Химически модифицированный электрод и способ его изготовления

(51)5 6 01 М 27/48 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСКО охи-гсф В Ъ Ина и спиртовом раств цистеам нона.Пр ванный водной диамет органи хлор,4 кой чер осится к электрохи зовано в процесса макромолекул в эл Изобретение от и может быть испол следования свойств рокатализе. с- тодифициро- электропропроволока мм) и слоя лючающего й с подложи м е р 1. Химически м электрод состоит из Рт подложки (платиновая ром 0,5 мм и длиной 20 ческого вещества, вк -нафтохинон, связаннь ез цистеамин: 1 аааааа О еия является улучш х характеристик эл х области применен ни на изготовлен Р НЬ - С 2 - СН ль достигается тем, что онального соединения, ривязывание нафтохиводной подложке, исн. Модифицирование яют, выдерживая элекно в водном растворе. С 10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт почвоведения и фотосинтеза АН СССР(54) ХИМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЪЙ ЭЛЕКТРОД И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано для иммобилизации каталитически активных соединений на электропроводную подложку для дальнейшего применения электродов в процесЦелью изобрете ние электрохимическ тродов, расширение и сокращение врем электродов.Поставленная це в качестве бифункци осуществляющего и нона к электропро пользуют цистеами электрода осуществл трод последователь сах электрокатализа. Химически модифицированный электрод представляет собой электропроводную подложку, на которую через бифункциональное соединение - цистеамин иммобилизован нафтохинон. Модифицирование электропроводной подложки осуществляют, последовательно выдерживая электрод в водном боастворе цистеамина с концентрацией 1 а 10 -5 ф 10 М в течение 1 - 30 мин и в спиртовом растворе нафтохинона с концентрацией 0,1 - 10 М в течение 10 - 180 с при температуре кипения. Химически модифицированный электрод и способ его получения обеспечивают улучшенные электрохимические характеристики, более длительную работу электрода, возможность использования в широком диапазоне рН. Сокращается время для получения электрода и его регенерации, 2 с,п. ф-лы, 3 табл,Электрохимические своиства и структуру электрода определяют следующим обра 1725104510 15 Е = - (Ек+Еа) о 2 35 40 Ац нь-сн - сн -м С 145 примере 1. 50 ным рН, и по количеству хинона, десорбиро- .55 зом, Электрод помещают в электрохимическую ячейку, содержащую вспомогательный электрод и электрод сравнения. Кислород из раствора удаляют продувкой аргона. Измерение проводят на фоне водного 0,01 М боратного буфера рН 9,18 при комнатной температуре. Поляризацию электрода проводят циклически от 0,0 В в отрицательном направлении до начала катодного разряда фонового электролита и обратно. Стандартный редокс-потенциал иммобилизованного хинона определяют как среднюю величину потенциалов катодного и анодного пиков При рН 9,18 получают Е = -0,52 В, что соответствует известному потенциалу амино-хлор,4-нафтохинона. Этот потенциал примерно на 200 мВ отрицательнее, чем редокс-потенциал исходного 2,3-дихлор,4-нафтохинона, использованного для получения электрода. Такая разница объясняется введением в хинон электронодонорной аминогруппы в процессе получения электрода. Это позволяет однозначно отличить иммобилизованный амино-хлор,4-нафтохинон от исходного дихлор,4- нафтохинона и идентифицировать структуру органического слоя на электроде. П р и м е р 2. Химически модифицированный электрод состоит из Ац электропроводной подложки (золотая фольга толщиной 0,2 мм, шириной 1 мм и длиной 20 мм) и слоя органического вещества, включающего хлор,4-нафтохинон, связанный с подложкой через цистеамин: Данный пример показывает возможность использования электропроводной подложки из другого материала. Электрохимические свойства не отличаются существенным образом от приведенных в Электрохимические характеристики химически модифицированного электрода оценивают на основании вольтамперных кривых, измеренных в растворах с различвавшегося с поверхности при кипячении в растворе этанола.Характеристики предлагаемого электрода и известного представлены в табл.1,20 25 30 Приведенные в табл.1 данные показывают, что предлагаемый электрод имеет более высокую константу скорости переноса электрода, что улучшает его электрохимические характеристики при проведении электрокаталитических процессов. Существенно повышение стабильности электрода, а, также более широкая область применения за счет возможности использования электрода в широком диапазоне рН.П р и м е р 3. Платиновый электрод (и роволока диаметром 0,5 мм, улиной 20 мм) инкубируют 20 мин в 210 М растворе цистеамина, в водном 0,1 М трис-НС буферном растворе рН 8,0 и отмывают дистиллированной водой. Электрод выдерживают 2 мин в кипящем 1 М растворе 2,3-дихлор,4- нафтохинона в этаноле и отмывают этанолом.