DETERMINATION OF LEAD (II) AND OXYGEN CONTENT IN LIQUID MEDIUM ON TITANIUM DIOXIDE ELECTRODES MODIFIED WITH YTTRIUM
This work demonstrates the possibility of using the anodic stripping voltammetry method on electrodes based on nanocrystalline thin films of yttrium-modified titanium dioxide to determine the content of lead (II) and, at the same time, oxygen in their joint presence in liquids, which is an urgent...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2024
|
| Online Zugang: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/649 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871466034524848128 |
|---|---|
| author | Vorobets , Vera Kolbasov, Gennadii Karpenko, Sergii Oblovatna , Svitlana |
| author_facet | Vorobets , Vera Kolbasov, Gennadii Karpenko, Sergii Oblovatna , Svitlana |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Vera Vorobets ",
"institution": "Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of NAS of Ukraine, Acad. Palladin Ave., 32\/34, 03142, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Gennadii Kolbasov",
"institution": "Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of NAS of Ukraine, Acad. Palladin Ave., 32\/34, 03142, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Sergii Karpenko",
"institution": "Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of NAS of Ukraine, Acad. Palladin Ave., 32\/34, 03142, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Svitlana Oblovatna ",
"institution": "Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of NAS of Ukraine, Acad. Palladin Ave., 32\/34, 03142, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Vorobets , Vera |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:54Z |
| description | This work demonstrates the possibility of using the anodic stripping voltammetry method on electrodes based on nanocrystalline thin films of yttrium-modified titanium dioxide to determine the content of lead (II) and, at the same time, oxygen in their joint presence in liquids, which is an urgent task in the development of multisensors toxic substances and oxygen in liquid media. Lead was determined by anodic potential scanning after preliminary electroconcentration of the electrode in the electrolyte solution containing Pb(II) ions; oxygen was determined by cathodic potential scanning. The influence of electroaccumulation conditions (potential and time), background electrolyte composition, and ions present on the analytical signal (AS) of lead (II) was studied. The analytical signal of lead exhibited a linear dependence on the concentration of Pb(II) ions in the electrolyte, spanning a concentration range of 0.01 to 8 mg·l-1. The maximum sensitivity of the electrodes to dissolved oxygen was (3÷6)·10-3 mg·l-1, to Pb(II) – 0.01 mg·l-1. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.90.3.2024.33-47 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:56Z |
| format | Article |
| fulltext |
33
УДК 543.552.054.1:546.81+546.21 doi: 10.33609/2708-129X.90.3.2024.33-47
ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ СВИНЦЮ (ІІ) ТА КИСНЮ В РІДКИХ
СЕРЕДОВИЩАХ НА ЕЛЕКТРОДАХ НА ОСНОВІ ДІОКСИДУ
ТИТАНУ, МОДИФІКОВАНОГО ІТРІЄМ
В. С. Воробець1*, І. А. Медик1, Г. Я. Колбасов1,
С. В. Карпенко2, С. Я. Обловатна1, Н. Г. Антонюк3
1Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України,
просп. Академіка Палладіна, 32/34, Київ 03142, Україна;
2 Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України,
вул. Омеляна Пріцака, 3, Київ 03142, Україна;
3 Національний університет «Києво-Могилянська академія»,
вул. Григорія Сковороди, 2, Київ, 04655
*е-mail: vorobetsvs@i.ua
У зазначеній роботі показано можливість застосування методу анодної інверсійної
вольтамперометрії (ІВАМ) на електродах на основі нанокристалічних тонких плівок
модифікованого ітрієм діоксиду титану для виявлення вмісту свинцю (ІІ) та водно-
час кисню за їхньої спільної присутності в рідинах, що є актуальним завданням при
розробленні електрохімічних мультисенсорів токсичних речовин та кисню у рідких
середовищах. Свинець визначали під час сканування анодного потенціалу після по-
переднього електроконцентрування електроду в розчині електроліту із вмістом іонів
Pb(II); кисень – при катодному скануванні потенціалу. Вивчено вплив умов електро-
накопичення (потенціалу і часу), складу фонового електроліту, а також сторонніх іонів
на аналітичний сигнал (АС) свинцю (ІІ). Залежність АС свинцю від концентрації іонів
Pb(II) в електроліті була лінійною в діапазоні концентрацій 0,01–8 мг∙л-1. Максимальна
чутливість електродів до розчиненого кисню мала значення (3÷6)·10-3 мг·l-1, до Pb(II) –
0,01 мг·l-1.
Ключові слова: інверсійна вольтамперометрія, діоксид титану, свинець.
ВСТУП. Свинець – це токсичний метал,
широке застосування якого призвело до
значного забруднення довкілля й виникнен-
ня проблем зі здоров’ям людей у багатьох
країнах. Накопичення Pb в організмі люди-
ни шкідливо впливає на нервово-психічний
розвиток у дітей, підвищує артеріальний
тиск і викликає ураження нирок і анемію
[1]. Неврологічні та поведінкові наслідки
впливу свинцю вважають незворотними.
34 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ СВИНЦЮ (ІІ) ТА КИСНЮ В РІДКИХ СЕРЕДОВИЩАХ НА ЕЛЕКТРОДАХ
НА ОСНОВІ ДІОКСИДУ ТИТАНУ, МОДИФІКОВАНОГО ІТРІЄМФІЗИЧНА ХІМІЯ
В організм людини він проникає головним
чином через органи дихання і травлення.
Видаляється з організму дуже повільно,
внаслідок чого накопичується в кістках, пе-
чінці та нирках [1]. Природними джерела-
ми надходження свинцю в поверхневі води
є процеси розчинення ендогенних (галеніт)
і екзогенних (англезит, церусит та ін.) міне-
ралів. Значне підвищення вмісту свинцю в
навколишньому середовищі (у т. ч. і в по-
верхневих водах) пов'язано зі спалюванням
вугілля, застосуванням в моторному пали-
ві, з виносом у водні об'єкти зі стічними во-
дами викидів рудозбагачувальних фабрик,
деяких металургійних заводів, хімічних
виробництв, шахт і т. д. Суттєвими факто-
рами зниження концентрації свинцю у воді
є адсорбція його колоїдними речовинами
та суспензіями і осадження з ними в донні
відкладення. В числі інших металів свинець
виводиться і накопичується водними ор-
ганізмами. Гранична норма свинцю у воді
водних об'єктів для задоволення питних,
господарсько-побутових та інших потреб
населення становить 0,03 мг∙дм-3 [2]. Тому
розроблення чутливих методів для визна-
чення малих концентрацій свинцю є ак-
туальною темою. Крім визначення вмісту
свинцю актуальним завданням у багатьох
випадках є також визначення концентрації
кисню, який відіграє важливу роль в окис-
лювально-відновних процесах і може слу-
жити індикатором стану біологічних об’єк-
тів та живих організмів.
Для визначення важких металів, у тому
числі свинцю, найбільш чутливим, селек-
тивним і відносно простим методом аналізу
є інверсійна вольтамперометрія (ІВАМ) [3].
