Теоретическое описание лигандной функции ионоселективных электродов, обратимых к анионным комплексам металлов. 1. Нижний предел обнаружения и факторы, его определяющие

  • Владимир Владимирович Егоров Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-9414-0423
  • Андрей Владиславович Семёнов Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-6478-0435
  • Андрей Дмитриевич Новаковский Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Евгений Борисович Окаев Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-6377-1975

Аннотация

В рамках применения стационарной диффузионной модели дано теоретическое описание нижнего предела обнаружения (НПО) роданид-ионов с помощью тетрароданоцинкат-селективного электрода. Основными допущениями в настоящей модели являются постоянство концентрации ионообменника по профилю мембраны, традиционно используемое в различных диффузионных моделях межфазового потенциала, и линейные профили концентраций компонентов в диффузионных слоях. Получены простые количественные соотношения, связывающие концентрацию роданид-ионов в приэлектродном слое раствора, от которой зависит величина НПО, с константами экстракционных равновесий на межфазной границе, константами устойчивости роданидных комплексов цинка в растворе и параметрами диффузии в фазах мембраны и раствора. Рассчитанные величины НПО соответствуют приведенным в литературе экспериментально полученным значениям. Показана возможность существенного снижения НПО за счет легко регулируемых диффузионных параметров: толщины диффузионного слоя в фазе мембраны, которая является функцией времени, и толщины диффузионного слоя исследуемого раствора, обусловленной режимом перемешивания.

Биографии авторов

Владимир Владимирович Егоров, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

доктор химических наук, профессор; профессор кафедры аналитической химии химического факультета

Андрей Владиславович Семёнов, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории физико-химических методов исследования

Андрей Дмитриевич Новаковский, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

старший преподаватель кафедры аналитической химии химического факультета БГУ, младший научный сотрудник лаборатории физико-химических методов исследования Научно-исследовательского института физико-химических проблем БГУ

Евгений Борисович Окаев, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук, доцент; доцент кафедры аналитической химии химического факультета

