CC BY
30
V.A.Pakharenko, E.V.Chuleeva // Plastic masses. -2014. - N 5-6 - P.13-17.
4.Lavrov N.A. The mechanism of stabilization of polyvinyl chloride (review)./ N.A.Lavrov, V.G.Ksenofontoc, E.V.Belukhichev // Plastic masses. -2016. - N 11-12. - P.16-20.
5.Polyvinyl chloride. / [Ch.Wilkie, J.Summers, Ch.Daniels.]: Trans.from Eng. G.E.Zaikova. - SPb.: Professiya. - 2007. - 728 p.
6.Mazina L.A. Complex stabilizers of polyfunctional action for PVC-plastizols. / L.A.Mazina, A.B.Nafikov, F.I.Afanasev et al. // Bashk. Cehm. J. - 2010. - V. 17. - N 2. - P.129-133.
7.Folarin O.M. Thermal stabilizers for poly(vinyl chloride): A review. / O.M.Folarin // Int. J. Phys. Sci. -2011. - V.6. - N 8. - P.4323-4330.
8.Smirnov V.F. Influence of factors of biological and physical nature on biodegradation and physical-chemical properties of the compositions on the basis of polyvinyl chloride and natural polymers. / V.F.Smirnov, A.A.Glagoleva, A.E.Mochalova et al. // Plastic masses. - 2017. - N 7-8. - P.47-50.
9.Smirnov V.F. Destruction of the composition materials by micromycettes on the basis of natural and synthetic polymers. / V.F.Smirnov, A.E.Mochalova, O.N.Smirnova et al. // Povolzhsky Ecological J. - 2011. - N 4. - P.537-541.
10.Gupta S. Synthesis and characterization of hydrotalcites: potential thermal stabilizers for PVC. / S.Gupta, D.D.Agarwal, S.Banerhee. // Indian Journal of Chemistry. - 2008. - V.47A. - N 7. - P.1004-1008.
11.Bashta B. Modification of poly(vinyl chloride) + epoxy systems for improved thermal and aging stability. / B.Bashta, W.Brostow, G.Granowski // Macromol. Symp. - 2016. - V.365. - P.239-245.
y^K:543.55
12.Gillert J. The determination of the transformation products of epoxides used in the heat stabilization of poly(vinyl chloride). / J.Gillert, J.R.Startin. // Eur. Polym. J. - 1980. - V.16. - N 1. -P.73-77
13.Marochkin D.V. Syntheis of potential light-stabilizers for polymer materials on the basis of substituted 2-(2p-benzenetriazol-2-yl)phenol and epoxy ether of rosin. / D.V.Marochkin, A.A.Ivlev, T.Yu.Koldaeva, V.P.Perevalov // Successes in chemistry and chemical technology (Russia). Publ. h. RSTU n.a. D.I.Mendeleev. - 2009. - V.23. - N 6(99). - P.22-26
14.Gavrijkova M.A. Modern tendencies of preparation of the mixture stabilizers of polyvinyl chloride not containing cadmium. / M.A.Gavrijkova, T.G.Terekhova, L.M.Shestakova et al. / Review inform. Ser. "Chemicals for polymer materials". M.: NIITEKHIM. - 1985. - 40 p.
15.Shahnazarli R.Z. Synthesis and radical polymerization of glycidyloxycarbonyl- and glycidyloxymethyl substituted vinyloxycyclopropanes. / R.Z.Shahnazarli, A.M.Guliyev. // «International innovation research»: Coll. Papers of VI Intern. Scientific-pract.Conf. / Edited by G.Yu.Gulyaev. Penza: MTSNSe «Science and Education». - 2017. -P.26-32.
16.Shahnazarli R. Adducts of thiols with allylcyclopropoylmethyl ethers - biocide additions for polyvinyl chloride. / R.Shahnazarli. // 4th International Polymeric Composites Symposium, Exhibition & Brokerage Event "IPC-2015". Izmir, Turkey. - CD (PK-025).
МОНИТОРИНГ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ _ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ЭЛЕКТРОДОВ_
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2021.2.82.1205
Аронбаев Д.М.
к.х.н,
доцент кафедры неорганической химии и материаловедения
химического факультета Самаркандского государственного университета, Самарканд, Университетский бульвар 15,
Аронбаев С.Д.
д.х.н.,
профессор кафедры неорганической химии и материаловедения
химического факультета Самаркандского государственного университета
Исакова Д. С. ассистент кафедры химии Самаркандского государственного медицинского института
MONITORING OF ENVIRONMENTAL OBJECTS USING ECOLOGICALLY
CLEAN ELECTRODES
АННОТАЦИЯ
В обзорной статье представлены достижения инверсионной вольтамперометрии с модифицированными экологически чистыми углеродсодержащими электродами в экологическом мониторинге окружающей среды. Основной задачей исследований являлось полное исключение
токсичной ртути из аналитической процедуры и замена ее модификаторами, которые включают висмут, гидроксиапатит, монтмориллонит, ионные жидкости, хитозан, материалы на основе растительных и животных клеток, а также их композитов с графитом. Рассматриваются вопросы создания микрочипов с применением технологий трафаретной печати для решения задач микротехники и инновационных технологий в изготовлении микроэлектродов, позволяющих проводить анализ в микрообъемах проб. Приводятся примеры использования висмут- и гидроксиапатит- модифицированных screen-printed электродов в анализе тяжелых токсичных металлов в объектах окружающей среды. Электроды с трафаретной печатью позволяют использовать портативные системы для анализа в реальном времени, а автоматизация процесса их производства делает их более универсальными для массового применения при низких затратах, что, в свою очередь, позволяет их разовое использование, особенно востребованное для неинвазивной медицинской диагностики.
