Потенциометрические автоматизированные комплексы
для экспресс-анализа жидких сред
О.В.Бобрешова
Воронежский государственный университет

Преимуществами потенциометрических методов анализа растворов являются экспрессность, простота, невысокая стоимость анализа, а также возможность автоматизации измерительных приборов. Кроме того, их использование дает возможность дистанцировать измерительный комплекс от объекта анализа.

Большинство потенциометрических сенсоров – это ионоселективные электроды. Функционирование многих ионоселективных электродов (ИСЭ) в водных и водно-органических средах основано на высокоспецифичных реакциях, для протекания которых необходим подбор, синтез и иммобилизации активных химических или биологических слоёв. Проблемами при практическом использовании сенсоров такого типа являются низкая селективность и точность в средах, содержащих компоненты с аналогичными функциональными группами, а также необходимость регенерации активных слоёв после нескольких измерений, что делает сенсоры сложными в эксплуатации и непригодными для использования в реальных производственных процессах.

Мультисенсорные потенциометрические системы, в частности системы типа «электронный язык», имеют ряд преимуществ по сравнению с отдельными ИСЭ для анализа многокомпонентных сред. В последнее время большое внимание уделяется использованию «электронных языков» в производственных процессах и при контроле качества пищевых продуктов. При этом, как правило, контролируется стандарт качества анализируемого  продукта, но далеко не всегда определяются концентрации ключевых компонентов продукта. Для успешного применения и развития этого метода, требуется разработка новых сенсорных материалов, сочетающих чувствительность электродноактивного материала сенсоров ко всем (или некоторым) определяемым компонентам и долговременную стабильность сенсорных характеристик.

В Воронежском госуниверситете под руководством проф., д.х.н. Бобрешовой О.В. разработан новый тип высокочувствительных к органическим и неорганическим ионным компонентам водных растворов потенциометрических сенсоров – ПД-сенсоры. В качестве электродноактивного материала в этих сенсорах используются перфторированные сульфокатионообменные мембраны. Ввиду особого химического строения в таких мембранах происходит процесс самоорганизации с образованием наноразмерных пор и каналов, что позволяет варьировать чувствительность ПД-сенсоров к определяемым компонентам (в первую очередь к органическим ионам, размеры которых сопоставимы с размерами пор мембран) за счёт изменения ионно-молекулярного состава мембран. В результате, разработаны высокочувствительные и стабильные потенциометрические сенсоры, не требующие подбора, иммобилизации и регенерации активных химических или биологических слоёв на поверхности ионообменных мембран.

Использование в массиве мультисенсорных измерительных комплексов небольшого количества перекрестно чувствительных сенсоров (от 3 до 10 шт.), характеризующихся стабильными воспроизводимыми откликами в исследуемых многокомпонентных средах, в сочетании с математическими методами распознавания образов и многомерной градуировки обеспечивает возможность, как качественного анализа, так и количественного определения компонентов сложных растворов. На этой основе разрабатываются программно-аппаратные потенциометрические мультисенсорные измерительные комплексы для анализа различных многокомпонентных сред.

Задачи, решаемые с использованием автоматизированных потенциометрических комплексов с ПД-сенсорами:

1. Количественный многокомпонентный анализ водных растворов, содержащих аминокислоты, витамины, лекарственные вещества, неорганические соли щелочных и щелочноземельных металлов.
2. Количественное определение компонентов лечебно-профилактических пищевых солей.
3. Количественное определение витаминов и лекарственных веществ в мультивитаминных комплексах и лекарственных формах.
4. Количественное определение новокаина и лидокаина в моче и медицинских стоках.
5. Контроль степени свежести пива.
6. Контроль содержания сухого молока, аминокислот и витаминов в молочных продуктах

[1] Бобрешова О.В., Агупова М.В., Паршина А.В., Полуместная К.А. // Электрохимия. 2010. Т. 46, № 11. C. 1338.
[2] Бобрешова О.В., Паршина А.В., Полуместная К.А., Тимофеев С.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2011. Т.1, № 1. C. 27-36.
[3] Bobreshova O.V., Parshina A.V., Polumestnaya K.А., Safronova E.Yu., Yankina K.Yu., Yaroslavtsev A.B. // Mendeleev Communications. 2012. Vol. 22, № 2. P. 83.
[4] Бобрешова О.В., Паршина А.В., Пожидаева Ю.В. // Журнал аналитической химии. 2013. Т. 68, № 4. С. 348.
[5] Бобрешова О.В., Паршина А.В., Янкина К.Ю., Сафронова Е.Ю., Ярославцев А.Б. // Российские нанотехнологии. 2013. Т. 8, № 11-12. С. 24.
[6] Пат. 2364859 РФ. Способ определения доннановского потенциала / Бобрешова О.В., Кулинцов П.И., Агупова М.В., Паршина А.В. // Заявитель и патентообладатель Ворон. гос. ун-т., № 2008115703; заявл. 21.04.08, опубл. 20.08.09; бюл. №23.
[7] Пат. 109862 РФ. Потенциометрический мультисенсорный измерительный комплекс для совместного определения органических электролитов в водных растворах / Бобрешова О.В., Паршина А.В., Пожидаева Ю.В., Тимофеев С.В. // Заявитель и патентообладатель Ворон. гос. ун-т., № 2011107416; заявл. 25.02.11, опубл. 27.10.11; бюл. №30.