Твердотельные анионселективные электроды на основе ионных жидкостей (1105754), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Исключение составляет определениеиодида в присутствии различных содержаний нитрата, хлорида и бромида; в данномслучае sr не превышает 0,04.Для устранения отмеченных недостатков можно предложить следующиеподходы: увеличить число электродов, поскольку это повысит точность расчѐтов за счѐтуменьшения вклада в построение теоретической модели откликов тех электродов,которые неадекватно описывают реальную систему; увеличить число калибровочных растворов для более корректного построенияматрицы откликов и, как следствие, увеличение точности и воспроизводимостиопределения составов многокомпонентных смесей с помощью мультисенсорнойсистемы.Распознавание минеральных водДругойвозможныйспособприменениямультисенсорнойсистемытипа«электронный язык», который надежно позволяет получать достоверные результаты, это распознавание или классификация водных образцов.
Благодаря тому, что сенсорыобладают перекрестной чувствительностью, на разный состав системы они будут давать130разные сигналы. В данной работе проведена классификация минеральных вод спомощью описанной выше системы сенсоров. Исследовали воды торговых марок«Славяновская», «Наша семья», «Святой источник», «Аква Минерале», «Липецкийбювет», «Ессентуки 4» от трех производителей. Описание образцов минеральной водыпредставлено в таблицах 27, 28. Результаты измерений, полученных от массивасенсоров, обрабатывали с помощью метода анализа по главным компонентам.
Анализглавных компонент – линейный проекционный метод, который преобразует исходныемногомерные данные в пространство меньшей размерности для выявления между нимивнутренней связи. Графическая часть метода заключается в создании проекции наглавные компоненты (координаты), описывающие распределение точек многомерногопространства относительно средних значений и называемые графиками счетов.Главными компонентами называются новые случайные переменные, полученные врезультате линейной комбинации исходных данных и некоррелированные между собой.Для оценки качества модели применяется доля объясненной дисперсии. Чем онабольше, тем меньше роль других факторов, и тем лучше данная модель аппроксимируетисходные данные.
В качестве исходных данных использовали значения потенциаловэлектродов, регистрируемых в присутствии фонового электролита. Пробоподготовкаобразцов заключалась в разбавлении образцов фоновым электролитом и удалении газа(для образцов вод торговых марок «Славяновская» и «Ессентуки»). Измерения образцовпроизводились в случайном порядке.Таблица 27. Образцы воды, использованные для проведения классификации по производителюс помощью мультисенсорной системыАкваНазваниеМинерале(1)Общая минер,Нашасемья (2)Святойисточник(3)Липецкий Славяновбювет (4)ская (5)Ессентуки 4(ЗАО «Старыйиисточник») (6)50-500100-700100-50050-5003000-40006000-9000HCO3-, мг/л<200<350<250<4001200-15003500-5500SO42-, мг/л<100<50<50<50800-1000100-300Cl-, мг/л<50<50<150<150250-350500-1000Ca2+, мг/л<30<90<80<120250-350<100Mg2+, мг/л<20<50<20<50<50<75Na++K+,мг/л<10<70<20<12600-8001700-2700мг/л131На рисунке 49 представлены данные анализа по двум первым главнымкомпонентам для минеральных вод, составы которых указаны в таблице 27.
На первомэтапе для классификации образцов минеральных вод использовали массив из семитвердотельных и жидкостных электродов. Установлено, что сокращение числа сенсоровне влияет на их способность к распознаванию, и удовлетворительное разделениедостигается при использовании трех сенсоров. В этом случае доля объясненнойдисперсии (доля вариации данных, учитываемых моделью) для двух первых главныхкомпонент составила около 98 %.
Вдоль первой главной компоненты водыраспределились в соответствии со значениями содержания в образцах хлорид-иона.Воды 5 и 6, для которых характерны высокие концентрации хлорида, сильновыделяются по свойствам, полученным по данным потенциометрических сенсоров, ирасположились в левой части диаграммы. Воды под номерами 1 – 4, содержащиесравнительно небольшие количества хлорида, оказались близки по свойствам ирасположились в правой части диаграммы, что система и определила.
Что касаетсявторой компоненты, то вдоль нее не наблюдается такого заметного распределенияобразцов минеральных вод по свойствам.21541PC20362-1-2-4-3-2-1PC1012Рис. 49. Графики счетов двух первых главных компонент (PC1 и PC2), построенные на основесигналов трех сенсоров (Т-Cl, Т-NO3, Т-I) в присутствии фонового электролита NaF. Овалопределяет область пространства признаков, включающую экспериментальные точки,характерные для конкретного образца воды, с вероятностью 95%.1 – «Аква Минерале», 2 – «Наша семья», 3 – «Святой источник», 4 – «Липецкий бювет», 5 –«Славяновская», 6 – «Ессентуки 4» (производитель ЗАО «Старый источник»).132Следующей задачей было распознавание трех образцов минеральной воды«Ессентуки 4» от разных производителей. Если в предыдущем эксперименте системеудалось различить воды разных торговых марок, отличающихся составом, то здесьпроведено дифференцирование очень близких по свойствам вод.