ABSTARCT
The review article presents the achievements of stripping voltammetry with modified environmentally friendly carbon-containing electrodes in environmental monitoring of the environment. The main objective of the research was the complete elimination of toxic mercury from the analytical procedure and its replacement with modifiers, which include bismuth, hydroxyapatite, montmorillonite, ionic liquids, chitosan, materials based on plant and animal cells, as well as their composites with graphite. The issues of development creating microchips with the use of screen printing technologies for solving problems of microtechnology and innovative technologies in the manufacture of microelectrodes that allow analysis in microvolumes of samples are considered. Examples of the use of bismuth and hydroxyapatite modified screen-printed electrodes in the analysis of heavy toxic metals in environmental objects are given. Screen-printed electrodes allow the use of portable systems for real-time analysis, and the automation of their production process makes them more versatile for routine use at low costs, which, in turn, allows their disposal use, especially in demand for non-invasive medical diagnostics.
Ключевые слова: экологический мониторинг, лаборатория на чипе, микроэлектроника, электрод с трафаретной печатью, вольтамперометрия, ионы тяжелых металлов.
Keywords: environmental monitoring, laboratory on a chip, micro-electronics, screen-printed electrode, voltammetry, heavy metal ions.
1. Введение
Основной задачей экологического мониторинга является выявление загрязнений окружающей среды, с целью предотвращения ее ухудшения. При этом экологический мониторинг стал неотъемлемым компонентом глобальных целей в области устойчивого развития, особенно в контексте научного понимания нарушений экологических циклов, что позволяет разрабатывать концепцию и стратегии по смягчению последствий потенциального бедствия. Этот фактор является одним из составляющих принципов «зеленой химии», который предусматривает развитие аналитических методов, позволяющих проводит экспресс-анализ в реальном времени и на месте отбора проб, что, в свою очередь, дает возможность оперативной оценки характера загрязнения и его источника [1,2]. Такая оперативность позволяет выработать план ликвидации чрезвычайной ситуации и предотвратить ее в дальнейшем. Инновационные «зеленые» технологии наиболее уместны для применения при разработке, производстве и использовании химических продуктов вообще, и тем более при использовании в технологическом процессе опасных реагентов [3].
Хорошо известно, что тяжелые металлы относятся к числу приоритетных загрязнителям, мониторинг которых является наиболее актуальным. Наибольшим токсичным действием обладают ртуть, кадмий, свинец, хром. Максимально допустимый уровень этих элементов в воде составляет одну часть на миллиард [4]. Эта норма принята в подавляющем числе стран Европы, США, России. Особенно опасны ионы
таких тяжелых металлов, которые способны оказывать токсикологическое действие на выбранную группу ферментов, влияющих на синтез гема и митохондриальную энергетику, вызывая нарушение окислительного
фосфорилирования и модификации
митохондриального транспорта ионов [5,6]. Именно по этой причине первоначальные усилия химиков-аналитиков были направлены на разработку методов анализа тяжелых токсичных металлов.
Цель настоящей работы заключается в обобщении литературного материала и собственного опыта авторов по мониторингу ионов тяжелых металлов с использованием техники инверсионно-вольтамперометрического анализа.
2. Мониторинг и обнаружение ионов тяжелых металлов
Традиционно обнаружение ионов тяжелых металлов осуществляется путем дискретного отбора проб, за которым следуют лабораторные анализы с промежуточным хранением. Стабильность природных образцов при длительном хранении вызывает сомнения, поскольку они подвергаются различным биологическим, химическим и физическим воздействиям [7]. При всем этом в настоящее время наиболее широко применяются спектрофотометрические, атомно-абсорбционные и атомно-эмиссионные с индуктивно связаннойа плазмой, масс-спектрометрические, рентгенофлуоресцентный и нейтронно-активационный методы анализа. Оборудование, предназначенное для таких методов анализа чрезвычайно дорого, сложно, громоздко, что практически исключает возможность его
применения в on-line или in-situ анализах. Обслуживание таких приборов требует высокой квалификации оператора и обслуживающего персонала.
С этой точки зрения электрохимические методы анализа, и в частности, инверсионная вольтамперометрия, обладают неоспоримым преимуществом: высокими чувствительностью и селективностью, простоте и компактности аналитического оборудования, бюджетной доступностью для небольших аналитических лабораторий.
