Химические сенсоры на основе халькогенидных пленок ZnI₂-PbI₂-As₂Se₃ для определения содержания цинка в водных растворах

Халькогенидные стекла и пленки на основе селенидов мышьяка, содержащие иодиды металлов, имеют уникальные свойства и большое практическое применение. Они прозрачны в ИК-диапазоне спектра, имеют низкую чувствительность к примесям и высокую химическую устойчивость в агрессивных средах. Стеклообразные полупроводники используются при производстве оборудования и приборов в оптической промышленности, как составляющие биочипов, а также в качестве материалов мембран ионоселективных электродов. Для синтеза стекол ZnI₂-PbI₂-As₂Se₃ использовались иодид цинка (х.ч), иодид свинца (х.ч.), триселенид мышьяка (о.с.ч.). Стекла синтезировали при максимальной температуре 900ºС в вакуумированных кварцевых ампулах. При достижении максимальной температуры синтеза ампулы с расплавом при постоянном перемешивании выдерживали 12 ч, затем производили закалку расплава в воде со льдом. Пленки ZnI₂-PbI₂-As₂Se₃ наносили из растворов стекол в н-бутиламине. Установлено, что для халькогенидных стекол и пленок одного и того же состава удельная электропроводность и энергия активации переноса заряда в пределах погрешности измерений не отличаются. Впервые получены химические сенсоры на основе пленочных мембран ZnI₂-PbI₂-As₂Se₃ для прямого определения содержания цинка в водных растворах. Нижний предел обнаружения катионов Zn²⁺ для большинства исследованных мембран равен 10^–7 моль/л, а нернстова область электродной функции составляет 10^–6–10^–1 моль/л. Пленочные электроды практически не уступают халькогенидным стеклянным электродам в избирательности.

1. Байдаков Д.Л. Электропроводность халькогенидных пленок CuI-AgI-As2Se3, PbI2-AgI-As2Se3, полученных методом химического нанесения // Физ. и хим. стекла. 2013. Т. 39. № 5. С. 35-40.

2. 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.

3. 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.

4. Байдаков Д.Л., Школьников Е.В., Рысева В.А. Электропроводность халькогенидных пленок CuI-AsI3-As2Se3, CuI-SbI3-As2Se3, полученных методом химического нанесения // Физ. и хим. стекла. 2010. Т.36. № 6. С. 705–710.

5. Богословский И.А., Цендин К.Д. Физика эффектов переключения и памяти в халькогенидных стеклообразных полупроводниках // ФТП. 2012. Т. 46. № 5. С. 577–607.

6. Легин А.В., Власов Ю. Г., Байдаков Д. Л. Получение халькогенидных пленок методом химического нанесения и их электропроводность // Физ. и хим. стекла. 1995. Т. 21. № 5. С. 488–495.

7. Медведев А.М. Транспортные характеристики, особенности структуры и электродные свойства селенидных стекол, содержащих медь, серебро и свинец. Канд. дисс. Л.. 1989. 183 с.

8. 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. Baydakov D.L. Synthesis, electrical properties and structural features of copper containing chalcogenide films produced by chemical deposition method // Russian Journal of Applied Chemistry. 2013. Vol. 86, no. 9. P. 1351–1358.

9. Slang S., Palka K., Loghina L., Kovalskiy A., Jain H., Vlchek M. Mechanism of the dissolution of As–S chalcogenide glass in n-butylamine and its influence on the structure of spin coated layers // J. Non-Cryst. Solids. 2015. Vol. 426. P. 125–131.

10. Vasilieva A.S., Borisova E.N., Klotchenko S.V., Tveryanovich A.S., Tveryanovich Yu.S. Vitreous films of Ga6Ge17S77 composition as a biochip substrate // Glass Physics and Chemistry. 2014. Vol. 40. no. 4. P. 467–469.

11. Vlasov Yu.G. Sensor R and D in the former Soviet Union // Sensors and Actuators B: Chemical. 1993. Vol. 15–16. P. 6–15.

12. Vlasov Yu.G., Bychkov E.A. Ionic and electronic conductivity in the copper-silver-arsenic-selenium glasses // Solid State Ionics. 1984. Vol. 14. P. 329–335.

13. Vlasov Yu.G., Bychkov E.A. Ion-selective chalcogenide glass electrodes // Ion Selective Electrode Reviews. 1987. Vol. 9. N1. P. 5-93.

14. Vlasov Yu.G., Bychkov E.A., Legin A.V. New lead ion-selective chalcogenide glass electrodes // Ion-Selective Electrodes.Vol.4. Ed. By E. Pungor. Budapest: Akademiai Kiadо, 1984. P. 657–677.