Надзвичайна чутливість методу ІВАМ
пояснюється етапом попереднього кон-
центрування, під час якого метали, які
присутні у розчині у своїй катіонній формі
(Hg2+, Pb2+, Cd2+…), електровідновлюються
до відповідного металу чи інших проміж-
них сполук і накопичуються на робочому
електроді. Процес накопичення елементів
на робочому електроді проводять за зада-
них значень потенціалу та часу електрокон-
центрування. На наступному етапі засто-
совують анодне сканування потенціалу, під
час якого відбувається окиснення продук-
тів електроконцентрування. Ця електрохі-
мічна реакція зазвичай супроводжується
струмом, пропорційним кількості іонів
металу, початково присутніх у розчині, і за-
безпечує високу чутливість методу. Таким
чином електроди, які використовують за
методом ІВАМ, являють собою унікальний
тип хімічних сенсорів, у яких процеси на-
копичення і окиснення продуктів реакцій
розділені за часом. При цьому кожен про-
дукт катодного відновлення токсичних еле-
ментів окиснюється за певного потенціалу,
що забезпечує селективність методу.
Як активні електроди за методом інвер-
сійної вольтамперометрії використову-
ють ртутні електроди [4], ртутно-плівкові
[5–7], амальгамні [8], також різні види без
ртутних електродів: плівкові електроди з
бісмуту [9–11], вугільні пастові електро-
ди, вугільні електроди з трафаретним дру-
ком, модифіковані різними матеріалами,
такими як вуглецеві нанотрубки, графен і
полімери [12,13], скловуглецеві електроди
[14–17], модифіковані наночастинками зо-
лота електроди на основі вуглецевих мате-
ріалів [18], тонкі плівки металів та оксидів
металів [19, 20], а також композитні тонко-
плівкові електроди [21]. Як фонові розчини
використовують різні електроліти: розчи-
35https://ucj.org.ua
В. С. Воробець, І. А. Медик, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, С. Я. Обловатна, Н. Г. Антонюк УХЖ № 3 / ТОМ 90
ни неорганічних ( HCl, HClO4) і органічних
кислот (мурашиної, оцтової) [22], а також
буферні розчини (аміачний, ацетатний).
Плівкові ртутні електроди з підкладка-
ми з благородних металів або вуглецевих
матеріалів знайшли широке застосування в
аналітичних лабораторіях для одночасного
визначення важких металів методом ІВАМ,
адже модифікування поверхні електродів
ртуттю дозволяє багато в чому зменшити
або виключити взаємний вплив водночас
осаджуваних металів. Однак недостатньо
відтворювані умови формування плівко-
вих покриттів на неоднорідній поверхні
підкладки, їхня нестійкість та зміна аналі-
тичних характеристик у процесі вимірю-
вання, недовговічність підкладки, взаєм-
ний вплив компонентів ускладнюють про-
ведення аналізу.
У роботі [17] визначення свинцю прово-
дили за аналітичним сигналом свинцю (IІ),
одержаним за анодної розгортки поляризу-
ючої напруги з використанням безртутно-
го вуглеситалового електроду у фоновому
електроліті на основі хлорної кислоти. Од-
нак недоліком способу є додавання розчину
іонів Hg(II) до фонового електроліту, хоча
європейська директива (European Directive
2008/105/EC) забороняє використання рту-
ті в аналізах питної води.
Відомий спосіб визначення концентра-
ції свинцю (ІІ) за допомогою інверсійної
вольтамперометрії на товстоплівковому
графітвмісному електроді, модифіковано-
му формазаном [23], де як електроліт ви-
користовували ацетат натрію з додаванням
хлориду натрію. Недоліком цього способу
є негативний вплив розчиненого кисню на
вимірювання та необхідність його видален-
ня з розчину при аналізі.
Відомі також способи застосування ін-
ших безртутних електродів для визначен-
ня концентрації Pb(ІІ) методом ІВАМ: на
основі вугільно-пастового електроду [24],
вісмутового електроду [25], золотого [26],
платинового електроду [27], електроду на
основі срібла [28], а також електродів зі
скловуглецю [29, 30]. Ці електроди мають
низьку межу виявлення Pb(ІІ) і маленьку
похибку, однак є складними і дорогими у
виготовленні. Так, наприклад, особливо
чутливими електродами є скловуглеце-
вий електрод, модифікований складною
плівкою Nafion, бісмутовий електрод, по-
критий нафіоном, електроди, модифікова-
ні плівкою золота з межею визначення –
0,02 мкг·l-1 для Pb2+; круглий срібний елект
род із межею визначення – 0,04 мкг·l-1 для
Pb2+; вісмутовий електрод із межею визна-
чення – 0,1 мкг·l-1для Pb2+.
Недоліком більшості методик вольтам-
перометричного визначення свинцю з ви-
користанням розглянутих електродів є не-
гативний вплив розчиненого кисню на ви-
мірювання та необхідність його видалення
з розчину при аналізі, і неможливість їхньо-
го використання для спільного визначення
вмісту кисню та свинцю у рідких середови-
щах, що зумовлено низькою каталітичною
активністю електродів та їхньою нестабіль-
ністю за спільних вимірів концентрації цих
речовин; а також використання токсичних
(ртутних) або складних і дорогих у виго-
товленні електродів.
Для спільного виявлення вмісту свин-
цю (ІІ) та кисню в рідких середовищах ми
використали тверді електроди, активний
шар яких містив плівку нанодисперсного
діоксиду титану, модифікованого іонами іт
рію (ІІІ), які проявляли високу каталітичну
36 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ СВИНЦЮ (ІІ) ТА КИСНЮ В РІДКИХ СЕРЕДОВИЩАХ НА ЕЛЕКТРОДАХ
НА ОСНОВІ ДІОКСИДУ ТИТАНУ, МОДИФІКОВАНОГО ІТРІЄМФІЗИЧНА ХІМІЯ
активність у процесі електровідновлення
кисню [31].
Мета роботи – встановлення можливо-
сті спільного виявлення свинцю і кисню
методом ІВАМ із використанням синтезо-
ваних індикаторних електродів на основі
плівок модифікованого ітрієм діоксиду ти-
тану. Отримані дані можна застосовувати
на санітарно-епідеміологічних, гідрохіміч-
них, екологічних підприємствах і в систе-
мах для контролю вмісту свинцю і кисню
в технологічних процесах та моніторингу
навколишнього середовища.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕ-
ЗУЛЬТАТІВ. Електроди на основі плівок
нанодисперсного діоксиду титану одержу
вали за допомогою золь-гель-методу з те-
траізопропоксиду титану (IV) [31] із ви-
користанням як пороутворюючого компо-
нента Тритону Х-100. Для модифікування
іонами ітрію в прекурсор вводили YCl3.
Золь наносили на титанові субстрати мето-
дом занурення, кожен шар висушували за
100 ºC протягом 10 хв. Описану процедуру
повторювали 10 разів. Електроди з нанесе-
ними шарами на основі золю Y-TiO2 відпа-
лювали на повітрі у муфельній печі «СНОЛ
7,2 /900» за t = 500ºC упродовж 30 хв і охо-
лоджували за кімнатної температури. Син-
тезовані плівки, згідно з даними РФА, мали
структуру анатазу з розмірами 8–12 нм [31].
Для визначення Pb(ІІ) методом ІВАМ
було застосовано 1%Y-TiO2 електроди, які
мали високу активність у процесі елек-
трокаталітичного відновлення кисню [31].
