Сравнительное исследование селективности и чувствительности новых хромовых и медных электродов

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 13400 (2022) Цитировать эту статью

734 доступа

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

4-Метилкумарин-7-илокси-N-фенилацетамид и 4-метилкумарин-7-илокси-N-4-нитрофенилацетамид были синтезированы и использованы в качестве новых ионофоров в матрице угольной пасты для создания двух новых потенциометрически модифицированных электродов. Селективность электрода менялась от меди (II) к хрому (III) при добавлении нитрогруппы к фенильному кольцу ионофора. Склонность ионофоров к ионам была подтверждена методом УФ-видимой спектрофотометрии. Оба электрода были модифицированы многостенными углеродными нанотрубками (МУНТ) в качестве превосходного модификатора электрода из углеродной пасты (CPE). Наилучший отклик сенсора в случае селективного по меди (II) CPE был получен при использовании 5% ионофора, 65% графитового порошка, 5% МУНТ и 25% парафинового масла. Кроме того, в случае ХПЭ, селективного по хрому (III), эти условия представляют собой 20% ионофора, 50% графитового порошка, 5% МУНТ и 25% парафинового масла. CPE, селективный по меди (II), показал наклон Нернста 32,15 мВ/декаду в диапазоне концентраций 1,0 × 10–10–1,0 × 10–1 моль/л-1, тогда как селективный CPE по хрому (III) показал наклон Нернста 19,28. мВ/декада в диапазоне концентраций 1,0 × 10–10–7,0 × 10–3 моль/л. Электроды имеют короткое время отклика менее 5 с и успешно применяются для определения меди (II) в сточных водах, а также для определения хрома (III) и хрома (VI).

Токсичные металлы попали в окружающую среду в результате глобальной индустриализации и вызвали серьезные опасения во всем мире, влияя на здоровье человека1,2. Например, медь необходима для функционирования нескольких важных ферментных систем. Ферментами, содержащими медь, являются цитохром-с-оксидаза, церулоплазмин, моноаминоксидаза, тирозиназа, фенилаланингидроксилаза и лизилоксидаза. С другой стороны, токсичность вызвана избыточным количеством меди. Например, болезнь Вильсона — это аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное накоплением меди в глазах, печени и мозге. Болезнь Вильсона влияет на печеночный внутриклеточный транспорт меди и ее последующее включение в желчь и церулоплазмин3. Кроме того, в природных водах обычно встречаются две различные степени окисления хрома: Cr (III) и Cr (VI). Оба типа хрома попадают в окружающую среду из разных источников при сбросе сточных вод гальванических, кожевенных производств, охлаждающей воды, окислительной окраски, сталелитейных заводов и химической промышленности4. Хром оказывает совершенно противоположное физиологическое воздействие на биологические системы в зависимости от степени его окисления. Хром (III) является ключевым элементом у млекопитающих для поддержания липидного, глюкозного и белкового обмена. Однако Cr (VI) является токсичным материалом, поскольку он может окислять другие виды и оказывать неблагоприятное воздействие на легкие, почки и печень. Таким образом, важно определить оба вида, точно учитывая эти два противоположных воздействия. Было проведено несколько видовых исследований различных особенностей и токсичности химических форм хрома4,5,6. Поэтому измерение этих ионов является критически важным вопросом из-за узкой границы между их токсичностью и существенностью.

Для определения следовые количества металлов, таких как медь и хром. Тем не менее, эти процедуры имеют некоторые недостатки, связанные со стоимостью и временем рутинного анализа, а также утомительным процессом подготовки проб. Следовательно, поиск новых простых и быстрых методов измерения содержания тяжелых металлов является сложной задачей.

Электрохимические сенсоры широко используются для определения различных видов с точки зрения их желательной селективности и более высокой чувствительности в их ответах15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28. В связи с этим потенциометрические электроды из углеродной пасты (CPE) широко используются как простые инструменты для обнаружения различных аналитов благодаря их простой конструкции, более высокому соотношению сигнал/шум, легкому обновлению поверхности, стабильности отклика, дешевизне методов, снижению омическое сопротивление и не требующие внутреннего решения29,30. Более того, электроды из углеродной пасты можно просто модифицировать различными видами неорганических или органических модификаторов, просто смешивая модификатор со связующим веществом и углеродом на стадии приготовления пасты. Состояние поверхности электрода можно улучшить путем модификации, которая значительно увеличивает целевые сигналы. Характеристики ионного чувствительности потенциометрических CPE в первую очередь основаны на природе используемых чувствительных материалов25,26,27,28,29,30,31,32. В последнее время наноматериалы на основе углерода широко используются в качестве электрон-ионообменников для улучшения характеристик электродов из-за их более высокой удельной поверхности, хорошей гидрофобности, химической стабильности и электропроводности16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29.