Вольтамперометрические методы анализа прошли довольно длительную эволюцию. Поначалу, задуманная основателем полярографии Я. Гейровским, как метод измерения величины предельного тока при линейном изменении потенциала, накладываемого на измерительный капающий ртутный электрод, за годы своего существования вольтамперометрия обогатилась переменно-токовой, инверсионной, циклической, квадратно-волновой, дифференциально-
импульсным вариантами. Этому, конечно, способствовало развитие теоретических основ этих видов вольтамперометрии и появление на рынке оборудования недорогих приборов.
Наибольшей чувствительностью обладают инверсионные методы вольтамперометрии с дифференциально-импульсной и квадратно-волновой разверткой потенциала [8]. Это обусловлено тем, что в данном случае происходит уникальное сочетание этапов предварительного концентрирования ионов металлов из аналита на электроде и последующей инверсии потенциала электрода, в результате которой в приэлектродном пространстве, в непосредственной близости к электроду появляются ионы металла в высокой концентрации. Аналитический сигнал проявляется в виде пика значения тока, специфичного только для каждого иона металла [9]. Благодаря стадии предварительного накопления анализируемых ионов и хорошие селективность и воспроизводимость анализа с использованием в качестве индикаторных углеграфитовых электродов, модифицированных ртутной пленкой методом in-situ, достигается высокая чувствительность определения, позволяющая выявить микро-, а для некоторых ионов -субнаномолярные концентрации аналита [10,11].
При всем положительном накопленном опыте использования ртутьсодержащих электродов для выявления следовых количеств тяжелых металлов, их массовое применение из-за высокой токсичности ртути и ртутьсодержащих солей вызывает определенные опасения. В связи с этим предпринимаются усилия по замене ртути более экологичными материалами для изготовления электрохимических сенсоров [12].
3. Микротехника и микротехнология изготовления электрохимических сенсоров
Стремление химиков-аналитиков к миниатюризации и унификации аналитических платформ привело к объединению таких разных
областей науки и техники, как химия, физика, инженерия, микроэлектроника, что позволило создать миниатюрные и микрофлюидные системы для мониторинга окружающей среды и контроля загрязнений на месте отбора проб и в реальном времени [13,15,15]. Совершенствование технологий, направленных на миниатюризацию анализа, в частности, изготовление «лаборатории на чипе», свою очередь, позволило уменьшить объемы аналитов на 2-3 порядка по сравнению с традиционными лабораторными подходами, снизить стоимость анализа за счет экономии расходных реагентов, улучшить кинетику электрохимической реакции, устранив
диффузионные ограничения [16,17,18,19].
При этом, интеграция нескольких функций анализа на одном чипе позволяет автоматизировать анализ и максимально исключить участие оператора. Устройства на основе микрочипов становятся все более важными для приложений быстрой диагностики в клинической практике и мониторинге окружающей среды на месте.
В основе создания микрофлюидной системы лежат, электроды, изготовленные методом трафаретной печати, или, как их принято называть, «screen-printed» электроды (SPCE). Практика массового изготовления таких электродов показывает, что выбор материала и технологии для трафаретной печати, такие как природа и концентрация наносимого на диэлектрическую подложку чипа наноматериала, позволяют печатать элементы с желаемыми свойствами и эксплуатационными характеристиками.
Обычно, разбавленные растворы используются для тонкой струйной печати, а пасты - для толстой трафаретной и контактной печати. Низкая вязкость, в диапазоне 7-10 сП для создания субмикронных тонких структур, предпочтительна для процессов струйной печати. Для трафаретной и контактной печати лучше использовать тиксотропы с более высокой вязкостью (100 000150 000 сП) и создавать детали толщиной 10-25 мм [20].
Таким образом, микротехнологии позволяют унифицировать процесс изготовления SPCE, получая при этом партию изделий с близкими техническими характеристиками, что делает возможным наладить их массовое производство с низкими затратами.
Усовершенствование конструкций
электродов, получаемых методом трафаретной печати, привела к созданию практически универсальных трехэлектродных систем, пригодных для исполнения любой техники вольтамперометрического анализа [21,22,23,24]. В этих конструкциях рабочий и вспомогательный электроды выполнены из углеродсодержащей пасты, а Ag/AgCl электрод сравнения - из серебряной, входящих в состав специальных чернил для струйных принтеров. В качестве материала подложки обычно используется полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Унификация технических характеристик screen-printed
электродов достигается использованием постоянного состава чернил и печатающего устройства. Стандартные размеры screen-printed электродов 10 мм х 28 мм х 0,35 мм. Сопротивление - не более 20-40 Ом.
Как правило, screen-printed электроды применяются в комплекте с электрохимическими ячейками различных конструкций, зачастую
выполненных из прозрачного оргстекла или метакрилата [19].
На рисунках 1-3 показаны схема screen-printed электрода и типы электрохимических ячеек для стационарного и проточного режимов использования этих электродов.
Рис.1. Схема screen-printed электрода
Рис.2 Ячейка для анализа в стационарном режиме
Рис.З.Ячейка для проведения проточного и проточно-инжекционного анализа
Подключение сенсора к современному измерительно-задающему устройству типа потенциостат или полярограф осуществляется также без особого труда. Обработка аналитического сигнала регламентируется выбранной из меню интерфейса программой.
