РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ	(19) RU (11) 2 680 865 (13) C1
	(51) МПК G01N 27/333 (2006.01) (52) СПК G01N 27/333 (2018.08)

Статус:

действует (последнее изменение статуса: 18.03.2019)

(21)(22) Заявка: 2018119154, 24.05.2018 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 24.05.2018 Дата регистрации: 28.02.2019 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 24.05.2018 (45) Опубликовано: 28.02.2019 Бюл. № 7 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: С.М. Бессись и др., Кальций селективный электрод на основе бидентатных фосфорорганических соединений // Журнал аналитической химии 1988, XLIII, 12, стр. 1769-1771. SU 1155928 A, 15.05.1985. SU 1161857 А, 15.06.1985. SU 1778659 А1, 30.11.1992. RU 2056632 C1, 20.03.1996. RU 60731 U1, 27.01.2007. US 4271002 A, 02.06.1981. Адрес для переписки: 119991, Москва, Ленинский пр-кт, 31, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

(72) Автор(ы): Копытин Александр Викторович (RU), Жижин Константин Юрьевич (RU), Баулин Владимир Евгеньевич (RU), Жуков Александр Федорович (RU), Пятова Елена Николаевна (RU), Паршаков Артемий Степанович (RU), Галкина Елена Николаевна (RU), Иванова Ирина Сергеевна (RU), Цивадзе Аслан Юсупович (RU) (73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) (RU)

(54) Мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кальция

Изобретение относится к области ионометрии, а именно к разрабоке ионоселективных электродов с мембранами на основе полимерных супрамолекулярных систем. Предлагаемое изобретение предназначено для прямого потенциометрического определения активности ионов кальция в водных растворах и может быть использовано для анализа природных и сточных вод, а также для анализа биологических жидкостей. Среди разработанных ионоселективных электродов (ИСЭ) широкое распространение получили электроды для определения биогенных ионов, таких, как калий, натрий, кальций, литий, хлор. Эти ионы относятся к незаменимым и любое отклонение их содержания в организме от нормы приводит к нарушению жизнедеятельности. Электроаналитические параметры разработанного электрода (область линейной зависимости, угловой наклон электродной функции и селективность) позволяют рекомендовать его для использования в анализаторах крови и биологических жидкостей. Кроме этого предлагаемый кальций -селективный электрод может быть использован для контроля качества питьевой вод. Предельно допустимая концентрация кальция в питьевой воде составляет около 100 мг/л (2,5×10^-3 г-ион/л), что позволяет использовать предлагаемый электрод для мониторинга кальция в питьевой воде.

Известны составы мембран ионоселективных электродов для анализа кальция. Например электроды, чувствительные к ионам кальция, содержащие макроциклический силоксан, а именно /(Me₂SiO)₁₂/, тетрафенилборат кальция и пропиленгликоль, работают в области рН от 4,5 до ≥10. Однако, такие электроды имели низкую селективность к ионам кальция в присутствии натрия, калия и магния [Moody G.J. and Tomas J.D.R. Progress in designing calcium ion-selective electrodes.//Ion-selective Electrodes Rev.- 1979.-Vol. 1, №1. - P. 3-30].

Известен также кальций-селективный электрод на основе нейтрального переносчика с ПВХ-матрицей, содержащий N,N'-ди/(II-этоксикарбонил)ундецил/-N,N'-4,5-тетраметил-3,6-диоксооктандиаид в качестве электродноактивного вещества и 2-нитрофенил-н-октиловый эфир в качестве пластификатора. Такие электроды обладали высокой избирательностью, при этом угловой наклон электродной характеристики был близок к теоретическому и составлял S=29,7 мВ, предел обнаружения был <10^-6 м. Но разработанные электроды не имели практического значения, т.к. в течение короткого времени выходили из строя из-за потери селективности, особенно при изменениях рН и после этого не могли быть использованы, [Craggs A., Moody. G.J. and Thomas J.D.R. Evolution of calcium ion-selective electrodes based on di(n-alkylphenyl)phosphate sensor and their calibration with ion buffers.// Analyst. - 1979. - Vol.104,№1238. -P.412-418].