В соответствии сданными таблицы 28, для образцов вод «Ессентуки 4» компании «Кавказскаяздравница» (образец №1) и «Ессентуки Аква» (образец №2) указали одинаковыйинтервал содержания основных компонентов. Состав образца компании «Старыйисточник» (образец №3) отличается от первых двух практически по всем компонентам.Таблица 28. Информация об образцах минеральных вод «Ессентуки 4» от разныхпроизводителейИзготовительООО «ЕссентукиООО «КавказскаяЗАО «СтарыйАква» (№1)здравница» (№2)источник» (№3)7171497,0-10,07,0-10,06,0-9,0HCO3-, мг/л3400-48003400-48003500-5500SO42-, мг/л<25<25100-3001300-19001300-1900500-1000Ca2+, мг/л<150<150<100Mg2+, мг/л<100<100<752000-30002000-30001700-270030-6030-60–Скважина, №Общая минер, г/лCl-, мг/лNa+ + K+, мг/лH3BO3, мг/лНа рисунке 50 представлены результаты анализа данных по первым двум главнымкомпонентамдляобразцоввод«Ессентуки4»отразныхпроизводителей.Удовлетворительное разделение достигается при использовании трех твердотельныхсенсоров, доля объясненной дисперсии составляет около 99 %.
Несмотря на указанныйпроизводителями одинаковый интервал содержания основных компонентов, воды изодной скважины под номерами 1 и 2 различаются массивом сенсоров. Образец №3содержит меньшие количества хлорида и гидрокарбоната среди трех образцов, чтосистема четко распознала, в результате образец оказался в правой части диаграммы.1332123PC201-1-2-2-10PC1123Рис. 50. Графики счетов двух первых главных компонент (PC1 и PC2), построенные на основесигналов трех сенсоров (Т-Cl, Т-Br, Т-NO3).1 – «Ессентуки 4» (пр. «Ессентуки Аква»), 2 – «Ессентуки 4» (пр. «Кавказская здравница»), 3 –«Ессентуки 4» (пр. ЗАО «Старый источник»).Проведение классификации всех имеющихся восьми образцов минеральных водвыявило четкое разделение образцов в соответствии со значениями содержания хлоридиона на три группы: содержащие наибольшее количество хлорида (образцы 7 и 8),среднее (образцы 5 и 6) и наименьшее (образцы 1-4); доля объясненной дисперсиисоставляет около 98 %.
В соответствии с этим, образцы минеральных вод 7 и 8расположились в левой части диаграммы, а воды 1 – 4, содержащие сравнительнонебольшие количества хлорида и других ионов, оказались близки по свойствам ирасположились в правой части диаграммы. Заметим, что для вод, содержащихнаибольшее количество хлорида разброс данных максимален, в отличие от остальныхобразцов. Минеральные воды, имеющие близкие составы (образцы 1-4 и образцы 7,8),как и ожидалось, практически не различаются с помощью массива сенсоров.
Отметим,что удовлетворительное разделение образцов минеральных вод достигается прииспользовании трех твердотельных сенсоров (рис. 51).13421PC2847150326-1-2-3-2-1PC1012Рис. 51. Графики счетов двух первых главных компонент (PC1 и PC2), построенные на основесигналов трех сенсоров (Т-Cl, Т-Br, Т-NO3).1 – «Аква Минерале», 2 – «Наша семья», 3 – «Святой источник», 4 – «Липецкий бювет», 5 –«Славяновская», 6 – «Ессентуки 4» (пр. ЗАО «Старый источник»), 7 – «Ессентуки 4» (пр.«Ессентуки Аква»), 8 – «Ессентуки 4» (пр.
«Кавказская здравница»).Таким образом, на конкретном примере показано, что предложенный массивсенсоров позволяет классифицировать сорта минеральной воды по торговой марке, атакже распознавать минеральные воды одной марки, но от разных производителей.135Выводы1. Ряд известных и впервые синтезированных ионных жидкостей на основезамещенных катионов имидазолия, фосфония и аммония, имеющих температуруплавления выше комнатной, использован для создания твердотельных анионселективных электродов.2. Разработан высокоселективный твердотельный сенсор на иодид, модифицированныйкомпозицией на основе гексафторфосфата дифенилбутилэтилфосфония и фталоцианинакобальта (III): определению не мешают тысячекратные количества посторонниханионов, в том числе и гидрофобных.3. С использованием ИЖ лауроилсаркозината тетраоктиламмония получен ИСЭ,проявляющий отклик к анионным формам аминокислот.
Введение в композициюболее тугоплавкой ИЖ (бромида 1,3-дигексадецилимидазолия) позволило понизитьпредел обнаружения фенилаланина в несколько раз (Cmin=2,7·10-5M) и существенноувеличить эксплуатационный ресурс ИСЭ. Показана возможность использованиядвух ИЖ, где одна служит инертной матрицей для иммобилизации второй ИЖ,обеспечивающей формирование потенциометрического отклика.4. Твердотельный ИСЭ на основе 1,3-дигексадецилимидазолия бромида проявляетнернстовскийоткликкбромиду,обладаетвысокойанти-Гофмейстерскойселективностью к бромиду благодаря кристаллическим свойствам матрицы и имеетпреимущества перед большинством описанных в литературе и коммерческидоступных ИСЭ на бромид.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