Свинець методом ІВАМ визначали при
анодному скануванні потенціалу, реєстру-
ючи струм електророзчинення продуктів
реакції, що утворюються на поверхні інди-
каторного електроду після попереднього
катодного електронакопичення на ньому
іонів свинцю з розчину електроліту. Водно-
час визначали концентрацію кисню за зна-
ченням струму електровідновлення кисню,
який спостерігали на вольтамперограмі
при катодній розгортці потенціалу. Для
вимірювання вольтамперограм використо-
вували потенціостат-гальваностат PGSTAT
4-16-3. Потенціал вимірювали відносно
хлор-срібного електроду порівняння. Як
фонові електроліти використовували роз-
чини ацетатного буфера рН=5,5; соляної
(0,1 М HCl) та мурашиної (0.4 M HCOOH)
кислот. Дослідження проводили в три
електродній електрохімічній комірці, де як
індикаторний електрод використовували
електрод із видимою площею 1 см2 із нане-
сеною плівкою ТіО2, модифікованого ітрі-
єм, як електрод порівняння – хлор-срібний
електрод, і допоміжний електрод – платину.
Пробу кожного зразка визначали як се-
реднє значення 3-х вимірів. Визначення
концентрації Pb2+ у комірці проводили ме-
тодом добавок, для чого використовували
розчини, що містять певну кількість свин-
цю, які було приготовлено на основі стан-
дартних зразків і бідистильованої води.
Визначення вмісту свинцю проводили в
три етапи:
1. Електроконцентрування продуктів від
новлення Pb2+ на поверхні робочого електро-
ду. Електроконцентрування здійснювали за
негативних потенціалів робочого електроду
в діапазоні Ее= –(1000–1600) мВ (відносно
хлор-срібного електроду порівняння) про-
тягом часу te= 60–300 с за присутності іонів
Pb2+.
2. Електроокиснення: після електрокон-
центрування потенціал робочого електро-
ду Еа сканували в анодному напрямку від
37https://ucj.org.ua
В. С. Воробець, І. А. Медик, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, С. Я. Обловатна, Н. Г. Антонюк УХЖ № 3 / ТОМ 90
–1400 мВ до +200 мВ зі швидкістю 50 мВ∙с-1.
Знайдено, що результуючий фарадеївський
струм Іа був пропорційний концентрації
іонів Pb2+ у аналізованому розчині.
3. Аналіз: шляхом вимірювання струму,
виробленого під час етапу електророзчи-
нення, кількісно визначали концентрацію
свинцю у вихідному зразку за допомогою
калібрувальної кривої, створеної зі стан-
дартних розчинів із відомими концентра-
ціями Pb2+.
На поляризаційних кривих електро-
дів Y-ТіО2 у розчинах зі вмістом іонів Pb2+
(рис.1) після попереднього електрокон-
центрування спостерігали хвилю анодного
струму, висота якої була пропорційна кон-
центрації іонів Pb2+ (рис. 1) у розчинах.
використовували розчини ацетатного буфера рН=5,5; соляної (0,1 М HCl) та мурашиної (0.4
M HCOOH) кислот. Дослідження проводили в триелектродній електрохімічній комірці, де
як індикаторний електрод використовували електрод із видимою площею 1 см2 із нанесеною
плівкою ТіО2, модифікованого ітрієм, як електрод порівняння – хлор-срібний електрод, і
допоміжний електрод – платину.
Пробу кожного зразка визначали як середнє значення 3-х вимірів. Визначення
концентрації Pb2+ у комірці проводили методом добавок, для чого використовували розчини,
що містять певну кількість свинцю, які було приготовлено на основі стандартних зразків і
бідистильованої води.
Визначення вмісту свинцю проводили в три етапи:
1. Електроконцентрування продуктів відновлення Pb2+ на поверхні робочого
електроду. Електроконцентрування здійснювали за негативних потенціалів робочого
електроду в діапазоні Ее= –(1000–1600) мВ (відносно хлор-срібного електроду порівняння)
протягом часу te= 60–300 с за присутності іонів Pb2+.
2. Електроокиснення: після електроконцентрування потенціал робочого електроду Еа
сканували в анодному напрямку від –1400 мВ до +200 мВ зі швидкістю 50 мВ∙с-1. Знайдено,
що результуючий фарадеївський струм Іа був пропорційний концентрації іонів Pb2+ у
аналізованому розчині.
3. Аналіз: шляхом вимірювання струму, виробленого під час етапу електророзчинення,
кількісно визначали концентрацію свинцю у вихідному зразку за допомогою калібрувальної
кривої, створеної зі стандартних розчинів із відомими концентраціями Pb2+.
На поляризаційних кривих електродів Y-ТіО2 у розчинах зі вмістом іонів Pb2+ (рис.1)
після попереднього електроконцентрування спостерігали хвилю анодного струму, висота
якої була пропорційна концентрації іонів Pb2+ (рис.1) у розчинах.
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
-0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0
Е,В
І, мА
1
2
3
4
5
6
Рис.1 Інверсійні вольтамперограми індикаторного Y-ТіО2 електроду (Sел= 1 см2)
в ацетатному буфері (рН=5,5), зі вмістом іонів Pb(II) (мг·l-1): 1 – 0; 2 – 0,1; 3 – 0,5;
4 – 1,0; 5 – 1,5; 6 – 2 мг·l-1 іонів Pb(II). Ее=–1.4В, tе=120 c
Fig. 1 Stripping voltammograms of the indicator Y-TiO2 electrode (Sel= 1 cm2)
in acetate buffer (pH=5.5), with the content of Pb(II) ions (mg•l-1): 1– 0; 2 – 0.1; 3 – 0.5;
4 – 1.0; 5 – 1.5; 6 – 2 mg·l-1 Pb(II) ions. Ee= –1.4 V, te=120 c.
Також було досліджено вплив потенці-
алу електроконцентрування (Ее,В) і часу
електроконцентрування (te, с) на величину
аналітичного сигналу (Iа, мА) свинцю на
Y-ТіО2 електродах. Потенціал електронако-
пичення варіювали в діапазоні від -1,0 В до
-1,6 В. Час електронакопичення змінювали
від 0 до 180 секунд (рис. 2а, 2б).
Із рис. 2 а видно, що максимальний
аналітичний сигнал свинцю реєструється
за потенціалу електронакопичення -1,4 В.
Час електронакопичення (te) залежить від
концентрації свинцю в розчині: що мен-
ша концентрація, то більша знадобиться te
для отримання добре вимірюваного аналі-
тичного сигналу свинцю. Із рис. 2 б видно,
38 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ СВИНЦЮ (ІІ) ТА КИСНЮ В РІДКИХ СЕРЕДОВИЩАХ НА ЕЛЕКТРОДАХ
НА ОСНОВІ ДІОКСИДУ ТИТАНУ, МОДИФІКОВАНОГО ІТРІЄМФІЗИЧНА ХІМІЯ
що аналітичний сигнал свинцю (Iа,мА) за
часу електронакопичення (te, с) до te ≤ 120 с
зростає, а за te ≥120 с інтенсивність аналі-
тичного сигналу зменшується. Можливо,
це пов'язано з гідролізом та іншими усклад-
неннями, або з виснаженням розчину. Та-
ким чином, було вибрано час електронако-
пичення, що дорівнює 120 с. При реєстра-
ції аналітичного сигналу свинцю робочою
швидкістю зміни потенціалу є 50 мВ∙с-1, яка
дозволяє реєструвати добре відтворюва-
ний інверсійний пік із високою роздільною
здатністю (рис. 1).
а б
Рис. 2. Залежність інтенсивності аналітичного сигналу свинцю Іа від: (а) – потенціалу
електронакопичення Ее, tе=120 с. і (б) – часу електронакопичення te на 1%Y-ТіО2-електродах
при CPb(II)=1 мг·l-1 у розчині ацетатного буферу (рН=5,5). Ее= -1,4 В
Fig. 2. Dependence of lead analytical signal intensity (Ia) on the: (a) – electroaccumulation
potential Ee, tе=120 с and (b) – time of electroaccumulation te on 1%Y-TiO2-electrodes
at CPb(II)=1 mg·l-1 in acetate buffer solution (pH =5.5). Ее= -1,4 V.