Литература

  1. Starobinets GL, Rakhman’ko EM, Lomako VL. Ion-selective electrode for determination of zinc and thiocyanate ions. Zhurnal analiticheskoi khimii. 1981;36(7):1305–1310. Russian.
  2. Rakhman’ko EM, Lomako VL, Poklonskaya TE, Kachanovich IV, Serdyukova IE. Thiocyanate function of a zinc thiocyanatebased electrode. Zhurnal analiticheskoi khimii. 1995;50(2):200–203. Russian.
  3. Rakhman’ko EM, Matveichuk YuV, Yasinetskii VV. Ligand (thiocyanate) response of the tetrathiocyanozincate-selective electrode based on threenoniloctadecylammonium. Vestnik BGU. Seriya 2. Khimiya. Biologiya. Geografiya. 2011;2:10–14. Russian.
  4. Matveichuk YuV, Gulevich AL, Rakhman’ko EM, Yasinetskii VV, Tsyganov AR, Stanishevskii LS. Numerical simulation of thiocyanate and zincthiocyanate functions of a tetrathiocyanozincate selective electrode. Doklady NAN Belarusi. 2012;56(6):51−55. Russian.
  5. Rakhman’ko EM, Matveichuk YuV, Yasinetskii VV, Stanishevskii LS. Using a Zn(NCS)4 2-selective electrode for determining rhodanide. Journal of Analytical Chemistry. 2013;68(3):261−264. DOI: 10.1134/S106193481303009X.
  6. Rakhman’ko EM, Matveichuk YuV, Yasinetskii VV. [Development of superselective analytical systems for the determination of thiocyanate ions]. Analitika RB – 2013. Tezisy dokladov 3-i Respublikanskoi konferentsii po analiticheskoi khimii s mezhdunarodnym uchastiem; 17–18 maya 2013 g.; Minsk, Belarus. Minsk: Bekarusian State University; 2013. р. 32. Russian.
  7. Rakhman’ko EM, Matveichuk YuV, Yasinetskii VV. The use of tetrathiocyanatozincate selective electrode for the determination of zinc and thiocyanate ions. Vestnik BGU. Seriya 2. Khimiya. Biologiya. Geografiya. 2012;1:33−37. Russian.
  8. Matveichuk YuV, Rakhman’ko EM. Influence of ZnCl2 concentration on the selectivity of a Zn(NCS)4 2-selective electrodes and its application for determination SCN-ions in industrial solutions. Journal of the Chilean Chemical Society. 2017;62(2):3478–3482. DOI: 10.4067/S0717-9707201700020001.
  9. Rakhman’ko EM, Matveichuk YuV, Yasinetskii VV. Direct potentiometric determination of thiocyanate ions by zinc and tetrathiocyanocobaltate selective electrodes. Vesci NAN Belarusi. Seryja himichnyh navuk. 2012;4:36−40. Russian.
  10. Rakhman’ko EM, Matveichuk YV, Yasinetski VV. Studing of selectivity of zinc and cobalt thiocyanate electrodes to thiocyanate ions in presence ClO4− and NO3−. Metody i ob’ekty himičeskogo analiza. 2014;9(2):95−100. DOI: 10.17721/moca.2014.95-100.
  11. Rakhman’ko EM, Tarazevich MYa, Matveichuk YuV. [Ion-selective electrodes based on higher quaternary ammonium salts, reversible to thiocyanate complexes of zinc and cobalt, and their application in chemical analysis]. In: Sviridova DV, editor. Khimiya novykh materialov i biologicheski aktivnykh veshchestv. Minsk: Izdatel’skii tsentr BGU; 2016. p. 98–115. Russian.
  12. Matveichuk YV, Rakhman’ko EM. Ligand function of ion-selective electrodes reversible to zinc and cobalt thiocyanate complexes: causes of formation, mathematical description, and analytical applications. Journal of Analytical Chemistry. 2019;74(7):715–721. DOI: 10.1134/S106193481905006X.
  13. Rakhman’ko EM, Lomako SV, Lomako VL. Chloride-selective film electrode based on trinonyloctadecylammonium trichloromercurate. Journal of Analytical Chemistry. 2000;55(4):363–366. DOI: 10.1007/BF02757773.
  14. Rakhman’ko EM, Lomako SV, Lomako VL. Chloride response of a cadmium chloride electrode. Journal of Analytical Chemistry. 2001;56(10):957–962. DOI: 10.1023/A:1012369730544.
  15. Rakhman’ko EM, Lomako SV, Lomako VL, Marinchik OV. [Chloride function of bismuth chloride electrode]. In: Tezisy dokladov Vseukrainskoi konferentsii po analiticheskoi khimii, posvyashchennoi 100-letiyu so dnya rozhdeniya N. P. Komarya; 15–19 maya 2000 g.; Khar’kov, Ukraina. Khar’kov: [publisher unknown]; 2000. p. 154. Russian.
  16. Rakhman’ko EM, Starobinets GL, Tsvirko GA, Gulevich AL. [A film bromocadmium ion-selective electrode]. Journal of Analytical Chemistry. 1987;42(2):277–280. Russian.
  17. Rakhman’ko EM, Sleptsova NN, Gulevich AL, Tsyganov AR. Bromide function of the film ion-selective electrode based on trianoniloctadecylammonium tetrabromocadmium. Doklady NAN Belarusi. 2014;58(1):62−67. Russian.
  18. Rakhman’ko EM. Fiziko-khimicheskie osnovy primeneniya ekstraktsii solyami vysshikh chetvertichnykh ammonievykh osnovanii v analize [dissertation] [Physico-chemical principles of the use of extraction with higher quaternary ammonium bases’ salt in the analysis]. Minsk: Belarusian State University; 1994. 141 p. Russian.
  19. Egorov VV, Rakhman’ko EM, Gulevich AL, Lomako SV, Rat’ko AA. Metal complexes as promising ionophores for the production of anion-selective electrodes with improved selectivity. Russian Journal of Coordination Chemistry. 2002;28(10):709–725. DOI: 10.1023/A:1020403528932.
  20. Egorov VV, Rakhman’ko ЕM, Rat’ko AA. Anion-selective electrodes with liquid membranes. In: Grimes CA, Dickey EC, Pishko MV, editors. Encyclopedia of sensors. Volume 1. California: ASP; 2006. p. 211–240.
  21. Rakhman’ko EM, Matveichuk YuV, Kachanovich IV. Rodanidnye kompleksy metallov v ekstraktsii i ionometrii [Thiocyanate metal complexes in extraction and ionometry]. Minsk: Belarusian State University; 2017. 171 p. Russian.
