Современные портативные приборы для электрохимического анализа окружающей среды (стр. 2 из 3)
3. Новые электрохимические сенсоры
Идея электрохимического концентрирования вещества на поверхности электрода, выдвинутая более 50-ти лет назад, получила свое развитие в создании различных вариантов инверсионных электрохимических методов анализа, отличающихся такими важными качествами, как:
· возможность определения более 40 химических элементов периодической системы и многих органических веществ;
· низкие пределы обнаружения, достигающие для некоторых металлов и органических веществ уровня следовых количеств;
· высокая селективность и хорошие метрологические характеристики методик;
· относительная простота технической реализации методов и сравнительная дешевизна приборов.
Эти достоинства инверсионных электрохимических методов объясняют повышенный интерес к данному направлению исследований.
Инверсионные электроаналитические методы благодаря хорошим аналитическим и метрологическим характеристикам: низкий предел обнаружения, высокая чувствительность, селективность и быстродействие, позволяют успешно решать многие задачи аналитического контроля. Многообразие электродных реакций, электродных материалов (включая твердые вещества), конструкций электродов и режимов их поляризации определяет широкую область применения этих методов.
До недавнего времени развитие метода инверсионной вольтамперометрии сдерживалось необходимостью использования ртутных и углеродсодержащих электродов. Первые обладают высокой токсичностью, недостатком вторых является короткий срок службы и как следствие необходимость регенерации поверхности электродов. Эти проблемы нам удалось решить и создать целую гамму оригинальных сенсоров, включающую варианты долгоживущих сенсоров с обновляемой поверхностью электрода и разовых сенсоров на основе толстопленочных графитовых электродов.
Особого внимания заслуживают сенсоры на основе графитовых электродов, модифицированных микроколичествами соединений ртути, что исключает использование металлической ртути, а значит и введение ионов ртути в анализируемый раствор. По своим аналитическим характеристикам такие сенсоры практически не отличаются от общеизвестных, покрытых предварительно ртутью или работающих в режиме in situ. Сенсоры на основе толстопленочных графитовых разовых электродов можно применять как в лабораторных, так и в полевых условиях в комплекте с портативным оборудованием. Эти сенсоры позволяют проводить анализ высокоминерализованных вод без отделения матрицы с пределом обнаружения по тяжелым металлам 0,5 мкг/л, а в отдельных случаях до 0,1 мкг/л. Для анализа требуется малый объем пробы, регистрации сигнала не мешает кислород, растворенный в пробе. Существенными достоинствами сенсоров являются электрохимическая регенерация поверхности электрода, а также низкая стоимость.
Разработанные сенсоры и оборудование универсальны, их можно использовать для экологического контроля, в биологии, медицине, для анализа и контроля пищевых продуктов, в гидрохимии и для контроля технологических процессов.[1]
4. Портативные приборы основанные на
электрохимическом методе анализа
Анализатор вольтамперометрический "Экотест-ВА" - это современный, портативный многофункциональный центр для проведения количественного и качественного анализа, а также - различных электрохимических исследований.
Электрод «3 в 1»Поставщик: «Эконикс» Москва
Он предназначен для измерения микроколичеств тяжелых металлов, токсичных органических и неорганических веществ на уровне значений ПДК и ниже в питьевых, природных, сточных, морских водах, пищевых продуктах и продовольственном сырье, кормах, напитках, почвах, в воздухе рабочей зоны, лекарственных препаратах и в других объектах анализа методами полярографии и вольтамперометрии.
Является экономичной альтернативой таким методам анализа как AAS и ICP.
Определяемые компоненты: тяжелые металлы: (Cu2+, Pb2+, Cd2+, Zn2+, Ni2+, Co2+, Bi3+, Mn2+, Hg2+, Cr3+, Cr6+, Mo6+), а также йод, селен, мышьяк, метанол, диэтиленгликоль, ацетальдегид, формальдегид и другие электроактивные органические и неорганические вещества[8].
Описание электрода «3 в 1»: Это целая вольтамперометрическая электродная система в едином корпусе. Все электроды (рабочий, вспомогательный и электрода сравнения)расположены в одной плоскости на торце датчика. Преимущества электрода «3 в 1»:
· полностью заменяет 3-х-электродную ячейку
· создает стабильные условия для измерений
· диапазон измерения Cd2+ и Pb2+ от 0,1 мкг/дм3
· погрешность измерения не превышает 10%
· подходит для анализа морской воды.