Рис.1 Інверсійні вольтамперограми індикаторного Y-ТіО2 електроду (Sел= 1 см2) в ацетатному
буфері (рН=5,5), зі вмістом іонів Pb(II) (мг·l-1): 1 – 0; 2 – 0,1; 3 – 0,5; 4 – 1,0; 5 – 1,5; 6 – 2
мг·l-1 іонів Pb(II). Ее=–1.4В, tе=120 c
Fig. 1 Stripping voltammograms of the indicator Y-TiO2 electrode (Sel= 1 cm2) in acetate buffer
(pH=5.5), with the content of Pb(II) ions (mg•l-1): 1– 0; 2 – 0.1; 3 – 0.5; 4 – 1.0; 5 – 1.5; 6 – 2 mg·l-1
Pb(II) ions. Ee= –1.4 V, te=120 c.
Також було досліджено вплив потенціалу електроконцентрування (Ее,В) і часу
електроконцентрування (te, с) на величину аналітичного сигналу (Iа, мА) свинцю на Y-ТіО2
електродах. Потенціал електронакопичення варіювали в діапазоні від -1,0 В до -1,6 В. Час
електронакопичення змінювали від 0 до 180 секунд (рис. 2а, 2б).
а б
Рис. 2. Залежність інтенсивності аналітичного сигналу свинцю Іа від: (а) – потенціалу
електронакопичення Ее, tе=120 с. і (б) – часу електронакопичення te на 1%Y-ТіО2-електродах при
CPb(II)=1 мг·l-1 у розчині ацетатного буферу (рН=5,5). Ее= -1,4 В.
Fig. 2. Dependence of lead analytical signal intensity (Ia) on the: (a) – electroaccumulation potential Ee,
tе=120 с and (b) – time of electroaccumulation te on 1%Y-TiO2-electrodes at CPb(II)=1 mg·l-1 in acetate buffer
solution (pH =5.5). Ее= -1,4 V.
Із рис. 2 а видно, що максимальний аналітичний сигнал свинцю реєструється за
потенціалу електронакопичення -1,4 В. Час електронакопичення (te) залежить від
концентрації свинцю в розчині: що менша концентрація, то більша знадобиться te для
отримання добре вимірюваного аналітичного сигналу свинцю. Із рис. 2 б видно, що
аналітичний сигнал свинцю (Iа,мА) за часу електронакопичення (te, с) до te ≤120 с зростає, а
за te ≥120 с інтенсивність аналітичного сигналу зменшується. Можливо, це пов'язано з
Рис.1 Інверсійні вольтамперограми індикаторного Y-ТіО2 електроду (Sел= 1 см2) в ацетатному
буфері (рН=5,5), зі вмістом іонів Pb(II) (мг·l-1): 1 – 0; 2 – 0,1; 3 – 0,5; 4 – 1,0; 5 – 1,5; 6 – 2
мг·l-1 іонів Pb(II). Ее=–1.4В, tе=120 c
Fig. 1 Stripping voltammograms of the indicator Y-TiO2 electrode (Sel= 1 cm2) in acetate buffer
(pH=5.5), with the content of Pb(II) ions (mg•l-1): 1– 0; 2 – 0.1; 3 – 0.5; 4 – 1.0; 5 – 1.5; 6 – 2 mg·l-1
Pb(II) ions. Ee= –1.4 V, te=120 c.
Також було досліджено вплив потенціалу електроконцентрування (Ее,В) і часу
електроконцентрування (te, с) на величину аналітичного сигналу (Iа, мА) свинцю на Y-ТіО2
електродах. Потенціал електронакопичення варіювали в діапазоні від -1,0 В до -1,6 В. Час
електронакопичення змінювали від 0 до 180 секунд (рис. 2а, 2б).
а б
Рис. 2. Залежність інтенсивності аналітичного сигналу свинцю Іа від: (а) – потенціалу
електронакопичення Ее, tе=120 с. і (б) – часу електронакопичення te на 1%Y-ТіО2-електродах при
CPb(II)=1 мг·l-1 у розчині ацетатного буферу (рН=5,5). Ее= -1,4 В.
Fig. 2. Dependence of lead analytical signal intensity (Ia) on the: (a) – electroaccumulation potential Ee,
tе=120 с and (b) – time of electroaccumulation te on 1%Y-TiO2-electrodes at CPb(II)=1 mg·l-1 in acetate buffer
solution (pH =5.5). Ее= -1,4 V.
Із рис. 2 а видно, що максимальний аналітичний сигнал свинцю реєструється за
потенціалу електронакопичення -1,4 В. Час електронакопичення (te) залежить від
концентрації свинцю в розчині: що менша концентрація, то більша знадобиться te для
отримання добре вимірюваного аналітичного сигналу свинцю. Із рис. 2 б видно, що
аналітичний сигнал свинцю (Iа,мА) за часу електронакопичення (te, с) до te ≤120 с зростає, а
за te ≥120 с інтенсивність аналітичного сигналу зменшується. Можливо, це пов'язано з
Як фонові електроліти було досліджено
розчини ацетатного буфера рН=5,5; соляної
(0,1 М HCl) та мурашиної (0,4 M HCOOH)
кислот (рис. 3).
Як слідує з рисунка 3, лінійний діапа-
зон концентрацій і максимальні значення
аналітичного сигналу для свинцю спосте-
рігають у розчині 0,1М соляної кислоти,
а мінімальні – у розчині 0,4М мурашиної
кислоти (рис. 3). Показано, що величина
аналітичного сигналу свинцю у досліджу-
ваних електролітах лінійно залежала від
концентрації іонів Pb(ІІ), тому електроди
Y-TiO2 можна використовувати як індика-
торні електроди для визначення свинцю
методом ІВАМ.
39https://ucj.org.ua
В. С. Воробець, І. А. Медик, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, С. Я. Обловатна, Н. Г. Антонюк УХЖ № 3 / ТОМ 90
Рис. 3. Залежність аналітичного сигналу свинцю на інверсійних вольтамперограмах
від концентрації катіонів Pb2+, (мг·l-1) у розчинах різного складу: 1 – ацетатний буфер
із pH =5,5; 2 – 0,1 М соляна кислота; 3 – 0,4 М мурашина кислота
Fig. 3. Dependence of the analytical signal of lead on inversion voltammograms
on the concentration of Pb2+ cations (mg•l-1) in solutions of different compositions:
1 – acetate buffer with pH =5.5; 2 – 0.1 M hydrochloric acid; 3 – 0.4 M formic acid.
гідролізом та іншими ускладненнями, або з виснаженням розчину. Таким чином, було
вибрано час електронакопичення, що дорівнює 120 с. При реєстрації аналітичного сигналу
свинцю робочою швидкістю зміни потенціалу є 50 мВ∙с-1, яка дозволяє реєструвати добре
відтворюваний інверсійний пік із високою роздільною здатністю (рис. 1).
Як фонові електроліти було досліджено розчини ацетатного буфера рН=5,5; соляної
(0,1 М HCl) та мурашиної (0,4 M HCOOH) кислот (рис. 3).