На рис.4. приведена схема регистрации аналитического сигнала на примере инверсионно-вольтамперометрического определения цинка методом добавок.
Рис. 4. Схема регистрации аналитического сигнала screen-printed электрода.
Основное преимущество технологии изготовления и использования в
вольтамперометрическом анализе печатных электродов заключается в миниатюрности создаваемых датчиков, их
многофункциональности, низкой себестоимости и, следовательно, возможности их одноразового применения. Последнее открывает широкие возможности в изготовлении различных хемо- и биосенсорных систем, предназначенных для
экспресс оценки ситуаций, возникающих в результате производственных аварий, стихийных бедствий и прочих чрезвычайных происшествий.
Получение стабильного и адекватного сигнала датчика во многом зависит от материалов, из которых он изготовлен. Поначалу задуманный по аналогии с толстопленочным ртутно- графитовым электродом, screen-printed электрод был использован в экомониоринге различных природных объектов. При этом были использованы
* - условная аббревиатура
SPCE - screen-printed электрод
SWASV - анодная инверсионная вольтамперометрия с квадратноволной разверткой LSASV - анодная инверсионная вольтамперометрия с линейной разверткой DPASV - дифференциально-импульсная анодная инверсионная вольтамперометрия
как нативные, немодифицированные электроды, ртути. Результаты анализов с такими SPCE так и электроды, модифицированные пленкой представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Применение нативных и модифицированных ртутной пленкой SPCE в инверсионно_вольтамперометрическом определении ионов тяжелых металлов* _
Ион Модификатор Фоновый электролит Техника измерения Линейный диапазон Предел обнаружения Образец [Ссылка]
Cr6+ Немодифициро-ванный 0.1 M H2SO4 LSCSV 100-1000 нг/мл 19 нг/мл Вода из каналов [25]
Hg2+, Pb2+, Ni2+, Cd2+, Cu2+ Немодифициро-ванный 0.1 M NaQ. pH 1.35 DPASV, -1.4 В - - Почва [26]
Pb2+, Ni2+, Cd2+, Cu2+ Немодифициро-ванный 0.1 M NaQ. pH 1.35 DPASV, -1.4 В - - Почвенные воды [28]
Cd2+, Pb2+ Немодифициро-ванный 0.2 М укус-ная к-та + 0.2 М ацетат натрия DPASV, -1.0 В Cd2+ 2-100 мкМ, Pb2+ 5-100 мкМ Cd2+ 500 нМ Pb2+ 800 нМ (120 с.) Дождевая вода [29]
Cd2+ Микро-эл-д, модиф. ^ методом фемто-секунд-ной лазерной абляции. ацетатный буфер рН 4.5 SWASV 1-10 нг/мл 1,3 нг/мл (300 с.) Речная вода [30]
Cd2+ Пленка ^ ex-situ ацетатный буфер pH 4.5 SWASV, -1.0 В 0.2-40 нг/мл 0.2 нг/мл, (60 с.) Речная вода [28]
Pb2+, Cd2+, Cu2+ Тонкая пленка ^ Подкисление нa pH 2 SWASV, -1.1 В, (120 с.) 0-500 нг/мл Cd2+ 7.0 нг/мл, Pb2+ 0.31 нг/мл, Cu2+ 0,53 нг/мл Морская вода [31]
Sb3+ Hg пленка 3 м нa DPASV, -0.9 В (600 с.) 0.99х10-8 -8.26х10-8 M 1,27х10-8 M Морская вода [32]
Pb2+ Hg пленка 0.1 м кa DPASV, -1.1 В (400с.) 10-60 мкг/л 2 мкг/л - [33]
Результаты, приведенные в таблице 1, показывают успешность применения Hg-SPCE в определении неорганических ионов с большой точностью и достижением весьма низких пределов обнаружения. Однако, даже при небольших количествах ртути, используемой с этими устройствами, остается та же самая проблема, что и с макро - ртутьсодержащими электродами, - их утилизация.
4. Разработка экологически чистых SPCE сенсоров
К screen-printed электродам была применена технология модификации их поверхности реагентами, позволяющими исключить токсичную ртуть из процедуры их модификации. Таким
примером является модификация поверхности угольных электродов, изгототовленных методом трафаретной печати, наночастицами висмута.
О возможности применения висмута, в 5000 раз менее токсичного, чем ртуть в модификации углеродсодержащих электродов сообщалось и ранее [34,35]. Модификация SPCE висмутовой пленкой аналогична модификации ртутной пленкой: осаждение из растворимой соли висмута способами in situ, или ex situ, а также в виде нерастворимых оксидов или соли Bi, например, Bi2O3 или BiPO4 [36,37,38,39], как составляющая часть чернил для трафаретной печати, которые затем восстанавливаются до Bi на этапе электрохимического осаждения. Ряд обзоров был
сфокусирован на применении Bi В таблице 2. представлены примеры
модифицированных электродов. Такие высоко использования В^РСЕ в анализе тяжелых токсичные элементы как хром [41], цинк [38] и токсичных металлов. свинец [40], были определены с помощью Вь модифицированных SPCE.
