Диссертация (1150360), страница 11
Текст из файла (страница 11)
При этом число сенсоров в массиве определяется доступностьюсоответствующих сенсорных материалов с различными спектрами перекрестнойчувствительности.В этой работе при выборе сенсоров для мультисенсорной системыучитывали чувствительность сенсоров к веществам, которые могут оказыватьтоксическое воздействие на гидробионты. При этом руководствовались либолитературными данными, либо результатами данного исследования.Например, в массив был включен поликристаллический сенсор Ан1,чувствительный к анионам галогенидов, прежде всего к аниону Cl- токсичногодля Daphnia magna.Кроме того, в массив были включены сенсоры чувствительные к различнымнеорганическим и органическим анионам.
Чувствительность сенсоров схожегосостава к анионам Cl-, NO3- была изучена в работах [127, 128], сенсоры Ан2 и Ан372проявляют чувствительность к анионам органических кислот [92], например,молочной, яблочной и т.д. Доказана чувствительность сенсоров Ан4, Ан5 и Ан6 кперхлорат-иону ClO4- [93], по данным статьи [94] сенсор Ан7 обладает высокойчувствительностью в растворах анионных поверхностно-активных веществ.Потенциометрические сенсоры, входившие в состав мультисенсорнойсистемы, которая применялась в этой работе, проявляют чувствительность ккатионам тяжелых металлов [129], которые токсичны для живых организмов, таксенсор Кат4 чувствителен к ионам свинца [99], сенсор Кат8 обладаетчувствительностью к катионам свинца, меди, цинка, кадмия [103] и т.д.Мультисенсорная система также включала несколько сенсоров на основехалькогенидных стекол чувствительных к катионам тяжелых металлов [104].Вместе с тем, в литературных данных практически нет информации очувствительности сенсоров, использовавшихся в этой работе, к другимобщераспространеннымчувствительностиклассаминдивидуальныхзагрязняющихсенсоровввеществ.водныхИсследованиюрастворахрядатоксикантов, таких как, например, поверхностно-активные вещества и соединениякласса фенолов, будет посвящена эта глава.Исследование вышеописанной информации не единственный подход,который можно применить при выборе сенсоров для решения определеннойзадачи.
В качестве вспомогательного метода для получения дополнительныхсведений также можно использовать следующий метод.На основании данных о чувствительности индивидуальных сенсоров врастворах компонентов, обуславливающих целевую характеристику образца,строится модель по методу главных компонент (МГК), в этом случае каждыйсостав принято рассматривать как независимый образец. Матрица данных в этомслучае состоит из n строк, соответствующих количеству сенсоров в массиве, атакже p столбцов – количество ионов, чувствительность к которым изучалась.Элемент матрицы соотносится с величиной наклона электродной функцииопределенного сенсора, полученной при изучении чувствительности сенсора кконкретному иону.73Графиксчетовметодаглавныхкомпонентпозволяетувидетьсхожее/различное поведение сенсоров и принять решение, какие сенсоры следуетвключить в массив для получения необходимой в данном исследованииинформации.На рисунке 22 представлен график счетов МГК для 21 состава полимерныхсенсорных мембран (1-7 – анион-чувствительные сенсоры, 8-16 – катиончувствительные сенсоры) и мембран на основе халькогенидных стекол (17-21),рассчитанныйнаосновечувствительностисенсоров к органическим инеорганическим анионам, а также различным катионам.1760ΓΚ2 (22%)19402020210741013182631914515-201611128-40-60-40-200204060ГK1 (65%)Рисунок 22.
График счетов МГК в координатах ГК1-ГК2Изучая взаимное расположение точек на графике счетов, можно сделатьвывод о схожести или различии спектров чувствительности сенсоров различногосостава, информация о которых использовалась для построения МГК модели. Изграфика видно, что максимально различным спектром чувствительностиобладают сенсоры состава, например, 3 и 11, 9 и 20, которые имеют счета МГК74противоположных знаков вдоль оси первой главной компоненты, а также сенсорысостава 8 и 17, счета МГК вдоль оси второй главной компоненты которых такжепротивоположны.На рисунке также можно заметить, что спектры чувствительностинекоторых сенсоров схожи, например, сенсоров состава 13 и 14, которыепроявляют чувствительность к катионам щелочных, щелочно-земельных ипереходных металлов.
Однако поведение этих сенсоров в растворах компонентовотличается, так, например, сенсор 14 проявляет большую чувствительность ккатионам тяжелых металлов, в частности, к катиону свинца.Кроме того, из рисунка видно, что пространство графика счетов заполненоболее-менее равномерно, спектр чувствительности для всех сенсоров различен,отсутствуют составы с совершенно одинаковым поведением в растворахкомпонентов. Таким образом, можно сделать вывод, что изученные сенсорывозможно использовать в одном массиве.3.2.