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 0,5 1 1,5 2 2,5
СPb(II), мг∙л-1
І, мА
1
2
3
Рис. 3. Залежність аналітичного сигналу свинцю на інверсійних вольтамперограмах
від концентрації катіонів Pb2+, (мг·l-1) у розчинах різного складу: 1 – ацетатний буфер із pH
=5,5; 2 – 0,1 М соляна кислота; 3 – 0,4 М мурашина кислота
Fig. 3. Dependence of the analytical signal of lead on inversion voltammograms on the
concentration of Pb2+ cations (mg•l-1) in solutions of different compositions:1 – acetate buffer with
pH =5.5; 2 – 0.1 M hydrochloric acid; 3 – 0.4 M formic acid.
Як слідує з рисунка 3, лінійний діапазон концентрацій і максимальні значення
аналітичного сигналу для свинцю спостерігають у розчині 0,1М соляної кислоти, а
мінімальні – у розчині 0,4М мурашиної кислоти (рис. 3). Показано, що величина
аналітичного сигналу свинцю у досліджуваних електролітах лінійно залежала від
концентрації іонів Pb(ІІ), тому електроди Y-TiO2 можна використовувати як індикаторні
електроди для визначення свинцю методом ІВАМ.
Отримано підтвердження, що чутливість методу ІВАМ до Pb(II), (мінімальне значення
концентрації свинцю у фоновому електроліті на основі 0,1 М розчину соляної кислоти, за якого
на вольтамперограмах спостерігали АС свинцю), складала 0,01 мг·l-1 і є нижчою граничної
норми, встановленої для свинцю у воді водних об'єктів для задоволення питних,
господарсько-побутових та інших потреб населення [2].
Отримано підтвердження, що чутли-
вість методу ІВАМ до Pb(II), (мінімальне
значення концентрації свинцю у фоновому
електроліті на основі 0,1 М розчину соля-
ної кислоти, за якого на вольтамперогра-
мах спостерігали АС свинцю), складала
0,01 мг·l-1 і є нижчою граничної норми, вста-
новленої для свинцю у воді водних об'єктів
для задоволення питних, господарсько-по-
бутових та інших потреб населення [2].
Використання індикаторних електродів
на основі модифікованого ітрієм ТіО2 та-
кож дозволяє водночас визначати концент
рацію розчиненого кисню у рідинах. Якщо
концентрацію свинцю та інших важких
металів визначають після попереднього
електроконцентрування за анодного скану-
вання потенціалу, то кисень визначають за
катодної розгортки потенціалу.
На рис. 4 представлено катодні поляриза-
ційні характеристики, одержані на електро-
ді 1%Y-TiO2 у розчинах ацетатного буфера
рН=5,5 та соляної кислоти (0,1М HCl) при
вмісті Pb(II) – 1,0 мг·l-1. Швидкість розгорт-
ки потенціалу – 50 мВ·сек-1. Хвиля струму
на катодних поляризаційних кривих за по-
тенціалів -0,3 ÷ -0,5 В відносно хлор-сріб-
ного електроду порівняння (рис. 4) відпо-
відає процесу електровідновлення кисню.
Граничний струм за цих потенціалів (-0,3
÷-0,5 В) пропорційний концентрації кис-
ню, розчиненого в електролітах.
40 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ СВИНЦЮ (ІІ) ТА КИСНЮ В РІДКИХ СЕРЕДОВИЩАХ НА ЕЛЕКТРОДАХ
НА ОСНОВІ ДІОКСИДУ ТИТАНУ, МОДИФІКОВАНОГО ІТРІЄМФІЗИЧНА ХІМІЯ
Рис. 4. Катодні поляризаційні характеристики електроду 1%Y-TiO2 у розчинах:
1 – ацетатного буфера рН=5,5; 2 – соляної кислоти (0,1М HCl) при вмісті Pb(II) – 1,0 мг·l-1.
Швидкість розгортки потенціалу – 50 мВ·с-1
Fig. 4. Cathodic polarisation characteristics of 1%Y-TiO2 electrode in solutions:
1 – acetate buffer pH=5.5; 2 – hydrochloric acid (0.1M HCl) at Pb(II) content – 1.0 mg·l-1.
The potential sweep rate is 50 mV·s-1.
Використання індикаторних електродів на основі модифікованого ітрієм ТіО2 також
дозволяє водночас визначати концентрацію розчиненого кисню у рідинах. Якщо
концентрацію свинцю та інших важких металів визначають після попереднього
електроконцентрування за анодного сканування потенціалу, то кисень визначають за
катодної розгортки потенціалу.
На рис. 4 представлено катодні поляризаційні характеристики, одержані на електроді
1%Y-TiO2 у розчинах ацетатного буфера рН=5,5 та соляної кислоти (0,1М HCl) при вмісті
Pb(II) – 1,0 мг·l-1. Швидкість розгортки потенціалу – 50 мВ·сек-1. Хвиля струму на катодних
поляризаційних кривих за потенціалів -0,3 ÷ -0,5 В відносно хлор-срібного електроду
порівняння (рис. 4) відповідає процесу електровідновлення кисню. Граничний струм за цих
потенціалів (-0,3 ÷-0,5 В) пропорційний концентрації кисню, розчиненого в електролітах.
-5
-4
-3
-2
-1
0
-1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0
Е,В
І,мА
1
2
Рис. 4. Катодні поляризаційні характеристики електроду 1%Y-TiO2 у розчинах: 1 – ацетатного буфера
рН=5,5; 2 – соляної кислоти (0,1М HCl) при вмісті Pb(II) – 1,0 мг·l-1. Швидкість розгортки потенціалу
– 50 мВ·с-1
Fig. 4. Cathodic polarisation characteristics of 1%Y-TiO2 electrode in solutions: 1 – acetate buffer pH=5.5; 2
– hydrochloric acid (0.1M HCl) at Pb(II) content – 1.0 mg·l-1. The potential sweep rate is 50 mV·s-1.
Як слідує з рис. 4, електроди 1%Y-TiO2 у фонових розчинах ацетатного буфера
(рН=5,5) та соляної кислоти (0,1М HCl) проявляють високу каталітичну активність у процесі
електровідновлення кисню (потенціал напівхвилі електровідновлення О2 Е1/2 = -0,38 В та -
0,34В (відносно х. с. е.); динамічний діапазон потенціалів відновлення кисню ΔЕ = 0,25 В та
0,30 В відповідно) і дозволяють спільно визначати концентрацію кисню і свинцю в рідинах
методом інверсійної вольтамперометрії. Залежність граничного струму електровідновлення
кисню від його концентрації у розчині, яку вимірювали за методикою, аналогічною [32], була
лінійною в діапазоні концентрацій (2 ÷ 5)·10-2 мг·l-1. Виходячи з рівня електрохімічного
Як слідує з рис. 4, електроди 1%Y-TiO2
у фонових розчинах ацетатного буфера
(рН=5,5) та соляної кислоти (0,1М HCl)
проявляють високу каталітичну актив-
ність у процесі електровідновлення кисню
(потенціал напівхвилі електровідновлення
О2 Е1/2 = -0,38 В та -0,34В (відносно х. с. е.);
динамічний діапазон потенціалів віднов-
лення кисню ΔЕ = 0,25 В та 0,30 В відпо-
відно) і дозволяють спільно визначати
концентрацію кисню і свинцю в рідинах
методом інверсійної вольтамперометрії.
Залежність граничного струму електро-
відновлення кисню від його концентрації
у розчині, яку вимірювали за методикою,
аналогічною [32], була лінійною в діапазоні
концентрацій (2 ÷ 5)·10-2 мг·l-1. Виходячи з
рівня електрохімічного струму системи, ми
оцінили чутливість досліджених електро-
дів до кисню, яка становила (3÷6)·10-3 мг·l-1.
