Актуальность работы.

На состояние окружающей среды отрицательно влияет широкое использование синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ). Надежный мониторинг этих веществ затруднен из-за многообразия типов ПАВ и области концентраций, подлежащих измерению: от следов в бытовых стоках до десятков процентов в промышленных сточных водах.

Потенциометрия с селективными электродами (сенсорами) является перспективным методом определения ПАВ. Одна из основных задач потенциометрии в указанной области - разработка новых и усовершенствование уже известных сенсорных систем.

Для целей определения ПАВ предложены селективные электроды с жидкостным заполнением. В силу своих конструктивных особенностей такие электроды не применимы для определения ПАВ в сточных водах без пробоотбора. Твердоконтактные электроды удобны в эксплуатации, могут быть использованы для непрерывного контроля за содержанием ПАВ различных типов в технологических процессах, объектах окружающей среды.

Проблема создания твердоконтактных потенциометрических сенсоров для целей экспрессного, селективного определения ПАВ различных типов в объектах, содержащих органические и неорганические вещества, является сложной и актуальной.

К началу настоящего исследования имелись лишь отдельные публикации по применению твердоконтактных электродов типа "покрытой проволоки" (coated wire) для потенциометрического титрования ПАВ, в которых решались частные задачи. Не был проведен обоснованный выбор электронных проводников, компонентов мембран и их соотношения, не исследовано влияние конструкций сенсоров на их характеристики. Эта задача может быть решена при всестороннем изучении электрохимических свойств сенсоров, привлечении новых методов исследования.

Цель настоящего исследования заключалась в разработке твердоконтактных потенциометрических сенсоров, селективных к анионным, катионным и неионным поверхностно-активным веществам.

В связи с поставленной целью в работе необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести выбор электрохимических систем и состава активных материалов твердоконтактных ПАВ-селективных сенсоров (природа электронных проводников, электродно-активных соединений, соотношение компонентов мембран).

2. Изучить физико-химические свойства электродно-активных соединений и особенности переноса заряда через границы раздела фаз и в фазе мембраны.

3. Определить основные электрохимические характеристики ПАВ-сенсоров и оценить их аналитические возможности.

4. Разработать твердоконтактные потенциометрические сенсоры, селективные к анионным, катионным и неионным поверхностно-активным веществам.

Научная новизна.

Предложены новые электрохимические системы, включающие модифицированные твердоконтактные ПАВ-электроды. Показано, что их электрохимические свойства определяются природой электронных проводников, электродно-активных соединений (ЭАС), составом и соотношением компонентов мембран. Установлены преимущества электродов с графитовым токоотводом.

Исследованы некоторые закономерности процессов переноса заряда на фазовых границах твердоконтактных ПАВ-селективных сенсоров:

- на основании совокупности данных, полученных методами

электропроводности, ЭДС и вольтамперометрии, сделано заключение об основных переносчиках заряда в мембранах и показана обратимость процессов на границе раздела фаз мембрана-раствор;

- выявлена роль графитового токоотвода и доказано проникновение пластификатора в структуру графита, что способствует стабилизации потенциала и длительности службы ПАВ-сенсоров;

- на основании определения температурных коэффициентов и их разности показана обратимость процессов в твердоконтактных ПАВ-сенсорах с графитовым токоотводом.

Разработаны твердоконтактные потенциометрические сенсоры, селективные к ионным и неионным поверхностно-активным веществам.

Практическая значимость.

Предложены твердоконтактные ПАВ-селективные сенсоры с оптимальными электрохимическими и аналитическими характеристиками.

Показана возможность практического использования ПАВ-сенсоров для определения индивидуальных ПАВ различных типов, суммарного содержания анионных, неионных ПАВ в сточных водах, раздельного определения АПАВ и НПАВ при совместном присутствии.

Разработан комплект нормативно-технической документации на твердоконтактный сенсор на анионные поверхностно-активные вещества ЭМТ-ДДС-01 (технические условия, технологическая инструкция, паспорт и т.д.). Производство мелкосерийных партий АПАВ-селективных сенсоров освоено в НИИХимии СГУ.

Разработана и метрологически аттестована методика определения суммарного содержания анионных ПАВ в сточных водах.

Предложенные сенсоры и разработанные методики внедрены в практику экоаналитической лаборатории УНПК "Аналит" (Кубанский госуниверситет, г.Краснодар), Инновационного предприятия "Мембранные технологии" (г.Краснодар), в учебный процесс на кафедре физической химии Кубанского госуниверситета, кафедре аналитической химии Ростовского госуниверситета. Получены акты внедрения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования физико-химических параметров электродно-активных соединений, транспортных процессов на границах раздела фаз и в фазе мембраны сенсоров на ионные ПАВ.

2. Зависимость электрохимических свойств ПАВ-селективных сенсоров от природы электронных проводников и состава мембраны.

3. Разработка и практическая апробация твердоконтактных потенциометрических сенсоров для определения анионных, катионных и неионных поверхностно-активных веществ.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы представлялись на I Всероссийской студенческой конференции по теоретической и экспериментальной химии (г.Свердловск), Конференции "Молодежь и научно-технический прогресс" (г.Саратов), Межвузовской конференции "Органические реагенты в аналитической химии" (г.Саратов), VIII Всероссийской конференции по поверхностно-активным веществам и сырью для их производства (г.Белгород), Международной конференции "Химсенсоры (г.С.-Петербург), IV Конференции "Электрохимические методы анализа (г.Москва), Международном симпозиуме "Electrochemical sensors" (г.Матрафьюред, Венгрия), на 2-м Международном семинаре "Ионика твердого тела" (г.Черноголовка), на Региональной конференции по промышленной экологии "Промэк", (г.Саратов), на 53, 54, 55 Декадах науки СГТУ (г.Саратов), на научных семинарах кафедры химии СГТУ.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 14 работ.

Объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 195 страницах, содержит 34 таблицы, 31 рисунок и 206 литературных источников. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений.

Автор выражает благодарность за постоянное внимание к работе и обсуждение результатов член-корр.РАЕН, академику МВШ, доктору химических наук, профессору Черновой Р.К.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