Исследование чувствительности индивидуальных сенсоров в водныхрастворах поверхностно-активных веществКак уже говорилось ранее, одним из широко распространенных типовзагрязнителей являются поверхностно-активные вещества.Существуют ранее опубликованные данные [130], полученные приизучении чувствительности ионоселективных электродов на основе полимерныхмембран, пластифицированных ионными жидкостями, в водных растворахповерхностно-активных веществ различных типов. Было доказано, что такиеэлектроды на основе определенных ионных жидкостей проявляют отклик науровне теоретического на катионные и анионные ПАВ.Однако чувствительность к поверхностно-активным веществам сенсоровтакого же или схожего состава как те, что применялись в этой работе, ранее неизучалась, поэтому это было сделано на первом этапе данного исследования.75Изучалась чувствительность сенсоров к додецилсульфату натрия ицетилтриметиламмоний бромиду, которые являются типичными представителямианионных и катионных поверхностно-активных веществ.В случае поверхностно-активных веществ чувствительность оценивалась вдиапазоне концентраций от 10-6 до 10-2 моль/л для додецилсульфат натрия и от10-6 до 10-3 моль/л для цетилтриметиламмоний бромида.На рисунке 23 в качестве примера представлены виды откликов несколькихсенсоров в водных растворах додецилсульфата натрия.Рисунок 23.
Вид отклика сенсоров в водных растворах додецилсульфатнатрияИз рисунка видно, что изучаемые сенсоры обладают, как катионнойчувствительностью,такианионнойчувствительностьюврастворахдодецилсульфат натрия. Для всех чувствительных к катионам сенсоровнаблюдается примерно одинаковое изменение значений потенциалов, около 20-25мВ при изменении значений концентрации на порядок. Среди представленных76анион-чувствительных сенсоров самый резкий скачок значений потенциаланаблюдается для сенсора Ан4.На рисунке 24 представлены угловые коэффициенты градуировочныхзависимостей.Согласно методике 2.5. все градуировочные измерения проводились по трираза, затем вычислялось среднее значение потенциала каждого сенсора в каждомобразце.Среднеквадратичныечувствительности,отклонения(СКО)величинэлектроднойустановленные в условиях воспроизводимости (n=3), непревышали 2 мВ/дек.Рисунок 24.
Величины наклонов электродных функций сенсоров в водныхрастворах поверхностно-активных веществ. Диапазон изучения чувствительностидля додецилсульфат натрия от 10-6 до 10-2 моль/л и от 10-6 до 10-3 моль/л дляцетилтриметиламмоний бромида.77Полученныерезультатыпоказывают,чтовводныхрастворахцетилтриметиламмоний бромида многие сенсоры, независимо от того являютсяони катионо- и анион-чувствительными, проявляют высокую чувствительность,кроме того значения хорошо воспроизводятся (СКО ≤ 3 мВ/дек), например,сенсоры Кат1 (+52 мВ/дек), Кат4 (+52 мВ/дек) и Ан2 (-53 мВ/дек).
На основанииполученных результатов можно сделать вывод, что в массиве присутствуютсенсоры, проявляющие чувствительность к бромид-аниону, такие как сенсорыАн2, Ан3 и Ан5, спектр чувствительности которых включает неорганическиеанионы,атакжеполикристаллическийсенсорАн1,проявляющийчувствительность к анионам галогенидов.
Кроме того, некоторые сенсорыпроявляют заметную чувствительность к катиону цетилтриметиламмония, вчастности сенсоры Кат1 и Кат4 на основе диамидов дигликолевой идипиколиновойкислотысоответственноихлорированногодикарболлидакобальта.Однако в водных растворах додецилсульфата натрия величины наклоновэлектродных функций только в случаях анион-чувствительных сенсоров, аименно Ан5 (-50 мВ/дек) на основе тетрафенилпорфирин родия (III) хлорида иАн7 (-53 мВ/дек) на основе триметилдодециламмоний хлорида, близки ктеоретическимзначениям.Такимобразом,вмассивеестьсенсорычувствительные к анионам додецилсульфата.
Кроме того, сенсор Кат3 проявляетчувствительность к ионам натрия, значение наклона электродной функции в этомслучае составляет ~ +26 мВ/дек.3.3. Исследование чувствительности индивидуальных сенсоров в водныхрастворах веществ класса феноловНа следующем этапе работы в качестве модельных токсикантов быливыбраны вещества, относящиеся к классу фенолов – фенол, о-нитрофенол, пкрезол. Выбор соединений класса фенолов связан с тем фактом, что фенол и его78указанные производные являются широко распространенными токсикантами ичасто присутствуют в сточных водах.Часто для определения этих соединений используются биосенсоры наоснове тирозиназы [131, 132] или пероксидазы [133].Чувствительность к веществам класса фенолов сенсоров такого же илисхожего состава как те, что применялись в этой работе, ранее не изучалась,поэтому это было сделано в данной работе.Чувствительность сенсоров оценивалась по методике 2.5.
в диапазонеконцентраций: от 10-5 до 10-3 моль/л для фенола, от 10-5 до 10-2 моль/л для онитрофенола и от 10-5 до 10-3 моль/л для п-крезола.На рисунке 25 изображены виды откликов нескольких сенсоров в водномрастворе о-нитрофенола.Рисунок 25. Вид отклика сенсоров в водных растворах о-нитрофенолаИз графика видно, что в массиве присутствуют сенсоры, обладающиеанионной чувствительностью в водных растворах о-нитрофенола. Для всех79чувствительных к анионам сенсоров наблюдается примерно одинаковоеизменение значений потенциалов, ∆Е составляет около 15-20 мВ при измененииконцентрации на порядок.Нарисунке26экспериментальнополученнаяинформацияочувствительности сенсоров к веществам класса фенолов представлена вграфическом виде.Согласно методике 2.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