За багаторазового циклування потенціа-
лу поляризаційні характеристики досліджу-
ваних електродів практично не змінювалися
після третього циклу, що свідчить про висо-
ку стабільність отриманих електродів і мож-
ливість їхнього використання для визначен-
ня концентрації розчиненого кисню.
Селективність Y-TiO2 електродів при ви-
значенні Pb2+ було оцінено за присутності
іонів деяких інших металів, які, як очіку-
ється, можуть впливати на його відгук (а
саме, Cu2+, Cd2+, Zn2+, Na+ і K+). Визначаючи
вплив сторонніх іонів, порівнювали висоту
піків анодного розчинення Pb за відсутно-
сті та за присутності цих іонів, концентра-
ції яких дорівнювали концентрації іонів
свинцю: 2,0 мг·l-1 Pb2+. Ці дані наведено в
таблиці.
41https://ucj.org.ua
В. С. Воробець, І. А. Медик, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, С. Я. Обловатна, Н. Г. Антонюк УХЖ № 3 / ТОМ 90
Присутність у розчинах іонів Zn2+ і Cd2+
суттєво не впливала на результати вимі-
рювання вмісту Pb2+ методом ІВАМ. При
цьому інтенсивність АС свинцю майже
не змінювалася, а потенціал електророз-
чинення незначно зсувався в катодну об-
ласть. За присутності іонів Cu2+ чутливість
Y-TiO2 електродів до свинцю зменшувалася
на 12,9 %, а у присутності іонів K+ і Na+ ана-
літичний сигнал Pb2+ збільшувався на 1 % і
4 % відповідно.
Таблиця
Вплив іонів на аналітичний сигнал
(АС) Pb2+ за їхньої спільної присутності у
розчині ацетатного буфера (рН=5,5) при
однакових концентраціях металів СМе
n+
=
2 мг·l-1
Table
Effect of ions on the analytical signal (AS)
of Pb2+ when they are present together in
acetate buffer solution (pH=5.5) at the same
metal concentrations CMe
n+ = 2 mg·l-1
Me АС Pb2+ , %
Pb2+ 100,0
Zn2+ 100,1
Cd2+ 97,6
Cu2+ 87,1
K+ 101,0
Na+ 104,0
Отже, сторонні катіони, представлені в
таблиці (крім катіонів міді), в межах похиб-
ки експерименту, яка не перевищує 2,5%, не
впливають на величину АС свинцю і, від-
повідно, на точність його визначення. При-
сутність катіонів міді у розчині призводить
до зниження точності визначення АС свин-
цю (похибка 12,9%), що може бути пов’яза-
но з утворенням інтерметалідних сполук за
участі Cu і Pb.
Таким чином, електроди на основі нано-
розмірних плівок діоксиду титану, моди-
фікованого ітрієм, відрізняються високою
електрокаталітичною активністю і стабіль-
ністю в процесі електровідновлення кис-
ню, а також чутливістю та селективністю
до свинцю (ІІ) і перспективні для викори-
стання в електрохімічних мультисенсорах
токсичних елементів і кисню.
ВИСНОВКИ. Показано, що електроди
на основі нанокристалічних тонких плівок
модифікованого ітрієм діоксиду титану
дозволяють визначати вміст свинцю (ІІ) та
кисню за їхньої спільної присутності в рі-
динах. Свинець визначали методом ІВАМ
під час сканування анодного потенціалу
після попереднього електроконцентру-
вання електроду в розчині електроліту зі
вмістом іонів Pb(II); кисень – при катодно-
му скануванні потенціалу. Вивчено вплив
складу фонового електроліту, потенціалу
електронакопичення, часу електронако-
пичення, а також сторонніх іонів на ана-
літичний сигнал свинцю (ІІ). Залежність
АС свинцю від концентрації іонів Pb(II)
в електроліті була лінійною в діапазоні
концентрацій 0,01–8 мг∙л-1. Максималь-
на чутливість електродів до розчиненого
кисню мала значення (3÷6)·10-3 мг·l-1, до
Pb(II) – 0,01 мг·l-1. Отже, Y-TiO2 електроди
перспективні для одночасного виявлення
Pb(II) та О2 в рідинах.
42 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ СВИНЦЮ (ІІ) ТА КИСНЮ В РІДКИХ СЕРЕДОВИЩАХ НА ЕЛЕКТРОДАХ
НА ОСНОВІ ДІОКСИДУ ТИТАНУ, МОДИФІКОВАНОГО ІТРІЄМФІЗИЧНА ХІМІЯ
Роботу виконано в рамках держбю-
джетної теми № 330Е «Синтез та фі-
зико-хімічні властивості гібридних
нанокомпозитів та гетероструктур
на основі модифікованих оксидів
металів, поліоксометаллатів, барв-
ників та вуглецевих наноструктур
для електрохромних, сенсорних і
фотоелектрохімічних систем різно-
го призначення», номер державної
реєстрації: 0124U000956.
DETERMINATION OF LEAD (II) AND OXYGEN
CONTENT IN LIQUID MEDIUM ON TITANIUM
DIOXIDE ELECTRODES MODIFIED WITH
YTTRIUM.
V.S. Vorobets1*, I.A. Medyk1, G.Y. Kolbasov1,
S.V. Karpenko2, S.Y. Oblovatna1, N.G. Antoniuk3
1Vernadsky Institute of General and Inorganic
Chemistry, National Academy of Sciences of
Ukraine,
32/34 Academika Palladina Ave. 03142 Kyiv,
Ukraine;
2 Frantzevych Institute for Problems of Mate-
rials Science, National Academy of Sciences of
Ukraine,
3 Omelyana Pritsaka St., 03142 Kyiv, Ukraine;
3 National University of Kyiv-Mohyla Academy,
2 Hryhorii Skovoroda Str., 04655 Kyiv
*e-mail: vorobetsvs@i.ua
This work demonstrates the possibility of
using the anodic stripping voltammetry me
thod on electrodes based on nanocrystalline
thin films of yttrium-modified titanium dioxi
de to determine the content of lead (II) and, at
the same time, oxygen in their joint presence
in liquids, which is an urgent task in the de-
velopment of multisensors toxic substances
and oxygen in liquid media. Lead was deter-
mined by anodic potential scanning after pre-
liminary electroconcentration of the electrode
in the electrolyte solution containing Pb(II)
ions; oxygen was determined by cathodic po-
tential scanning. The influence of electroac-
cumulation conditions (potential and time),
background electrolyte composition, and ions
present on the analytical signal (AS) of lead
(II) was studied. The analytical signal of lead
exhibited a linear dependence on the concen-
tration of Pb(II) ions in the electrolyte, span-
ning a concentration range of 0.01 to 8 mg·l-1.
The maximum sensitivity of the electrodes
to dissolved oxygen was (3÷6)·10-3 mg·l-1, to
Pb(II) – 0.01 mg·l-1.
Keywords: stripping voltammetry, titanium
dioxide, lead.
ЛІТЕРАТУРА
1. Kumar A., Cabral-Pinto M.M.S., Chaturve-
di A.K., Shabnam A.A., et al. Lead Toxicity:
Health Hazards, Influence on Food Chain, and
Sustainable Remediation Approaches. // Int J
Environment Res Public Health. 2020. 17(7).
2179 pp.
doi: 10.3390/ijerph17072179
2. Наказ МОЗ України № 721 від 02.05.2022
«Про затвердження Гігієнічних нормативів
якості води водних об'єктів для задоволення
питних, господарсько-побутових та інших
потреб населення».
