ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2024.248.291-303isplta-313Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ. БИОТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGY OF WOOD. BIO TECHNOLOGYИоноселективные электроды на основе мембран халькогенидных пленок для определения содержания кадмия в водных растворахIon-selective electrodes based on chalcogenide film membranes for determining the cadmium content in aquas solutionsБайдаковД. Л.BaidakovD. L.

Байдаков Дмитрий Леонидович – доцент, кандидат химических наук, доцент,

194021, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург

Baidakov Dmitry L. – DSs (Chemistry), Assistant professor,

194021. Institute per. 5. St. Petersburg

chemwood@rambler.ruШелоумовА. В.SheloumovA. V.

Шелоумов Андрей Валентинович – профессор, доктор технических наук,

194021, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург

Sheloumov Andrey V. – DCs (Thecnical), Professor,

194021. Institute per. 5. St. Petersburg

woodplast@mail.ruМихайловаН. В.MichailovaN. V.

Михайлова Нинель Вадимовна – доцент лечебного факультета, кандидат химических наук, доцент,

197341, Коломяжский пр., д. 21, Санкт-Петербург

Michailova Ninel V. – DCs (Chemistry), Assistant professor, Faculty of Medicine, Institute of Medical Education,

197341. Kolomyazhsky av. 5. St. Petersburg

ninel3971@mail.ruСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваРоссияSt.Petersburg State Forest Technical UniversityRussian FederationИнститут медицинского образования ФГБУ НМИЦ им. В.А. АлмазоваРоссияFederal State Budgetary Institution Scientific Research Center named after V.A. AlmazovaRussian Federation2024210620240248291303Copyright © Байдаков Д.Л., Шелоумов А.В., Михайлова Н.В., 20242024Байдаков Д.Л., Шелоумов А.В., Михайлова Н.В.Baidakov D.L., Sheloumov A.V., Michailova N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/313

Мембраны ионоселективных электродов, изготовленные из халькогенидных стеклообразных полупроводников, обладают ценными аналитическими и практическими характеристиками, такими как низкий предел обнаружения катионов металлов в водных растворах, воспроизводимость электродной функции, малое время отклика аналитического сигнала, миниатюрность сенсоров и возможность автоматизации измерений. Cтекла CdI2-PbI2-As2Se3 синтезировали с использованием реактивов иодид кадмия, иодид свинца квалификации х.ч., триселенид мышьяка квалификации о.с.ч. Стекла синтезировали при максимальной температуре 1000 °С в вакуумированных кварцевых ампулах с остаточным давлением 10–4 Па. При достижении 1000 °С ампулы с расплавом шихты при постоянном перемешивании выдерживали 4–6 ч, затем производили закалку расплава в воде со льдом. Пленки CdI2-PbI2-As2Se3 наносили из растворов стекол в н-бутиламине. Впервые получены потенциометрические химические сенсоры на основе халькогенидных мембран CdI2-PbI2-As2Se, содержащие иодиды металлов, для прямого определения молярной концентрации катионов кадмия в водных растворах. Установлено, что электродные свойства полученных пленочных и стеклянных Cd-ИСЭ зависят в основном от содержания иодида кадмия в мембранах, а соотношение компонентов в халькогенидной матрице (иодида свинца и селенида мышьяка) влияет главным образом на электродные функции сенсоров. Параметры и зависимость электропроводности от температуры, а также электродные свойства в системе CdI2-PbI2-As2Se определяются составом аморфного материала и не зависят от способа получения (стекло или химически осажденная пленка из раствора стекла).

Ion-selective electrode membranes made from chalcogenide glassy semiconductors have valuable analytical and practical characteristics, such as a low detection limit of metal cations in aqueous solutions, reproducibility of electrode function, short response time of the analytical signal, miniaturization of sensors, and the ability to automate measurements. CdI2-PbI2-As2Se3 glasses were synthesized using the reagents cadmium iodide, chemically pure lead iodide, and special purity arsenic triselenide. Glasses were synthesized at a maximum temperature of 1000 °C in evacuated quartz ampoules with a residual pressure of 10–4 Pa. When the temperature reached 1000 °C, the ampoules with the charge melt were kept for 4– 6 hours with constant stirring, then the melt was quenched in water with ice. CdI2- PbI2-As2Se3 films were deposited from solutions of glasses in n-butylamine. For the first time, potentiometric chemical sensors based on CdI2-PbI2-As2Se3 chalcogenide membranes containing metal iodides have been obtained for direct determination of the molar concentration of cadmium cations in aqueous solutions. It has been established that the electrode properties of the resulting film and glass Cd-ISEs depend mainly on the content of cadmium iodide in the membranes, and the ratio of components in the chalcogenide matrix (lead iodide and arsenic selenide) affects mainly the electrode functions of the sensors. The parameters and dependence of electrical conductivity on temperature, as well as electrode properties in the CdI2- PbI2-As2Se3 system are determined by the composition of the amorphous material and do not depend on the production method (glass or chemically deposited film from a glass solution).

