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

Державні гігієнічні правила і норми (2013, 2020). Регламент максимальних рівнів окремих забруднюючих речовин у харчових продуктах (наказ № 368 від 13.05.2013). Зі змінами (наказ МОЗ України від 22.05.2020 № 1238). https://zakononline.com.ua/documents/show/347397___656916

Державні санітарні норми та правила (2010). Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною (ДСанПіН 2.2.4-171-10) (наказ МОЗ України від 01.07.2010 № 452/7747). https://zakon.rada.gov.ua /laws/show/z0452-10#Text

ДСТУ 4948:2008 (2008). Фрукти, овочі та продукти їх перероблення. Методи визначення вмісту нітратів. З поправкою (наказ від 26.03.2008 № 101 "Про затвердження національних стандартів, внесення змін до національних стандартів, скасування нормативних документів та внесення змін до наказів Держспоживстандарту від 18.05.2007 № 104 та від 05.07.2007 № 144). http://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=83097

Запорожец, О. А., Зинько, Л. С., Качан, И. А. (2007). Твердофазноспектрофотометрическое и тест- определение сосуществующих форм фосфора в воде. Журн. аналит. химии., 62, 1271–1275.

Запорожець, О. А., Наджафова, О. Ю., Зубенко, О. І., Іщенко, В. Б., Трачевський, В. В., Сухан, В. В. (1995). Застосування четвертинної амонійної солі для концентрування важких металів у вигляді ацидокомплексів. Укр. хім. журн., 61, 64–69.

Паспорт ГРБА.4184.015 ПС. Электрод ионоселективный ЭЛИС-121NO3. ООО "Измерительная техника". https://www.izmteh.ru/upload/Instr(electrod)/ES-1/elis_121NO3.pdf

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

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– 303. 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., PeresOlmos, 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

Schwarz, J., Enseleit, U., Trommer, K., Mertig, M. (2019). All-Solid-State Ion-Selective Electrodes Based 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

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., 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 an amorphous silica surface. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 168(2), 103–108. DOI: 10.1016/S0927-7757(99)00492-6