П р и м е р 4. Золотой электрод (фольга толщиной 0,2 мм, шириной 1 мм и длиной 20 мм) инкубируют 1 мин в 210 М растворе цистеамина, в водном 0,01 М боратном растворе рН 9,18 и отмывают дистиллированной водой, Электрод выдерживают 2 мин в кипящем 1 М растворе 2,3-дихлор,4-нафтохинона в этаноле и отмывают этанолом.В табл.2 приведены граничные значения параметров осуществления способа и их обоснование (при варьировании одного параметра остальные имеют оптимальные значения).Пооперационное сравнение затрат времени на модификацию электрода по известному и предлагаемому способам приведено в табл.3.Кроме сокращения времени и уменьшения числа операций, способ обеспечивает качественное упрощение операций: отпадает необходимость в многорежимной поляризации электрода с использованием полярографа и электрохимической ячейки для подготовки электродной поверхности, также отпадает необходимость в вакуумной осушке электрода при 50 С с использованием вакуумного насоса и термостата, Очень важным упрощением, влияющим на условия труда и безопасность работы, является отказ от использования абсолютного толуола, а следовательно, исключение его абсолютизации металлическим натрием и последующей перегонки.Преимуществом предлагаемого способа получения химически модифицированного электрода является также простота его регенерации, Для восстановления свойств электрода его вновь выдерживают в растворе цистеамина (желательно при концентрации10 М) и как в способе получения обрабатывают раствором нафтохинона.1725104 20 Табли.ца 1 Параметры Значения параметровдля электрода е Впредлагае- мого известного Константа скорости переноса электронамежду иммобилизованным хинонон иэлектропроводной подложкой, с 1"10 Уменьшение поверхностной концентрациииммобилизованного хинона при 1000 циклов сканирования потенциала, Ф(10 Уменьшение поверхностной концентрациииммобилизованного хинона при 2-часовойобработке в кипящем этаноле,10 Диапазон рН водного раствора, в котором сохраняется устойчивость электрода. 0-13 4-9 50 55 Таким образом, химически модифицированный электрод, использующий в качестве бифункционального соединения цистеамин, и способ получения электрода позволяют улучшить характеристики элект рода, расширить область его применения и уменьшить затраты времени на его изготовление. Формула изобретения 10 1. Химически модифицированный электрод, состоящий из электропроводной подложки и нафтохинона, связанного с подложкой через бифункциональное соединение, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 15 улучшения его электрохимических характеристик и расширения области применения,в качестве бифункционального соединения используют цистеамин.2, Способ изготовления химически модифицированного электрода . включающий последовательную обработку электропроводной подложки раствором бифункционального соединения и спиртовым раствором нафтохинона, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сокращения затрат времени на изготовление электрода и улучшения его электрохимических характеристик, электропроводную подложку обрабатывают 1- 30 мин в водном растворе цистеамина с концентрацией 1 0 - 5 102 М, а затем 10 - 180 с в растворе нафтохинона с концентрацией 0,1 - 10 М при температуре кипения,1725104 Таблива 2 Параметр Значения параметров Максимальное Минимальное Время инкубации врастворе цистеамина 1 минМинимальное время, необходимое для инкубациии отмывки от растворацистеаминаДостигается менее 20пт предельного заполнения поверхности хиноном 30 минДостигается предельноезаполнение поверхностиэлектрода хиноном 5" 10 МОграничивается в целяхзкономии реактива Концентрация растворацистеамина Время выдерживанияв растворе хинона 10 сДостигается менее 20от предельного заполнения поверхности хинонпм 180 сДостигается предельноезаполнение поверхностиэлектрода хиноном 0,1 МДостигается менее 201от предельного заполнения поверхности хиноном Концентрация раствора хинона 10 МОграничивается растворимостью хинона Таблица Л Необходимое время,мин, для способа Операции Мизвестно-предлагаеномого Поляризация электрода е 0,5 М НвВОь при потенциале + 1,9 В 3 Удаление кислорода изэлектрохимическойячейки продувкой Сканирование потенциала в диапазоне (+1,1)(-0,2)В (10 циклов) 3 Выдержка электродапри потенциале +1,1 В Вакуумная суюка электрода Силенизация электрода аминосиланом в растворе абсолютного толуола и отмывка электрода абсолютным толуолом Инкубация электрода вводном растворе цис"теамина и отмывкаэлектрода водой Выдержка электрода вспиртовом растворенафтохинонапри комнатной тем"пературе 120 при кипении 381 Итого 210 Составитель В. БогдановскаяТехред М.Моргентал Корректор А, Осауленко Редактор И. Горная Заказ 1171 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101