Таблица 2.
Применение SPCE, модифицированного висмутом, в инверсионно-вольтамперометрическом
определении ионов тяжелых металлов
Ион Модификатор Фоновый электролит Техника измерения Линейный диапазон Предел обнаружения Образец [Ссылка]
Zn2+, Cd2+, Pb2+ Химически синтезированные наноча-стицы Bi 0.1 M Na-ацетатный буфер рН 4.5 SWASV, -1,4 В, проточная и стацио-нарная ячейка с перемешиванием - 0.52 нг/мл Zn2+, 0.45 нг/мл Cd2+, 0.41 нг/мл Pb2+, (120 с.) Сточные и питьевые воды [46]
Zn2+, Cd2+, Pb2+ Чернила, модифицированные Bi2O3 0.1 M Na-ацет. буфер, 0.05M HCl SWASV, -1.2 В Cd2+10-150 нг/мл, Pb2+ 10-150 нг/мл, Zn2+ 40-150 нг/мл 5, 10 и 30 нг/мл Речная вода [42]
Cd2+ Пленка Bi ex situ 0.2M Na-ацетат. буфер рН 4.5 SWASV, -1.0 В 5.6-45 нг/мл 1.3 нг/мл Речная вода в районе добычи руды [43]
Cd2+, Pb2+ Чернилаc оксидом висмута 0.5 M NH4+ -ацет. буфер + 0,1 M HCl pH 4.6 Хронопотен-циометрия 20-300 нг/мл Pb2+ 8.0 нг/мл, Cd2+ 16 нг/мл Почва, вода [44,45]
Другой метод модификации
углеродсодержащих электродов заключается в изменении их поверхности с использованием гидроксиапатита (ГА), который признано считать биоактивным и биосовместимым материалом, состоящим, в основном, из фосфатов кальция. Известно, что гидрокиапатит обладает хорошей сорбционной способностью по отношению к ионам двухвалентных тяжелых металлов. Ионы тяжелых металлов взаимодействуют с электродом, модифицированным гидроксиапатитом, путем предварительного концентрирования с
образованием комплекса на поверхности с последующей адсорбцией на ГК и замещением ионов кальция в сочетании с диффузией на поверхности электрода [47].
В ряде работ было рассмотрена возможность модификации электродов биополимерами растительных и животных тканей. Эта возможность обусловлена тем, что подобные биоматериалы для модификации углеродсодержащих электродов, содержат в своем составе участки, включающие карбоксо -, амино -, сульфо- и фосфорильные-группы, способные связывать аналиты, в частности тяжелые металлы, принадлежащие d-элементам.
Аминокислоты, входящие в состав белков, также могут быть весьма активными лигандами для многих ионов металлов, так как имеют большое количество потенциальных донорных атомов как в
самом пептидном каркасе, так в боковых цепях аминокислот. Аналогично, лигноцеллюлозные материалы и лигнины, которые содержат большое количество кислородсодержащих функциональных групп, таких как спиртовые, фенольные и карбоксильные, потенциально могут образовывать макромолекулярные высокостабильные комплексы за счет водородной, ионной и координационной ковалентной связи. Полисахариды, такие как целлюлоза, могут служить центрами связывания металлов карбонильными и гидроксильными группами [48].
Преимуществом таких модифицированных электродов является их высокая экологичность, большой ресурс работы, длительный срок хранения, наличие чувствительной поверхности, легко подвергаемой обновлению простой процедурой полировки [49,50,51].
Целесообразно напомнить, что первый углеродсодержащий модифицированный электрод был разработан на основе тканей растений и предназначался для определения L-глутамата [52].
В таблице 3 представлены некоторые материалы растительного и животного происхождения, используемые в качестве модификаторов электродов для
вольтамперометрического определения инонов РЬ
Таблица 3.
SPСE, модифицированные растительными и животными материалами для обнаружения Pb (II)
Модификатор Предел обнаружения (ppb) Ссылка
На основе растений
Волокно кокосового ореха 1000 [53]
Pennisetum (сорняковая трава) — род распространённых травянистых растений из семейства злаков, произрастающих в тропических и тёплых умеренных регионах мира. 10 [54]
Корка ананаса - [55]
Банановая кожура 100 [56]
На основе животных
Перья птиц 121 [57]
Перья птиц 590 [58]
Заключение
На основании проведенного обзора литературы и собственного опыта показано, что исследования последних десятилетий были направлены на разработку более чувствительных аналитических методов для обнаружения и ликвидации токсичных поллютантов, таких как ионы тяжелых металлов. Доступ к надежным, чувствительным, селективным, недорогим и экологически чистым химическим датчикам становится важным фактором в проведении мониторинга окружающей среды. Среди них -замена традиционно опасных ртутьсодержащих электродов на углеграфитовые электроды, модифицированные пленкой висмута, золота, полианилина.