  22. Sokalski T, Zwickl T, Bakker E, Pretsch E. Lowering the detection limit of solvent polymeric ion-selective membrane electrodes. 1. Modeling the influence of steady-state ion fluxes. Analytical Chemistry. 1999;71(6):1204–1209. DOI: 10.1021/ac980944v.
  23. Morf WE, Pretsch E, de Rooij NF. Computer simulation of ion-selective membrane electrodes and related systems by finite-difference procedures. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2007;602(1):43–54. DOI: 10.1016/j.jelechem.2006.11.025.
  24. Morf WE, Pretsch E, de Rooij NF. Theory and computer simulation of the time-dependent selectivity behavior of polymeric membrane ion-selective electrodes. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2008;614(1–2):15–23. DOI: 10.1016/j.jelechem.2007.10.027.
  25. Egorov VV, Zdrachek EA, Nazarov VA. Improved separate solution method for determination of low selectivity coefficients. Analytical Chemistry. 2014;86(8):3693–3696. DOI: 10.1021/ac500439m.
  26. Bakker E. Evaluation of Egorov’s improved separate solution method for determination of low selectivity coefficients by numerical simulation. Analytical Chemistry. 2014;86(16):8021–8024. DOI: 10.1021/ac502638s.
  27. Kisiel A, Michalska A, Maksymiuk K. Bilayer membranes for ion-selective electrodes. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2016;766:128−134. DOI: 10.1016/j.jelechem.2016.01.040.
  28. Yuan D, Bakker E. Overcoming pitfalls in boundary elements calculations with computer simulations of ion selective membrane electrodes. Analytical Chemistry. 2017;89(15):7828−7831. DOI: 10.1021/acs.analchem.7b01777.
  29. Egorov VV, Novakovskii AD, Zdrachek EA. Modeling of the effect of diffusion processes on the response of ion-selective electrodes by the finite difference technique: comparison of theory with experiment and critical evaluation. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2017;72(7):793–802. DOI: 10.1134/S1061934817070048.
  30. Egorov VV, Novakovskii AD, Zdrachek EA. An interface equilibria-triggered time-dependent diffusion model of the boundary potential and its application for the numerical simulation of the ion-selective electrode response in real systems. Analytical Chemistry. 2018;90(2):1309–1316. DOI: 10.1021/acs.analchem.7b04134.
  31. Egorov VV, Novakovskii AD. Application of the interface equilibria-triggered dynamic diffusion model of the boundary potential for the numerical simulation of neutral carrier-based ion-selective electrodes response. Analytica Chimica Acta. 2018;1043:20–27. DOI: 10.1016/j.aca.2018.08.043.
  32. Egorov VV, Novakovskii AD. Overcoming of one more pitfall in boundary element calculations with computer simulations of ion-selective electrode response. ACS Omega. 2019;4(1):1617–1622. DOI: 10.1021/acsomega.8b02926.
  33. Egorov VV, Novakovskii AD. On the possibilities of potentiometric analysis in presence of small concentrations of highly interfering foreign ions: ways for reducing the interference. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2019;847:113234. DOI: 10.1016/j.jelechem.2019.113234.
  34. Egorov VV, Novakovskii AD, Salih FA, Semenov AV, Akayeu YB. Description of the effects of non‐ion‐exchange extraction and intra‐membrane interactions on the ion‐selective electrodes response within the interface equilibria‐triggered model. Electroanalysis. 2020;32(4):674–682. DOI: 10.1002/elan.201900647.
  35. Morf WE, editor. The principles of ion-selective electrodes and of membrane transport. Amsterdam: Elsevier; 1981. 433 p.
  36. Tarazevich MYa. Tetrarodanotsinkat-selektivnyi elektrod i ego analiticheskoe primenenie [dissertation abstract] [Tetrarodanzincate-selective electrode and its analytical application]. Minsk: Belarusian State University; 2006. 21 p. Russian.
  37. Neumann JF, Paxon JP, Cummiskey CJ. Anion exchange of metal complexes—III[1] the zinc-thiocyanate system. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 1968;30(8):2243–2248. DOI: 10.1016/0022-1902(68)80223-4.
  38. Dean J, editor. Lange’s handbook of chemistry. New York: McGraw-Hill; 1998. 1561 p.
  39. Zdrachek EA, Nazarov VA, Egorov VV. Method for estimation of ion diffusion coefficients in ion-selective electrode membranes from potentiometric data. Vestnik BGU. Seriya 2. Khimiya. Biologiya. Geografiya. 2014;1:10–15. Russian.
  40. Bard AJ, Faulkner LR. Electrochemical methods. New York: John Wiley & Sons; 2000. 833 p.
  41. Matveichuk YV, Rakhman’ko EM, Yasinetskii VV, Stanishevskii LS. Zn(NCS)4 2-selective electrode based on higher quaternary ammonium salts (QAS). Analytical Chemistry. 2013;68(4):328–334. DOI: 10.1134/S1061934813040096.
Опубликован
2020-08-28
Ключевые слова: тетрароданоцинкат-селективный электрод, лигандная функция, нижний предел обнаружения, диффузионная модель
Поддерживающие организации Данная работа выполнена при поддержке Министерства образования Республики Беларусь (проект № 20190746).
Как цитировать
Егоров, В. В., Семёнов, А. В., Новаковский, А. Д., & Окаев, Е. Б. (2020). Теоретическое описание лигандной функции ионоселективных электродов, обратимых к анионным комплексам металлов. 1. Нижний предел обнаружения и факторы, его определяющие. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 2, 17-28. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2020-2-17-28