халькогенидные стекла и пленкикадмий ионоселективные электродыchalcogenide glasses and filmscadmium ion-selective electrodesReferencesБайдаков Д.Л. Халькогенидные пленки, полученные методом химического нанесения : автореф. канд. дис. Санкт-Петербург. 1997. 16 с.Baidakov D.L. and Shkol’nikov E.V. Electroconductivity and Electrode Properties of Amorphous PbS-Ag2S-As2S3 and PbS-AgI-As2S3 Films Deposited From Solutions of Glasses in n-Butylamine. Glass Physics and Chemistry, 2019, vol. 45, no. 5, pp. 349–354.Байдаков Д.Л., Колужникова Е.В., Михайлова Н.В. Масс-спектрометрическое исследование и электродные свойства халькогенидных пленок MnCl2- GeS2-Ga2S3 и MnS-GeS2-Ga2S3, полученных методом химического нанесения // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2020. Вып. 230. С. 173–185.Baidakov D.L. Electrical Conduction of Chalcogenide CuI–AgI–As2Se3 and PbI2– AgI–As2Se3 Films Obtained by the Chemical Deposition Method. Glass Phys. Chem., 2013, vol. 39, no. 6, pp. 634–638.Байдаков Д.Л., Школьников Е.В. Электродные свойства галогенидхалькогенидных стекол и аморфных пленок, полученных методом химического нанесения // Физ. и хим. стекла. 2018. Т. 44. № 4. С. 422–427.Baidakov D.L. Spin-coated chalcogenide glasses. The abstract of PhD, St. Petersburg, 1997. 16 p. (In Russ.)Куликова О.И., Федорова Т.Н., Стволинский С.Л. Карнозин предотвращает развитие окислительного стресса в условиях токсического действия кадмия // Вестник МГУ. Сер. 16. Биология. 2016. № 4. С. 66–71.Baidakov D.L., Koluznikova E.V., Michailova N.V.. Mass spectrometric study and electrode properties of MnCl2-GeS2-Ga2S3 and MnS-GeS2-Ga2S3 chalcogenide films obtained by chemical deposition. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii, 2020, iss. 230, pp. 173–185. (In Russ.)Легин А.В. Халькогенидные стеклянные электроды, селективные к ионам свинца // Автореф. канд. дис., Ленинград. 1985. 16 с.Baidakov D.L., Shkol’nikov E.V., Ryseva V.A. Electrical Conductivity of CuI– AsI3–As2Se3 and CuI–SbI3–As2Se3 Chalcogenide Films Prepared by Chemical Deposition. Glass Phys. and Chem., 2010, vol. 36, no. 5. pp. 561–565.Фазлыева А.С., Даукаев Р.А., Каримов Д.О. Влияние кадмия на здоровье населения и способы профилактики его токсических эффектов // Медицина труда и экология человека. 2022. № 1. С.220 -235.Baidakov D.L., Shkolnikov E.V. Electrode Properties of Halogenide-Chalcogenide Glasses and Amorphous Thin Films Fabricated by Chemical Deposition. Glass Physics and Chemistry, 2018, vol. 44, no. 4, pp. 350–355. (In Russ.)Школьников Е.В. Кинетика кислотно-окислительного растворения стеклообразных (окси)халькогенидных Ag+ (Cu2+, Pb2+, Tl+ ) – сенсорных материалов // Физ. и хим. стекла. 2000. Т. 26. № 6. С. 861–869.Belikova V., Panchuk V.V., Legin E., Melenteva A., Kirsanov D.O., Legin A.V. Continuous monitoring of water quality at aeration plant with potentiometric sensor array. Sensors and Actuators, B, Chemical, 2019, vol. 282, pp. 854–860.Baidakov D.L, Shkol’nikov E.V. Electroconductivity and Electrode Properties of Amorphous PbS-Ag2S-As2S3 and PbS-AgI-As2S3 Films Deposited From Solutions of Glass in n-Butylamine // Glass Physics and Chemistry. 