Особо приветствуется создание
микролабораторий на чипе и, в частности, screen-printed электродов, изготовленных методом трафаретной печати. Такие сенсоры обладают широким диапазоном потенциалов и высокой чувствительность определения группы тяжелых металлов как в природных и техногенных объектах, так и в биологических субстратах.
Для создания таких экологически чистых микроэлектродов имеется большой арсенал средств модификации их поверхности и модифицирующих агентов на основе гидроксиапатита, целлюлозы, хитозана, наночастиц углерода, драгоценных металлов и металлооксидов.
Электроды с трафаретной печатью позволяют использовать портативные системы для анализа в реальном времени, а автоматизация процесса их производства делает их более универсальными для массового применения при низких затратах, что, в свою очередь, позволяет их разовое использование.
Широкое применение таких электродов в аналитической практике может благоприятно сказываться на оперативном принятии решений по контролю и улучшению качества окружающей среды и охраны здоровья населения.
Список литературы
Anastas P.T, Kirchhoff M.M. Origins, current status, and future challenges of green chemistry // Acc Chem Res. 2002. V.35(9). P.686-694.
Anastas P.T., Warner J.C. Green chemistry: theory and practice. - USA: Oxford University Press; 1998. 30 p. Clark J.H., Macquarrie D.J. Handbook of green chemistry and technology. USA: Wiley-Blackwell; 2002. 564 p. Якунина И.В., Попов Н.С. Методы и приборы контроля окружающейсреды. Экологический мониторинг : учебное пособие . - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. - 188 с. / https://www.tstu.ru/book/elib /pdf/2009/Popov-Yakunina-l.pdf. Дата обращения 5.01.2021 Clarkson T.W. Metal toxicity in the central nervous system // Environ Health Perspect. 1987. V.75. P.59-64. Sanchez M.L. Causes and effects of heavy metal pollution. - USA: Nova Science Publisher; 2009. Gardolinski P.C., Hanraha G., Achterberg E.P., et al. Comparison of sample storage protocols for the determination of nutrients in natural waters // Water Res. 2001. V.35(15). P.3670-3678. Выдра Ф., Штулик К., Юлакова Э. Инверсионная вольтамперометрия. -М.: Мир, 1980. - 278 с. Аронбаев С. Инверсионная вольтамперометрия. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Электрохимические методы анализа». - Самарканд: СамГУ, 2015. - 42 с. [ library. ziyonet.uz>uz/book/download/22155 ].
8
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Alegret S., Merkogi A. Electrochemical sensor analysis.1st ed. Elsevier Science Limited, Canada: Springer; 2007. 1028 p. 22. Scholz F. Electroanalytical methods: guide to experiments and applications: USA: Springer Verlag; 2010. 366 p. Аронбаев С.Д., Норкулов У.М., Нармаева Г.З., Аронбаев Д.М Висмут-модифицированные электроды в 23. вольтамперометрическом анализе органических соединений и биологически активных веществ: опыт применения и перспективы развития // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 3(57). 24. URL: http://7universum.com/ru
/nature/archive/item/6974. Choi H.S., Kim H.D. Development of a portable heavy metal ion analyzer using disposable screen-printed electrodes 25. //Bulletin of the Korean Chemical Society. 2009. V.30(8). P.1881-1883. Cooper J., Bolbot J., Saini S., et al. Electrochemical method for the rapid on site screening of cadmium and lead in soil 26. and water samples // Water, Air, & Soil Pollution. 2007. V.79(1). P.183-195. Beni V., Ogurtsov V., Bakunin N., et al. Development of a portable electroanalytical system for the stripping voltammetry of metals: Determination of 27. copper in acetic acid soil extracts //Analytica Chimica Acta. 2005. V.552. P.190-200.
Shitanda I., Irisako T., Itagaki M. Three-electrode type micro- electrochemical cell fabricated by screen-printing. Sensors Actuators B: Chemical. 2011. V.160. P. 1606. 28.
Das R.N., Lin H.T., Lauffer J.M., et al. Printable electronics: towards materials development and device fabrication // Circuit World. 2011. V.37. P.38-45. Renedo O.D., Alonso-Lomillo M.A., Martínez M.J. Recent developments in the field of screen-printed electrodes and their related applications // Talanta. 2007. 29. V.73(2). P.202-219.
Аронбаев С.Д., Аронбаев Д.М., Исмаилов Э.Х. и др. Screen-printed электроды в инверсионно-
вольтамперометрическом определении тяжелых металлов // Universum: Химия и биология : 30 электрон. научн. журн. -2020. № 5(71)-C.22-34.
Thiyagarajan N., Chang, J.-L., Senthilkumar K., Zen, J.-M. Disposable electrochemical sensors: A mini review // Electrochem. Commun. 2014. V.38. P. 86-90.