3. Brainina Kh. Z., Stozhko N. Yu., Belysheva
G.M., Inzhevatova O. V., Kolyadina L.I. Deter-
mination of heavy in untreated dry wines by
anodic stripping voltammetry with modified
thick-film electrode // Anal. Chim. Acta. 2004.
14(2). P. 227–234.
43https://ucj.org.ua
В. С. Воробець, І. А. Медик, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, С. Я. Обловатна, Н. Г. Антонюк УХЖ № 3 / ТОМ 90
4. Barbeira Paulo J.S., Stradiotto Nelson R. S. Si-
multaneous determination of trace amounts
of zinc, lead and copper in rum by anodic
stripping voltammetry. Talanta, 1997; 44(2):
P. 185–188.
doi:10.1016/s0039-9140(96)02030-9.
5. Baldo М.А., Bragato C., Daniele S. Determi-
nation of Lead and Copper in Wine by Anodic
Stripping Voltammetry With Mercury Mi-
croelectrodes: Assessment of the Influence of
Sample Pretreatment Procedures. // The Ana-
lyst, 1997. 122(1). P. 1–5.
doi:10.1039/a605370j.
6. Daniele S., Baldo M.-A., Ugo P., Mazzocchin
G.-A. Determination of heavy metals in real
samples by anodic stripping voltammetry with
mercury microelectrodes. Analytica Chimica
Acta, 1989. 219. P. 19–26.
doi:10.1016/s0003-2670(00)80329-3.
7. Metrohm. Determination of cadmium and
lead by anodic stripping voltammetry at a
mercury film electrode.–Application Bulletin
241/2e. 14 p.
https://www.metrohm.com/ru-ru/applicati
ons/AB-241.
8. Mikkelsen Ø., Schrøder K. H. Voltammetry
using a dental amalgam electrode for heavy
metal monitoring of wines and spirits. Analy
tica Chimica Acta, 2002. 458(1). P. 249–256.
doi:10.1016/s0003-2670(01)01606-3.
9. Hwang J.-H., Wang X., Zhao D., Rex M. M.,
Cho H. J., Lee W. H. A novel nanoporous bis-
muth electrode sensor for in situ heavy me
tal detection. Electrochimica Acta, 2019. 298:
P. 440–448.
doi:10.1016/j.electacta.2018.12.122.
10. Li. X., Zhou H. Fu C., Wang F., Ding Y.,
Kuang Y. (2016). A novel design of engineered
multi-walled carbon nanotubes material and
its improved performance in simultaneous
detection of Cd(II) and Pb(II) by square wave
anodic stripping voltammetry. Sensors and
Actuators B: Chemical, 2016. 236. P. 144–152.
doi:10.1016/j.snb.2016.05.149.
11. Lu Z., Zhang J., Dai W. et al. A screen-printed
carbon electrode modified with a bismuth film
and gold nanoparticles for simultaneous strip-
ping voltammetric determination of Zn(II),
Pb(II) and Cu(II). Microchim Acta. 2017. 184.
P. 4731–4740.
doi.org/10.1007/s00604-017-2521-8.
12. Song W., Zhang L., Shi L., Li D.-W., Li Y.,
Long, Y.-T. Simultaneous determination of
cadmium(II), lead(II) and copper(II) by us-
ing a screen-printed electrode modified with
mercury nano-droplets. Microchimica Acta,
2010. 169(3–4). P. 321–326.
doi:10.1007/s00604-010-0354-9.
13. Afkhami A., Ghaedi H., Madrakian T., Reza
eivala M. Highly sensitive simultaneous elec-
trochemical determination of trace amounts
of Pb(II) and Cd(II) using a carbon paste elec-
trode modified with multi-walled carbon na-
notubes and a newly synthesized Schiff base.
Electrochimica Acta. 2013. 89. P. 377–386.
14. Lu, Z., Yang, S., Yang Q., Luo S., Liu C., Tang, Y.
A glassy carbon electrode modified with
graphene, gold nanoparticles and chitosan for
ultrasensitive determination of lead(II). Mi-
crochimica Acta, 2013. 180(7–8). P. 555–562.
doi: 10.1007/s00604-013-0959-x.
15. Baghayeri M., Alinezhad H., Fayazi M., Tara-
homi M., Ghanei-Motlagh R., Maleki B. A no
vel electrochemical sensor based on a glassy
carbon electrode modified with dendrimer
functionalized magnetic graphene oxide for
simultaneous determination of trace Pb(II)
and Cd(II). Electrochimica Acta. 2019. 312.
8088 pp.
doi:10.1016/j.electacta.2019.04.180.
16. Seifi A., Afkhami A. & Madrakian T. Highly
sensitive and simultaneous electrochemical
determination of lead and cadmium ions by
poly(thionine)/MWCNTs-modified glassy
carbon electrode in the presence of bismuth
ions. J. Appl. Electrochem. 2022. 52. P. 1513–
1523.
https://doi.org/10.1007/s10800-022-01728-4.
44 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ СВИНЦЮ (ІІ) ТА КИСНЮ В РІДКИХ СЕРЕДОВИЩАХ НА ЕЛЕКТРОДАХ
НА ОСНОВІ ДІОКСИДУ ТИТАНУ, МОДИФІКОВАНОГО ІТРІЄМФІЗИЧНА ХІМІЯ
17. Никитина Н. А., Растворова Е. Г., Бойченко
А. П. Инверсионное вольтамперометри-
ческое определение меди (ІІ) и свинца (ІІ)
с применением углеситаллового электро-
да. // Вісник Харківського національного
університету. 2011. 976. Хімія. Вип. 20(43).
C. 208–215.
18. Lu Z., Zhang J., Dai W. et al. A screen-printed
carbon electrode modified with a bismuth film
and gold nanoparticles for simultaneous strip-
ping voltammetric determination of Zn(II),
Pb(II) and Cu(II). Microchim Acta. 2017. 184.
P. 4731–4740.
https://doi.org/10.1007/s00604-017-2521-8/
19. Sawan, S., Maalouf R., Errachid, A. Jaffrezic-
Renault. Metal and Metal Oxide Nanoparti-
cles in the Voltammetric Detection of Heavy
Metals: A Review. TrAC Trends in Analytical
Chemistry.
doi:10.1016/j.trac. 2020. 131: 116014.
20. Hai T., Hung, L. C., Phuong T. T. B., Ha B. T. T.,
Nguyen B.-S., Hai T. D., Nguyen V.- H. Multi-
wall carbon nanotube modified by antimony
oxide (Sb2O3/MWCNTs) paste electrode for
the simultaneous electrochemical detection
of cadmium and lead ions. // Microchemical
Journal. 2020. 153. 104456 pp.
doi:10.1016/j.microc.2019 104456.
21. Memon F., Ameen S., Qambrani N., Buledi
J.A., Khand N. H., Solangi, A. R., Taqvi S. I. H.,
Karaman C., Karimi F., Afsharmanesh E. An
improved electrochemical sensor based on
triton X-100 functionalized SnO2 nanopartic
les for ultrasensitive determination of cadmi-
um. // Chemosphere. 2022. 300. 134634 pp.
22. Fernandez-Bobes С. Anodic stripping of heavy
metals using a hanging mercury drop elec-
trode in a flow system/ С. Fernandez-Bobes,
M.T. Fernandez-Abedul et. al. // Electroanaly-
sis. 1998. 10(10): 701–706.