2019. Vol.45. no. 5. P. 349–354.Chen Y., Hu Y., Liu S. Whole-body aerosol exposure of cadmium chloride (CdCl2) and tetrabromobisphenol A (TBBPA) induced hepatic changes in CD-1 male mice. Journal of hazardous materials, 2016, vol. 318, pp. 109–116.Baidakov D.L., Shkol’nikov E.V. and Ryseva V.A. Electrical Conductivity of CuI– AsI3–As2Se3 and CuI–SbI3–As2Se3 Chalcogenide Films Prepared by Chemical Deposition // Glass Phys. and Chem. 2010. Vol. 36, no. 5. P. 561–565.Fouad S.S., Amin G.A.M., El-Bana M.S. Physical and optical characterizations of Ge10Se90 − xTex thin films in view of their spectroscopic ellipsometry data. J. NonCryst. Solids, 2017, vol. 459, pp. 325–332.Baidakov D.L. Electrical Conduction of Chalcogenide CuI–AgI–As2Se3 and PbI2– AgI–As2Se3 Films Obtained by the Chemical Deposition Method // Glass Phys. Chem. 2013. Vol. 39, no. 6. P. 634–638.Kohoutek T., Wagner T., Vlcek Mir, Vlcek Mil., Frumar M. Physico-chemical properties of spin-coated Ag–As–Sb–S films. J. Non-Cryst. Solids, 2005, vol. 351, no. 2729, pp. 2205–2209.Belikova V., Panchuk V.V., Legin E., Melenteva A., Kirsanov D.O., Legin A.V. Continuous monitoring of water quality at aeration plant with potentiometric sensor array // Sensors and Actuators, B, Chemical. 2019. Vol. 282. P. 854–860.Kulikova О.I., Phedorova Т.N., Stvolinsky S.L. Carnosine prevents the development of oxidative stress under conditions of cadmium toxicity. Bulletin of MSU. Ser. 16. Biology, 2016, no. 4, pp. 66–71. (In Russ.)Chen Y., Hu Y., Liu S. Whole-body aerosol exposure of cadmium chloride (CdCl2) and tetrabromobisphenol A (TBBPA) induced hepatic changes in CD-1 male mice // Journal of hazardous materials. 2016. Vol. 318. P. 109–116.Legin A.V. Lead – selective chalcogenide glass electrodes. The abstract of PhD, L., 1985. 16 p. (In Russ.)Fouad S.S., Amin G.A.M., El-Bana M.S. Physical and optical characterizations of Ge10Se90 − xTex thin films in view of their spectroscopic ellipsometry data // J. NonCryst. Solids. 2017. Vol. 459. P. 325–332.Phazlieva А.S., Daukaev R.А., Karimov D.О. The impact of cadmium on public health and ways to prevent its toxic effects. Occupational medicine and human ecology, 2022, no. 1. pp. 220–235. (In Russ.)Kohoutek T., Wagner T., Vlcek Mir, Vlcek Mil., Frumar M. Physico-chemical properties of spin-coated Ag–As–Sb–S films // J. Non-Cryst. Solids. 2005. Vol. 351, no. 27–29. P. 2205–2209.Shkol’nikov E.V. Kinetics of Acidic Oxidative Dissolution of Vitreous (Oxy)chalcogenide Materials Sensitive to Ag+ (Cu2+, Pb2+, Tl+). Glass Physics and Chemistry, 2000, vol. 26, pp. 594–601. (In Russ.)Singh P.R., Zulfequar M., Kumar A., Dwivedi P.K. Electrical and optical properties of solution phase deposited As2S3 and As2Se3 chalcogenide thin films: A comparative study with thermally deposited films // J. Non-Cryst. Solids. 2017. Vol. 476. P. 46–51.Singh P.R., Zulfequar M., Kumar A., Dwivedi P.K. Electrical and optical properties of solution phase deposited As2S3 and As2Se3 chalcogenide thin films: A comparative study with thermally deposited films. J. Non-Cryst. Solids, 2017, vol. 476, pp. 46–51.Vlasov Yu.G., Bychkov E.A. Ion-selective chalcogenide glass electrodes // Ion Selective Electrode Reviews. 1987. Vol. 9, no. 1. P. 5–93.Vlasov Yu.G., Bychkov E.A. Ion-selective chalcogenide glass electrodes. IonSelective Electrode Reviews, 1987, vol. 9, no. 1, pp. 5–93.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.