400–5413. DOI: 10.1039/D0AN00823K (Critical Review)

Cuartero, M. and Crespo, G. A. (2018). All-solid-state potentiometric sensors: A new wave for in situ. Current Opinion in Electrochemistry, 10, 98–106. https://doi.org/10.1016/j.coelec.2018.04.004

DSTU 4948:2008 (2008). Fruits, vegetables and their processing products. Methods of determination of nitrate content. With correction. (Order of the Ministry of Health of Ukraine from 26.03.2008 № 101 On approval of national standards, amendments to national standards, cancellation of normative documents and amendments to the orders of Derzhspozhivstandart from 18.05.2007 № 104 and from 05.07.2007 № 144). http://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=83097

Gulbault, G. G. (1981). Recommendations for publishing Manuscripts on Ion-selective Electrodes. Pure & Appl. Chem., 53, l907–l9l2. https://publications.iupac.org/pac-2007/1981/pdf/5310x1907.pdf

Hord, N. G., Tang, Y., Bryan, N. S. (2009). Food sources of nitrates and nitrites: the physiologic context for potential health benefits. The American Journal of Clinical Nutrition, 90 (1), 1–10. DOI: 10.3945/ajcn.2008.27131

Jaksyn, P., Gonsalez, C. A. (2006). Nitrosamine and related food intake and gastric and oesophageal cancer risk: A systematic review of the epidemiological evidence. World J. Gastroenterol, 12(27), 4296-4303. https://doi.org/10.3748/wjg.v12.i27.4296

Kalcher, K., Kauffmann, J. M., Wang, J., Svancara, I., Vytras, K., Neuhold, C., Vaild, Z. (1995). Sensors Based on Carbon Paste in Electrochemical Analysis: A Review with Particular Emphasis on the Period 1990–1993. Electroanalysis, 7(1), 5–22. DOI:10.1002/elan.11400070103

Kong, Thoo Lin P., Araujo, A. N., Montenegro, M. S. B. S. M., Peres-Olmos, R. (2005). New PVC Nitrate-Selective Electrode: Application to Vegetables and Mineral Waters. J. Agric. Food Chem., 53 (2), 211–215. DOI: 10.1021/jf049227u

Nadzhafova, O. Yu., Zaporozhets, O. A., Rachinska, I. V., Fedorenko, L. L. and Yusupov, N. (2005). Silica gel modified with lumogallion for aluminum determination by spectroscopic methods. Talanta, 67 (4), 767–772. DOI:10.1016/j.talanta.2005.04.002

Nezamzadeh-Ejhieh, A., Nermatollahi, Z. (2011). Surfactant modified zeolite carbon paste electrode (SMZ-CPE) as a nitrate selective electrode. Electrochimica Acta, 56, 8334–8341. DOI: 10.1016/j.electacta.2011.07.013

Passport GRBA.4184.015 PS. Electrode ionselective ЭЛИС-121NO3 LLC "Measuring equipment". https://www.izmteh.ru/upload/Instr(electrod)/ES-1 /elis_121NO3.pdf

Schwarz, J., Enseleit, U., Trommer, K., Mertig, M. (2019). All-Solid-State Ion-Selective ElectrodesBased on Graphite Paste for Determination of Calcium(II) and Nitrate, International Journal of Chemistry, 11(2), 156–163.

Stani, Z. and Girousi, S. (2011). Carbon Paste Electrodes in Potentiometry: The State of the Art and Applications in Modern Electroanalysis (A Review). Sensing in Electroanalysis, 6, 89–128. URI: http://hdl.handle.net/10195/42535

State hygienic rules and norms (2013, 2020). Regulation of maximum levels of certain pollutants in food products (order №368 from 13.05.2013). With changes. (Order of the Ministry of Health of Ukraine from 22.05.2020 № 1238). https://zakononline.com.ua/documents/show/347397___656916

State sanitary norms and rules (2010). Hygienic requirements for drinking water intended for human consumption (ДСанПіН 2.2.4-171-10). (Order of the Ministry of Health of Ukraine from 01.07.2010 № 452/7747). https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0452-10#Text

Svancara, I., Vytˇras, K., Barek, J., Zima, J. (2001). Carbon Paste Electrodes in Modern Electroanalysis. Critical Reviews in Analytical Chemistry, 31(4), 311–345. DOI: 10.1080/20014091076785 Corpus ID: 95843094

Zaporozhets, O. A., Kachan, I. A., Zinko, L. S., Bas, J. P. and Davydov, V. I. (2011). Interaction of Molybdo-Phosphoric and Molybdo-Antimono-Phosphoric Heteropoly Acids with Silica Gels Modified with Aliphatic and Heterocyclic Quaternary Ammonium Salts. Adsorption Science & Technology, 2011, 29 (3), 319–330. DOI: 10.1260/0263-6174.29.3.319

Zaporozhets, O. A., Nadzhafova, O. Yu., Verba, V. V., Dolenko, S. A., Keda, T. Ye., Sukhan, V. V. (1998). Solid phase reagents for the determination of anionic surfactants in water. Analyst, 123, 1583–1586. DOI: 10.1039/a708811f

Zaporozhets, O. A., Nadzhafova, O. Yu., Zubenko, O. I., Ischenko, V. B., Trachevskyj, V. V., Sukhan, V. V. (1995). Application of quaternary ammonium salt for concentration of heavy metals in the form of acid complexes. Ukr. khim. zhurn., 61, 64–69 [in Ukrainian].

Zaporozhets, O. A., Shulga, O. V., Nadzhafova, O. Yu., Turov, V. V., Sukhan, V. V. (2000). The nature of the binding of high-molecular weight aminoammonium and quaternary ammonium salts with the amorphous silica surface. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 168(2), 103–108. DOI: 10.1016/S0927-7757(99)00492-6

Zaporozhets, O. A., Zinko, L. S., Kachan, I. A. (2007). The solid-phase reagents for the determination of the phosphorus and organic reductants in water. Zhurn. analit. khimii, 62, 1271–1275 [in Russian].