Метод «Виртуального ртутного электрода»: Конструктивные особенности позволяют переносить электрод из раствора в раствор с удержанием на его торце капли раствора, то есть без размыкания электрохимической цепи, удерживая под напряжением все накопленные металлы, включая ртутную пленку. Этот простой прием приводит к получению значительных научных и технических результатов. Использование заранее накопленной ртутной пленки позволяет создать «виртуальный ртутный электрод» и перенести на твердотельные рабочие электроды значительное количество полярографических методик.
Принцип работы прибора: Для измерения используется 3-х электродная система, состоящая из рабочего электрода, электрода сравнения (Ag/ AgCl / KCl 3M) и вспомогательного электрода.
На поверхности рабочего электрода происходит процесс окисления или восстановления. Набор данных интерпретируется вольтамперными кривыми, называемые вольтаммограммами, эти кривые дают как количественную, так и качественную информацию об измеряемом растворе. Эта методика используется, главным образом, для определения растворенных веществ, которые могут быть относительно легко окислены или восстановлены[4].
Портативный кондуктометр SG7 с датчиком УЭП InLab737 IP67
Поставщик: «METTLER TOLEDO» Швейцария
Кондуктометр Seven GoPRO SG7 — профессиональный кондуктометр для анализов технологических сред, растворов, очищенных вод в лаборатории
и на производстве. Кондуктометр позволяет проводить измерения по стандартам GLP и USP.[8]
Принцип работы: прибор основан на измерении удельного сопротивления или удельной проводимости, которые используются для контроля качества воды, конденсата или пара. Главным назначением кондуктометров является анализ свойств и качества воды, ее пригодность для хозяйственного употребления. С помощью электропроводности возможно косвенно оценить электрохимический состав воды и сопоставить его с параметрами среды, благоприятной для развития живых организмов.[10]
рН-метр HI-991002 — портативный микропроцессорный рН –метр с датчиком «4 в 1». Поставщик «HANNA» Германия.
Это комбинированный рН-электрод со встроенным термодатчиком.
Прибор основан на измерении электродвижущей силы элемента, состоящего из электрода сравнения с известной величиной потенциала и индикаторного электрода, потенциал которого обусловлен концентрацией ионов водорода в испытуемом растворе. Вместо системы электродов используется один специальный ионоселективный электрод.
Принцип работы: прибор включают в сеть и прогревают не менее 30 мин. Перед проведением испытаний осуществляют проверку прибора по стандартным буферным растворам с рН 3,57; 4,00; 5,00; 6,88; 9,22 при температуре 20°С по прилагаемым к приборам инструкциям. После проверки электроды тщательно промывают дистиллированной водой.
Затем концы электродов погружают в предварительно подготовленный испытуемый раствор, и после того, как показания прибора примут установившееся значение, отсчитывают величину рН по шкале прибора.
Потенциал с комбинированного рН электрода подается на измерительный преобразователь, где усиливается, фильтруется, преобразуется в цифровой код, обрабатывается и в виде значения рН выводится на цифровой дисплей. Для измерения температуры и автоматической температурной компенсации изменений показаний прибора от температуры анализируемой среды служит датчик температуры, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры измеряемой среды. Преобразователь измеряет сопротивление, рассчитывает температуру среды, выводит на цифровой дисплей и учитывает при измерении рН.[12]
Заключение
Количественная оценка промышленно-транспортных воздействий на окружающую среду нужна для:
· определения значимости отдельных факторов и выявления соответствующих закономерностей;
· разработки эффективных устройств управления природоохранной деятельностью и оптимальным внедрением природных ресурсов в индустрии и на транспорте.
Она осуществляется в итоге мониторинга промышленно-транспортных объектов и окружающей среды, т.е. слежения за промышленно-транспортными объектами как источниками загрязнений и конфигурацией состояния окружающей природной среды, а также предупреждения о создающихся критических ситуациях, вредных либо опасных для здоровья людей и остальных живых организмов.
Особенности мониторинга объектов индустрии и транспорта, диктующие требования к измерительным устройствам, оборудованию, программным средствам и расчетным методикам, соединены с:
· множественностью подвижных источников загрязнения переменной интенсивности выбросов во времени и в пространстве;
· распределенностью источников загрязнений на значимой площади местности;