Hayat A., Marty J.L. Disposable Screen- 31. printed Electrochemical Sensors: Tools
for Environmental Monitoring // Sensors. 2014. V. 14. P. 10432-10453. Morrin A., Killard A.J., Smyth M.R. Electrochemical Characterization of Commercial and Home-Made Screen-Printed Carbon Electrodes // Analytical Letters. 2003. V. 36 (9). P. 2021-2039. doi: 10.1081/AL-120023627 Yamanaka K., Vestergaard M.C., Tamiya E. Printable Electrochemical Biosensors: A Focus on Screen-Printed Elec-trodes and Their Application // Sensors. 2016.V.16. P 1761;
doi:10.3390/s16101761. Metters J.P., Kadara R.O., Banks C.E. New directions in screen printed electroanalytical sensors: an overview of recent developments // Analyst. 2011. V.136(6). P.1067-1076. Hallam P.M., Kampouris D.K., Kadara R.O., Banks C.E. Graphite screen-printed electrodes for the electrochemical sensing of chromium(VI) // Analyst. 2010. V. 135. P. 1947-1952. Christidis K., Robertson P., Gow K., Pollard P. Voltammetric in situ measurements of heavy, metals in soil using a portable electrochemical instrument // Measurement. 2007. V. 40. P. 960-967.
Pollard P., Adams M., Robertson P.J., et al. Environmental Forensic Investigations: The Potential Use of a Novel Heavy Metal Sensor and Novel Tangents. In Criminal and Environmental Soil Forensics IV. 2009, Ritz, K., Dawson, L., Miller, D., Eds. - Springer: Berlin, Germany. 2009. - P. 477-490. Zaouak O., Authier L., Cugnet C., Castetbon A., Potin-Gautier M. Electroanalytical Device for Cadmium Speciation in Waters. Part 1: Development and Characterization of a Reliable Screen-Printed Sensor // Electroanalysis. 2010. V. 22. P. 11511158.
Guell R., Aragay G., Fontàs C., Antico E., Merkoci A. Sensitive and stable monitoring of lead and cadmium in seawater using screen-printed electrode and electrochemical stripping analysis // Anal. Chim. Acta. 2008. V. 627. P. 219224.
Cugnet C., Zaouak O., René A., Pécheyran C., et al. A novel micro-electrode array combining screen-printing and femtosecond laser ablation technologies: Development,
characterization and application to cadmium detection // Sens. Actuators B Chem. 2009. V. 143. P. 158-163. Aragay G., Puig-Font A., Cadevall M., Merkoc A. Surface Characterizations of
34.
35.
Mercury-Based Electrodes with the Resulting Micro and Nano Amalgam Wires and Spheres Formations May 42. Reveal Both Gained Sensitivity and Faced Nonstability in Heavy Metal Detection // J.Phys.Chem.C. 2010. V. 114. P. 9049-9055.
32. Renedo O.D., González M.J.G., Martínez M.J.A. Determination of Antimony (III) 43. in Real Samples by Anodic Strip-ping Voltammetry Using a Mercury Film Screen-Printed Electrode // Sensors.
2009. V. 9. P. 219-231.
33. Choi H.S., Kim H.D. Development of a Portable Heavy Metal Ion Analyzer
Using Disposable Screen-Printed 44. Electrodes // Bull. Korean Chem. Soc. 2009. V. 30. P. 1881-1883. Arduini F., Calvo J.Q., Amine A., et al. Bismuth-modified electrodes for lead detection // TrAC. 2010. V. 29. P. 12951304.
Аронбаев С.Д., Нармаева Г.З., 45. Аронбаев Д.М. Углеродсодержащие экологически чистые электроды, модифицированные висмутом для вольтамперометрического анализа // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. - 2018. № 5(47). URL: http://7universum.com/ru/ 46.
nature/archive/item/5782.
36. Svancara I., Prior C., Hocevar S.B.,Wang J. A Decade with Bismuth-Based Electrodes in Electroanalysis // Electroanalysis. 2010. V. 22. P. 14051420.
37. Kadara R.O., Tothill I.E. Development of 47. disposable bulk-modified screen-printed electrode based on bismuth oxide for stripping chronopotentiometric analysis
of lead (II) and cadmium (II) in soil and water samples // Anal. Chim. Acta. 2008. V. 623. P. 76-81. 48.
38. Khairy M., Kadara R.O., Kampouris D.K., Banks C.E. Disposable Bismuth Oxide Screen- printed Electrodes for the Sensing of Zinc in Seawater // Electroanalysis. 2010. V. 22. P. 1455- 49. 1459.
Kokkinos C., Economou A. Stripping at Bismuth-Based Electrodes // Curr. Anal. Chem. 2008. V. 4. P. 183-190. Kruusma J., Banks C.E., Compton R.G. 50. Mercury-free sonoelectroana-lytical detection of lead in human blood by use of bismuth-film-modified boron-doped diamond electrodes // Anal. Bioanal. Chem. 2004. V. 379. - P. 700-706. 51.
41. Yong L., Armstrong K.C., Dansby-Sparks R.N., Carrington N.A., et al. Quantitative analysis of trace chromium in blood samples. Combination of the advanced oxidation process with catalytic
39.