Наиболее близким технически решением является состав полимерной мембраны кальций-селективного электрода, состава 2-3% электродоактивного компонента (ЭАК), 69-71% пластификатор, 29-31% поливинилхлорид (ПВХ), где в качестве электродоактивного компонента использовали фосфор-содержащий поданд тетратолил-о-ксилендифосфин, в качестве липофильной добавки - тетракис (4-хлорфенил) борат калия (ТХФБК), а в качестве пластификатора о-нитрофенилоктиловый эфир [С.М. Бессись, А.Ф. Жуков, Ю.И. Урусов, О.М. Петрухин, Г.В Бодрин, Н.П. Нестерова, Ю.М. Поликарпов и М.Н .Еабачник Кальций селективный электродна основе бидентатных фосфорорганических соединений // Журнал аналитической химии 1988, XLIII, №12, стр. 1769-1771.] (прототип). Разработанные электроды обладали линейным диапазоном измеряемых концентраций в диапазоне 10^-1-10^-5 М (рСа²⁺=1-5). Угловой коэффициент электродной характеристики был близок к теоретическому и составлял 27±1 мВ, измеренный предел обнаружения составил 5,6⋅10^-6 М (рСа²⁺=5,25). Электрод обладал недостаточно высокой избирательностью по отношению к ионам кальция в присутствии катионам щелочных и щелочноземельных элементов, включая биогенные Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, и, также, относительно невысоким пределом обнаружения, что не позволяло применять его для некоторых специфических задач, решаемых в медицине и биологии.

Целью изобретения является повышение избирательности определения ионов в присутствии щелочных и щелочноземельных элементов, а также улучшение предела обнаружения в присутствии биогенных катионов щелочных и щелочноземельных элементов.

Технический результат достигается тем, что предложена мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кальция, содержащая полимерную матрицу, пластификатор, липофильную добавку и ионофор, в которой в качестве полимерной матрицы используется поливинилхлорид, а в качестве пластификатора используется о-нитрофенилоктиловый эфир (ОНФОЭ) отличающаяся тем, что в качестве ионофора предлагается использовать бидентатный фосфор-содержащий поданд тетратолил-м-ксилендифосфин, а в качестве липофильной добавки тетракис (4-фторфенил) борат калия (ТФФБК) при следующих соотношенях мембранных компонентов, мас.%:

ионофор:	1-3
липофильная добавка	0,5-1,5
пластификатор:	65-71
ПВХ:	27-32.

При увеличении или уменьшении соотношения в мембране ПВХ и пластификатора, меняются механические и физические параметры полимерной композиции, такие как проводимость (увеличивается электрическое сопротивление мембраны), вязкость, твердость и др., что приводит к резкому ухудшению электроаналитических параметров электрода (воспроизводимость и стабильность потенциала).

Структурная формула ионофора - фосфор-содержащего поданда тетратолил-м-ксилендифосфина:

Исследуемые полимерные мембраны готовили по известной методике. [Камман К., Работа с ионоселективными электродами, М. Мир, 1980, с. 283]. С этой целью рассчитанные количества ПВХ растворяли в циклогексаноне (ЦГ) для получения 10%-ного раствора, который затем смешивали с жидким ионитом (раствор ионофора - в пластификаторе). Смесь переносили в стеклянное кольцо, находящееся на плоской стеклянной пластинке, которую помещали в чистый бокс, при комнатной температуре и в атмосферном давлении. После испарения циклогексанона образовалась полимерная пленка толщиной 0,3-0,5 мм, из которой вырезаются диски диаметром 5-7 мм. Полученные таким образом диски использовали в дальнейшем в качестве мембран. Составы мембран и их параметры представлены в табл. 1 «Зависимость электроаналитических параметров электрода от содержания ионофора в ионоселективной мембране». На Фиг. 1. приведена «Типичная электродная характеристика для исследованных мембран». Рассчитанный из характеристики предел обнаружения катионов Са²⁺ составил рСа²⁺=6,1 (мембраны 2-4 составов B, C, D).

