Застосування монокристалів купрум йодиду-пентатіосилікату cu7sis5i як матеріалу мембрани іоноселективного електрода для визначення купруму в кислих розчинах

Корисна модель відноситься до фізико-хімічного аналізу, зокрема до пристроїв для визначення активності іонів Купруму в рідких середовищах і може знайти застосування у різних промислових виробництвах, що потребують контролю і регулювання іонного складу кислого купрумвмісного розчину. Відома хімічна сполука - монокристал купруму йодид-пентатіосилікату Cu 7SiS5I; в літературі описані умови її одержання, вивчені фізичні та хімічні властивості сполуки, параметри і її характеристики [1]. Але монокристали купруму йодид-пентатіосилікату Cu7SiS5I використовуються в основному, як напівпровідниковий матеріал. Завдання винаходу полягає у розширенні діапазону використання відомої сполуки, а також областей застосування. Поставлене завдання досягається застосуванням відомої [1] хімічної сполуки - купрум йодидупентатіосилікату Cu7SiS5I вперше у ролі матеріалу мембрани іоноселективного електрода для визначення Купруму в кислих розчинах. Приклад. Для одержання 10г речовини Cu7SiS5I брали 5.0159г Сu, 2.1091г S, 0.3695г Si, 2.5055г Cul і завантажували у кварцову ампулу довжиною 240-260мм та діаметром 20-22мм. Додатково у якості транспортуючого агента в ампулу додавали Cul з розрахунку 10-20мг/см 3 вільного об'єму ампули. Ампулу відкачували до залишкового тиску 10-2 Па і проводили синтез. Спочатку ампулу нагрівали з швидкістю 100К/год до 713 К, витримка при цій температурі 16год; потім - з швидкістю 50К/год. до 873К, витримували 14-16год; далі - з швидкістю 50К/год до 1073К, і витримували при цій температурі 24год. Далі у ти х самих ампулах методом хімічних транспортних реакцій (ХТР) вирощувалися монокристали Cu7SiS5I, придатні для виготовлення мембрани іоноселективного електрода. Оптимальними умовами вирощування виявились температура 1053К в зоні випаровування та 1013К в зоні кристалізації, час вирощування монокристалів складав 15 діб. З одержаних монокристалів виготовляють плоско паралельні пластини товщиною 1-2мм, шліфують з обох сторін, а потім одну з них полірують алмазною пастою АСМ. Шлі фовану поверхню знежирюють і срібною пастою приєднують мідний струмовідвід. Місце з'єднання струмовідводу ізолюють епоксидним компаундом. Одержану мембрану з стр умовідводом вклеюють у торець полівінілхлоридної трубки робочою (відполірованою) поверхнею назовні за допомогою епоксидного компаунду. Для вимірювання електродних характеристик застосовують електрохімічну комірку. Ag, AgCl(KCl)| 0.5 моль/л H2SO4, x моль/л CuSO4|M,Ag де М - мембрана із Cu7SiS5l. Для купрум-селективних електродів калібрувальні розчини в межах х= 100- 10-6 моль/л готують з CuSO4 x 5H2O на 0.5моль/л H2SO4. pH такого розчину близьке до нуля, що нижче області стабільності роботи відомих купрум-селективних електродів. Для визначення діапазону робочої області рН готували серію розчинів з постійною концентрацією CuSO4 на 0.5моль/л Na2SO4, а рН доводили до необхідного значення розчинами H 2SO4 або NaOH. Величину рН контролювали рН-метром паралельно зі зміною потенціалу купрум-селективного електроду. Вимірювання Е.Р.С. електрохімічної комірки з досліджуваним купрум-селективним електродом проводять за допомогою цифрового вольтметра з високим вхідним опором (>1012Ом). У табл.1 наведена калібрувальна характеристика іоноселективного електрода з використанням у якості купрум-селективної мембрани запропонованого матеріалу. Таблиця 1 Концентрація (Cu2+), x моль/л (фон - 0.5моль/л H2SO4) 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10-0 Потенціал купрум-селективного електроду відносно хлор-срібного електроду порівняння, мВ 83±6 99±4 123±2 151±2 180±3 211±4 228±3 Наведені у табл.1 дані одержані при кімнатній температурі (20±2°С) в електрохімічній комірці, де у якості електрода порівняння використовувався стандартний хлор-срібний електрод (ОР-7182, вироб. Угорщини) з подвійним дифузійним шаром, потенціал якого відносно потенціалу нормального водневого електрода становить 0.222 ± 0.003 В. Для визначення коефіцієнтів селективності KCu/іон до різних іонів електрода, виготовленого з Cu7SiS5I, користувалися методом постійної концентрації стороннього іона, при якому величина активності стороннього іона складала 10-1моль/л, а концентрація іонів Сu2+ змінюється від 10-1 до 10-5моль/л. У ролі фонового електроліту використовували 0.5моль/л розчин H2SO4. Результати вимірювань (табл.2) вказують на те, що надлишок у 103 разів іонів Cd2+, Zn2+, Mn2+, Co2+, Fe2+, що присутні у те хнологічних розчинах, не впливає на електродну функцію по відношенню до іонів Купруму. Для іонів Fe3+ ця величина складає ~2x10-2. Вплив хлорид-іонів (0.1моль/л) не зміщує калібрувальну криву в межах концентрації Сu2+ 10-5 - 10 -1моль/л. Таблиця 2 Заважаючий іон Ni2+ Со2+ Fe2+ Fe3+ Zn2+ Mn2+ Cd2+ Коефіцієнтселективності (KCu/іон) 2.0x10-3 8.2x10-4 3.5x10-3 1.9 x10-2 9.3x10-5 6.2x10-4 1.5Х10-3 Лінійна область електродної функції знаходиться у межах 10-1 - 10-5моль/л Сu2+ (при рН = 0) з нахилом електродної характеристики 27-29мВ/декаду, межа визначення ~3x10-7. Час відгуку складає 10 - 20с. Дрейф потенціалу в розчині 10-3моль/л Сu2+ /0.1моль/л H2SO4 протягом 1000 годин не перевищує 12мВ. Електрод зберігає стабільний потенціал в інтервалі рН 1 - 8 у присутності окисників (Fe3+, I 2, Fe(CN)63-). Застосування монокристалів купрум йодиду-пентатюсилікату Cu7SiS5I у ролі матеріалу мембрани іоноселективного електрода для визначення Купруму дозволяє розширити (при збереженні робочого діапазону рН) можливості використання у порівнянні з прототипом [1] в кислих технологічних розчинах у присутності окисників (Fe3+, I2, Fe(CN) зa рахунок більшої хімічної стійкості та збільшити відтворюваність потенціалів за рахунок збільшення значення іонної складової провідності. Використання Cu7SiS5I у ролі матеріалу мембрани купрум-селективного електрода відкриває можливість визначення Купруму в кислих те хнологічних розчинах, наприклад, розчинах електрохімічного нанесення міді, розчинах для травлення плат друкованого монтажу, при контролі ступеня вивільнення Купруму з промивних вод гальванічного виробництва Джерела інформації: 1. Kuhs W. F., Nitsche R., Scheunemann K. The argyrodites - a new family of the tetrahedrally close-packed srtuctures // Mat. Res. Bull. - 1979. - Vol. 14, №2. -P.241-248.- прототип