40.
adsorptive stripping voltammetry // Anal. Chem. 2006. V. 78. P. 7582-7587. Lu D., Belle J.L., Ninivin C.L., Mabic S., Dimitrakopoulos T. In situ electrochemical detection of trace metal vapors at bismuth doped carbon screen-printed electrodes // J. Electroanal. Chem. 2010. V. 642. P. 157-159. Injang U., Noyrod P., Siangproh W., Dungchai W., et al. Determination of trace heavy metals in herbs by sequential injection analysis-anodic stripping voltammetry using screen-printed carbon nanotubes electrodes // Anal. Chim. Acta. 2010. V. 668. P. 54-60. Chuanuwatanakul S., Dungchai W., Chailapakul O., Motomizu S. Determination of trace heavy Metals by Sequential Injection- anodic Stripping Voltammetry using Bismuth Film Screen- printed Carbon Electrode // Anal. Sci. 2008. V. 24. P. 589-594. Siriangkhawut W., Pencharee S., Grudpan K., Jakmunee J. Sequential injection monosegmented flow voltammetric determination of cadmium and lead using a bismuth film working electrode // Talanta. 2009. V. 79. P. 11181124.
Rico M.A., Olivares-Marín M., Gil E.P. Modification of carbon screen- printed electrodes by adsorption of chemically synthesized Bi nanoparticles for the voltammetric stripping detection of Zn(II), Cd(II) and Pb(II // Talanta. 2009. 80(2). P.631-635.
Khan A.A.A., Abdullah M.A. Bismuth-modified hydroxyapatite carbon electrode for simultaneous in-situ cadmium and lead analysis // International Journal of Electrochemical Science. 2014. V.8. P.195-203.
Nazir M.S. Eco-Friendly Extraction, Characterization and modification of microcrystalline cellulose from oil palm empty fruit bunches. - Malaysia: Universiti Teknologi Petronas, 2013. Ajab H. Cellulose-Hydroxyapatite-Modified Carbon Electrode Sensor for Plumbum ions detection in aqueous and complex media. Malaysia: Universiti Teknologi Petronas; 2015. Rajawat D.S. Voltammetric studies on some plant based sensors for trace metal determination in aqueous system a green approach. India: Dayalbag Educational Institute, 2013.
Fatibello-Filho O., Lupetti K.O., Leite O.D., et al. Electrochemical biosensors based on vegetable tissues and crude extracts for environmental, food and pharmaceutical analysis //
52.
53
54.
55.
Comprehensive Analytical Chemistry. 2007. V.49. P.357-377.
Kuriyama S., Rechnitz G. Plant tissue- 56.
based bioselective membrane electrode
for glutamate // Analytica Chimica Acta.
1981. V.131. P.91-96.
Mojica E.R.E., Merca F., Micor J. Fiber
of kapok (Ceiba pentandra) as component
of a metal sensor for lead in water 57.
samples // Philippine Journal of Crop
Science. 2002. V.27(2). P.37-42.
Ouangpipat W., Lelasattarathkul T.,
Dongduen C., et al. Bioaccumulation and
determination of lead using treated-
Pennisetum-modified carbon paste 58.
electrode // Talanta. 2003. V.61(4).
P.455-464.
Mojica E.R.E., Gomez S.P., Micor J.R.L., et al. Lead detection using a pineapple
bioelectrode // Philippine Agricultural Scientist. 2006. V.89. P.134- 140. Mojica E.R.E., Vidal J.M., Pelegrina A.B., et al. Voltammetric determination of lead (II) ions at carbon paste electrode modified with banana tissue // Journal of Applied Sciences. 2007. No7. P.1286-1292.
Mojica E.R.E., Santos J.H., Micor J.R.L. Determination of lead using a feather-modified carbon paste electrode by anodic stripping voltammetry // World Applied Sciences. 2007. V.2(5). P.512-518.
Mojica E.R.E., Tocino A., Micor J., et al. A feather-trode sensor for detecting lead ions // Philippine Journal of Science. 2005. V.134(1). P.51-56.
УДК:546.3
ХАРАКТЕРА ХИМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ТРОЙНОЙ СИСТЕМЕ ER-BI (SB)-SE.
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2021.2.82.1213 Садыгов Фуад Микаил
д.х.н., проф., кафедры «Общей и неорганической химии Бакинский государственный университет,
Баку
Ализаде Нигяр Мубариз
магистр кафедры «Общей и неорганической химии Бакинский государственный университет,
Баку
Исмаилов Закир Ислам
к.т.н.доцент, кафедр «Общей и неорганической химии
Бакинский государственный университет,
Баку
UOT:546.3
CHARACTER OF CHEMICAL INTERACTION IN THE TRIPLE SYSTEM ER-BI (SB) -SE.
Sadigov Fuad Mikail
doctor of chemical sciences, prof., department "General and inorganic chemistry Baku State University, Baku
Alizade Nigar Mubariz
master student of the department "General and inorganic chemistry Baku State University, Baku
Ismailov Zakir Islam
Ph.D. Associate Professor, Departments "General and inorganic chemistry Baku State University, Baku
АННОТАЦИЯ
Методами физико-химического анализа исследованы системы Bi2Seз-Er2Seз и Sb2Seз- Er2Seз которые являются квазибинарным сечением тройной системы Er-Bi-Se и Er-Sb-Se.