Для исследования электроаналитических свойств мембраны использовался стандартный корпус ISE (Fluka 45137), а в качестве электрода сравнения - хлорсеребряный электрод OP - 0820Р («Раделкис», Венгрия). Измерения проводились с помощью рН - ион-анализатора ОР-300 («Раделкис», Венгрия).

В процессе исследования электроаналитических свойств разработанных мембран использовалась гальваническая цепь:

Электроаналитические параметры ионоселективных электродов были определены согласно рекомендациям IUPAC [Richard P. Back and Lindner, RECOMMENDATION FOR NOMENCLATURE OF ION-SELECTIVE ELECTRODES (UPAC Recommendations 1994) // Pure and Apple. Chem. Vol. 66, No 12, pp 2527-2536, 1994]. Коэффициенты селективности были определены по методу смешанных растворов на фоне постоянной концентрации мешающих компонентов 10^-1 М. Значения рассчитанных коэффициентов селективности приведены в табл. 2. «Измеренные коэффициенты селективности Са²⁺ - селективного электрода (мембрана С)».

Пример изготовления мембраны. 5.5 мг ЭАК (I) и 1,8 мг липофильной добавки- тетракис (4-фторфенил) борат натрия растворяли в 250 мг ОНФОЭ. 110 мг ПВХ растворяли в 5 мл циклогексана. Полученные растворы смешивали и Смесь переносили в стеклянное кольцо, а затем высушивали в боксе при комнатной температуре до постоянного веса. Получена мембрана ИСЭ следующего состава: ЭАК - 1.5%; липофильная добавка тетракис (4-фторфенил) борат натрия - 0.5%; ОНФОЭ - 68%; ПВХ- 30%

Для получения электродных характеристик калибровочные растворы Са(NO₃)₂ с концентрацией 1⋅10^-7-1⋅10^-1 М, которые готовили методом последовательного разбавления из 0,1 М Са(NO₃)₂ непосредственно перед измерением.

Данные сведены в таблицу 1 «Свойства мембран составов А)-Е) в зависимости от содержания электродоактивных компонентов, определяющих их электроаналитические параметры».

*Нарушен линейный отклик потенциала при содержании кальция в растворе Са²⁺ больше 0,01 М

*Нарушен линейный отклик потенциала при содержании кальция в растворе Са²⁺ больше 0,01 М

*Нарушен линейный отклик потенциала при содержании кальция в растворе Са²⁺ больше 0,01 М

*Нарушен линейный отклик потенциала при содержании кальция в растворе Са²⁺ больше 0,01 М

Как видно из табл. 1 мембраны 2, 3, 4 составов B, C, D обладали оптимальными электроаналитическими параметрами с точки зрения предела обнаружения, углового наклона и воспроизводимости потенциала.

Мембраны состава Е уступают прототипу по пределу обнаружения.

Сравнительные данные по селективности представлены в таблице 2 «Коэффициенты селективности электродов с разработанными мембранами и электродов по прототипу»

Измеренные коэффициенты селективности (табл. 2) показывают улучшение по заявленному изобретению избирательности определения ионов кальция в присутствии катионов щелочных и щелочноземельных элементов, включая биогенные Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺.

Предложенная мембрана ионоселективного электрода позволяет улучшить предел обнаружения ионов кальция в водных растворах, а также увеличить избирательность определения в присутствии катионов щелочных и щелочноземельных элементов, включая биогенные, что позволяет применять разработанные электроды для анализа биологических объектов (цельная кровь, сыворотка крови, моча и др.)

Формула изобретения

Мембрана ионоселективного электрода для определения ионов кальция, содержащая полимерную матрицу, пластификатор, липофильную добавку и ионофор, в которой в качестве полимерной матрицы используется поливинилхлорид, а в качестве пластификатора используется о-нитрофенилоктиловый эфир, отличающаяся тем, что в качестве ионофора используется бидентатный фосфор-содержащий поданд тетратолил-м-ксилендифосфин, а в качестве липофильной добавки тетракис (4-фторфенил) борат калия при следующих соотношениях мембранных компонентов, мас. %:

ионофор	1-3
липофильная добавка	0,5-1,5
пластификатор	65-71
ПВХ	27-32