Теоретическое описание лигандной функции ионоселективных электродов, обратимых к анионным комплексам металлов. 3. Моделирование отклика электрода в растворах лиганда и посторонних ионов в рамках модели многочастичного приближения

  • 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
  • Андрей Владиславович Семёнов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • 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 Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-6377-1975

Аннотация

Предложено описание лигандной функции тетрароданоцинкат-селективного электрода в рамках модели многочастичного приближения, учитывающей одновременное протекание на межфазной границе, в условиях диффузионного контроля; ионообменных процессов между тетрароданоцинкатом, роданидом и посторонними ионами, не образующими комплексов с цинком; распределения электронейтрального комплекса цинка между фазами; частичного разложения соли тетрароданоцинката с четвертичным аммониевым катионом; процессов ступенчатого комплексообразования в водной фазе. Модель базируется на решении системы уравнений, описывающих ряд меж- и внутрифазных равновесий при условии стационарности диффузионных потоков на межфазной границе по всем компонентам мембраны и раствора. Модель дает адекватное описание отклика тетрароданоцинкатселективного электрода в растворах лиганда, посторонних ионов, а также в их смешанных растворах и позволяет прогнозировать влияние фоновой концентрации хлорида цинка в исследуемом растворе на наклоны электродных функций, значения нижнего предела обнаружения и коэффициенты селективности.

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 БГУ, главный научный сотрудник лаборатории физико-химических методов исследования Научно-исследовательского института физико-химических проблем БГУ

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

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

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 физикохимических методов исследования Научно-исследовательского института физико-химических проблем БГУ

Евгений Борисович Окаев, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

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

Литература

  1. Sokalski T, Zwickl T, Bakker E, Pretsch E. Lowering the detection limit of solvent polymeric ion-selective electrodes. 1. Modeling the influence of steady-state ion fluxes. Analytical Chemistry. 1999;71(6):1204–1209. DOI: 10.1021/ac980944v.
  2. Pretsch E. The new wave of ion-selective electrodes. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2007;26(1):46–51. DOI: 10.1016/j.trac.2006.10.006.
  3. Radu A, Peper S, Bakker E, Diamond D. Guidelines for improving the lower detection limit of ion‐selective electrodes: a systematic approach. Electroanalysis. 2007;19(2–3):144–154. DOI: 10.1002/elan.200603741.
  4. Zdrachek E, Bakker E. Potentiometric sensing. Analytical Chemistry. 2019;91(1):2–26. DOI: 10.1021/acs.analchem.8b04681.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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 Analytical Chemistry. 2017;72(7):793–802. DOI: 10.1134/S1061934817070048.
  12. Egorov VV, Novakovskii AD, Zdrachek EA. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. Egorov VV, Semenov AV, Novakovskii AD, Akayeu YB. Theoretical description of the ligand function for ionoselective electrodes reversible to metal anion complexes. 1. Lower detection limit and its determining factors. Journal of the Belarusian State University. Chemistry. 2020;2:17–28. Russian. DOI: 10.33581/2520-257X-2020-2-17-28.
  18. Egorov VV, Semenov AV, Novakovskii AD, Akayeu YB. Theoretical description of the ligand function for ionoselective electrodes reversible to metal anion complexes. 2. Selectivity to foreign ions. Journal of the Belarusian State University. Chemistry. 2020;2:29–42. Russian. DOI: 10.33581/2520-257X-2020-2-29-42.
  19. Umezawa Y, Bühlmann P, Umezawa K, Tohda K, Amemiya S. Potentiometric selectivity coefficients of ion-selective electrodes. Part I. Inorganic cations (Technical report). Pure and Applied Chemistry. 2000;72(10):1851–2082. DOI: 10.1351/pac200072101851.
  20. Mikhelson KN, Lewenstam A, Didina SE. Contribution of the diffusion potential to the membrane potential and to the ion‐selective electrode response. Electroanalysis. 1999;11(10–11):793–798. DOI: 10.1002/(SICI)1521-4109(199907)11:10/11<793::AIDELAN793>3.0.CO;2-K.
  21. Mikhelson KN, Lewenstam A. Improvement of potentiometric selectivity of ion-exchanger based membranes doped with co-exchanger: origin of the effect. Sensors and Actuators B: Chemical. 1998;48(1–3):344–350. DOI: 10.1016/S0925-4005(98)00069-0.
  22. Mikhelson KN, Lewenstam A. Modeling of divalent/monovalent ion selectivity of ion-exchanger-based solvent polymeric membranes doped with coexchanger. Analytical Chemistry. 2000;72(20):4965–4972. DOI: 10.1021/ac991317o.
  23. Mikhelson KN, Smirnova AL. A new equation for the electrical potential of liquid and PVC membranes containing both neutral carriers and ion-exchangers. Sensors and Actuators B: Chemical. 1992;10(1):47–54. DOI: 10.1016/0925-4005(92)80010-U.
  24. Mikhelson KN. Ion-selective electrodes in PVC matrix. Sensors and Actuators B: Chemical. 1994;18(1–3):31–37. DOI: 10.1016/0925-4005(94)87051-9.
  25. Mikhelson KN. [Ion-selective membranes with two types of ion-exchange groups: modeling in the framework of the multi-species approach]. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Seriya 4. Fizika. Khimiya. 2003;1:53–65. Russian.
  26. 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.
  27. Neumann JF, Raxon JR, Cummisky 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.
  28. Dean JA. Lange’s handbook of chemistry. New York: McGraw-Hill Professional Publishing; 1998. 1561 p.
  29. Zdrachek EA, Nazarov VA, Egorov VV. Method for estimating ion diffusion coefficients in membranes of ion-selective electrodes from potentiometric data. Vestnik BGU. Seriya 2. Khimiya. Biologiya. Geografiya. 2014;1:10–15. Russian.
Опубликован
2021-04-12
Ключевые слова: тетрароданоцинкат-селективный электрод, модель мультичастичного приближения, лигандная функция, нижний предел обнаружения, наклон, коэффициенты селективности
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. (2021). Теоретическое описание лигандной функции ионоселективных электродов, обратимых к анионным комплексам металлов. 3. Моделирование отклика электрода в растворах лиганда и посторонних ионов в рамках модели многочастичного приближения. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 36-49. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2021-1-36-49