способ изготовления твердотельного ион-селективного электрода

Формула изобретения

Способ изготовления твердотельного ион-селективного электрода, включающий нанесение на основу из хромоникелевой стали электродоактивной массы - слоя толщиной 0,025 мм химически стойкого полимера клея БФ с электродно-активным веществом, содержащим смесь сульфидов меди и кадмия, отличающийся тем, что в электродно-активное вещество дополнительно вводят терморасширенный графит ТРГ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

CdS	45-50
CuS	35-40
ТРГ	3-5
БФ-2	8-20

Описание изобретения к патенту

Разработанные ионселективные электроды могут использоваться в различных отраслях народного хозяйства: в гальванопроизводствах для контроля состава электролита, для анализа гидросферных комплексов, бытовых и сточных вод; в пищевой промышленности для контроля качества пищевых продуктов, например, молока и молочных продуктов; в медицине, так как отвечают требованиям медико-биологических исследований.

Известен способ изготовления твердотельного ионоселективного электрода, который заключается в нанесении на ионочувствительную мембрану твердофазного внутреннего контакта на основе оксидной бронзы. На ионочувствительную мембрану наносят выдержанную при 424-520°С в течение 30-40 мин смесь вольфрама, триоксида вольфрама и вольфраматов лития, натрия и калия, взятых в стехиометрическом соотношении, необходимом для синтеза вольфрамовой бронзы состава (К, Li, Na)_x, где 0<х 1 и К, Li, Na взяты в соотношении 1:2:2, причем после нанесения смеси на ионочувствительную мембрану электрод выдерживают при той же температуре в течение 3,0-3,5 ч. (АС СССР № 1130789; МКл² G01N 27/30).

Однако технология изготовления таких электродов сложна, требуется весьма высокий температурный режим.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления твердотельного ионоселективного электрода, заключающийся в нанесении на твердофазную основу из хромоникелевой стали (медицинская игла) электродоактивной массы - слоя толщиной 0,025 мм химически стойкого органического полимера, например, клей БФ с электродноактивным веществом. В качестве последнего использовали смеси сульфидов серебра или меди и добавки сульфидов тяжелых металлов. Соотношение Ag₂S (CuS) к полимеру 1:1.

Соотношение компонентов, мас.%:

Сульфид тяжелых металлов	15-20
CuS	10-15
Ag2S	15-25
БФ-2	40-55

(Миниатюрные ион-селективные электроды // Заводская лаборатория. - 1995. - № 3, с.4-5)

Однако недостатком такого способа являются низкие технические характеристики.

Задача, решаемая изобретением, - заменить дорогостоящий реактив Ag ₂S и повысить технические характеристики.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления твердотельного ионоселективного электрода, включающем нанесение на основу из хромоникелевой стали электродоактивной массы - слоя толщиной 0,025 мм органического химически стойкого полимера клея БФ с электродоактивным веществом, содержащим смесь сульфидов меди и кадмия. В электродоактивное вещество дополнительно вводят терморасширенный графит ТРГ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

CdS	45-50
CuS	35-40
ТРГ	3-5
БФ-2	8-20

На чертеже представлена принципиальная схема твердотельного ионселективного электрода.

В таблице 1 представлено влияние состава ионселективного электрода на электродные характеристики. Т=298 К.

Электрод представляет собой основу из хромоникелевой стали - 1, на которую нанесен слой толщиной 0,025 мм химически стойкого органического полимера БФ-2, в котором распределен мелкодисперсный порошок сульфида меди, кадмия и ТРГ - 2. Конструкция также содержит токоотвод - 3, присоединенный к основе - 1.

Для приготовления электродоактивной массы использовали реактивы: сульфид кадмия (CdS), сульфид меди (CuS). Компоненты тщательно перемешивали и перетирали в течение 1-4 часов в фарфоровой чашке до получения однородной гомогенной массы. В качестве связующего использовали химически стойкий органический полимер - клей БФ-2. После добавления связующего получали суспензию сметанообразной консистенции, которую методом окунания или намазки наносили на предварительно обезжиренную основу из хромоникелевой стали, слоем толщиной ~ 0,025 мм, рабочая площадь электродов S=0,3 см ². Нерабочую поверхность электродов изолировали цапон-лаком. Изготовленные электроды сушили на воздухе при комнатной температуре в течение суток или в вакуумном сушильном шкафу в течение 1 часа при температуре 105°С.

Проведенные исследования показали, что наибольшую механическую и адгезионную прочность при длительной работе имели ИСЭ со связующим БФ-2 в количестве 10 мас.% (пример 4). Большее количество связующего приводило к ухудшению электродной функции (увеличение времени отклика, более длительное время установления потенциала) (пример 5, 6), меньшее к ухудшению механической прочности и отслаиванию активной массы от подложки (пример 3). Установленное оптимальное соотношение компонентов ЭАМ составило, мас.%: CdS - 47, CuS - 39, ТРГ - 4, БФ-2 - 10 (пример 4).

Заменив реактив Ag₂ S на терморасширенный графит, были повышены такие технические характеристики ионселективного электрода, как дрейф потенциала, стабильность потенциала и время установки потенциала.

Таблица 1
№	Состав мембраны, %	Дрейф потенциала, мВ/сут	Стабильность потенциала, мВ (в течение 200 ч)	Время установления потенциала, с
1	CdS:CuS:Ag 2S:БФ-2	10-16	±56-69	80-95
(20:10:20:50)
2	CdS:CuS:ТРГ:БФ-2	10-14	±50-70	60
(52:34:4:10)
3	CdS:CuS:ТРГ:БФ-2	6-8	±20-24	41
(50: 39:3:8)
4	CdS:CuS:ТРГ:БФ-2	5-6	±20-23	35
(47:39:4:10)
5	CdS:CuS:ТРГ:БФ-2	6-8	±20-24	41
(45:35:5:15)
6	CdS:CuS:ТРГ:БФ-2	10-14	±50-70	60
(44:32:4:20)