23. Stozhko N.Y., Lipunova G.N., Maslakova, T.I.
et al. A Thick-Film Carbon-Containing Elec-
trode Modified with Formazan for Determin-
ing Copper, Lead, Cadmium, and Zinc. Jour-
nal of Analytical Chemistry. 2004. 59. P. 179–
184.
https://doi.org/10.1023/B:JANC.0000014748.
34212.79
24. Rievaj M., Tomčik, Р., М., Čerňanska М. et. al
Trace determination of lead in environmen-
tal and biological samples by anodic strip-
ping voltammetry on carbon paste electrode.
Chem. anal. 2008. 53(5). P. 717–723.
25. Armstrong K.C., Tatum С.Е., Dansby-Sparks.
R.N et. al. Individual and simultaneous deter-
mination of lead, cadmium, and zinc by anod-
ic stripping voltammetry at a bismuth bulk
electrode. Talanta. 2010. 82(2). P. 675–680.
26. Zavarise F., D. Merli D., Profumo А. Deter-
mination of Pb(2+) in natural waters with 2-
mercaptobenzimidazole-5-sulfonate (MBIS)
chemically modified gold electrode Anal.
chim. acta. 2010. 668(2). P. 17–181.
27. Mhammedi M.A., Achak М., Bakassе М. et. al
Electroanalytical method for determination of
lead(II) in orange and apple using kaolin mo
dified platinum electrode Chemosphere. 2009.
76(8). P. 1130–1134.
28. Bas B., М. Jakubowska М. The renovated silver
ring electrode in determination of lead traces by
differential pulse anodic stripping voltammetry
//Anal. chim. Acta. 2008. 615(1). P. 39–46.
29. Qijin W., Fen Y., Lina Z. et. al. Bucky-gel coat-
ed glassy carbon electrodes, for voltammetric
detection of femtomolar leveled lead ions //
Talanta. 2010. 82(5). P. 1820–1825.
30. Jing L., Shaojun G., Yueming Z., Erkang W.
High-sensitivity determination of lead and
cadmium based on the Nafion-graphene com-
posite film / L. Jing, G. Anal. chim. acta. 2009.
649(2). P. 196–201.
31. Vorobets V.S., Kolbasov G.Ya., Medyk I.A,
Harashchenko A.Yu., Karpenko S.V., Oblovat-
na S.Ya., Antoniuk N.G. Synthesis, Photo- and
Electrocatalytic Properties of Nanostructured
Y-TiO2 Films // Surface Engineering and Ap-
plied Electrochemistry. 2021. 57(5). P. 535–541.
doi.org/10.3103/S1068375521050136.
45https://ucj.org.ua
В. С. Воробець, І. А. Медик, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, С. Я. Обловатна, Н. Г. Антонюк УХЖ № 3 / ТОМ 90
32. Колбасов Г. Я. Електроди для сенсора роз-
чиненого кисню на основі оксидів Ti, Zr та
W / Г. Я. Колбасов, В. С. Воробець // Дослі-
дження у галузі сенсорних систем та техно-
логій: збірник наук. праць з компл. програ-
ми фундам. досліджень НАН України. К.,
2006. С. 267–276.
REFERENCES
1. Kumar A., Cabral-Pinto M.M.S., Chaturve-
di A.K., Shabnam A.A., et al. Lead Toxicity:
Health Hazards, Influence on Food Chain,
and Sustainable Remediation Approaches. Int
J Environment Res Public Health. 2020. 17(7):
2179.
doi: 10.3390/ijerph17072179
2. Nakaz MOZ Ukrayini № 721 vid 02.05.2022
«Pro zatverdzhennya Gigiyenichnih normati-
viv yakosti vodi vodnih ob'yektiv dlya zado-
volennya pitnih, gospodarsko-pobutovih ta
inshih potreb naselennya». (in Ukrainian).
3. Brainina Kh.Z., Stozhko N. Yu., Belysheva
G.M., Inzhevatova O. V., Kolyadina L.I. Deter-
mination of heavy in untreated dry wines by
anodic stripping voltammetry with modified
thick-film electrode. Anal. Chim. Acta. 2004.
14(2): 227–234.
4. Barbeira Paulo J.S., Stradiotto Nelson R. S. Si-
multaneous determination of trace amounts of
zinc, lead and copper in rum by anodic strip-
ping voltammetry. Talanta. 1997. 44(2): 185–
188.
doi:10.1016/s0039-9140(96)02030-9.
5. Baldo М.А., Bragato C., Daniele S. Determi-
nation of Lead and Copper in Wine by Anodic
Stripping Voltammetry With Mercury Mi-
croelectrodes: Assessment of the Influence of
Sample Pretreatment Procedures. The Analyst.
1997. 122(1): 1–5.
doi:10.1039/a605370j.
6. Daniele S., Baldo M.-A., Ugo P., Mazzocchin
G.-A. Determination of heavy metals in real
samples by anodic stripping voltammetry with
mercury microelectrodes. Analytica Chimica
Acta. 1989. 219: 19–26.
doi:10.1016/s0003-2670(00)80329-3.
7. Metrohm. Determination of cadmium and
lead by anodic stripping voltammetry at a
mercury film electrode.–Application Bulletin
241/2e, 14 p.
https://www.metrohm.com/ru-ru/applicati
ons/AB-241.
8. Mikkelsen Ø., Schrøder K. H. Voltammetry
using a dental amalgam electrode for heavy
metal monitoring of wines and spirits. Analy
tica Chimica Acta. 2002. 458(1): 249–256.
doi:10.1016/s0003-2670(01)01606-3.
9. Hwang J.-H., Wang X., Zhao D., Rex M. M.,
Cho H. J., Lee W. H. A novel nanoporous bis-
muth electrode sensor for in situ heavy me
tal detection. Electrochimica Acta. 2019. 298:
440–448.
doi:10.1016/j.electacta.2018.12.122.
10. Li. X., Zhou H. Fu C., Wang F., Ding Y., Ku
ang Y. A novel design of engineered multi-
walled carbon nanotubes material and its
improved performance in simultaneous de-
tection of Cd(II) and Pb(II) by square wave
anodic stripping voltammetry. Sensors and Ac-
tuators B: Chemical. 2016. 236:144–152.
doi:10.1016/j.snb.2016.05.149.
11. Lu Z., Zhang J., Dai W. et al. A screen-printed
carbon electrode modified with a bismuth film
and gold nanoparticles for simultaneous strip-
ping voltammetric determination of Zn(II),
Pb(II) and Cu(II). Microchim Acta. 2017. 184:
4731–4740.
doi.org/10.1007/s00604-017-2521-8.
12. Song W., Zhang L., Shi L., Li D.-W., Li Y., Long,
Y.-T. Simultaneous determination of cad
mium(II), lead(II) and copper(II) by using a
screen-printed electrode modified with mer-
cury nano-droplets. Microchimica Acta. 2010.
169(3–4): 321–326.
doi:10.1007/s00604-010-0354-9.
13. Afkhami A., Ghaedi H., Madrakian T., Reza
eivala M. Highly sensitive simultaneous elect
rochemical determination of trace amounts of
46 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ СВИНЦЮ (ІІ) ТА КИСНЮ В РІДКИХ СЕРЕДОВИЩАХ НА ЕЛЕКТРОДАХ
НА ОСНОВІ ДІОКСИДУ ТИТАНУ, МОДИФІКОВАНОГО ІТРІЄМФІЗИЧНА ХІМІЯ
Pb(II) and Cd(II) using a carbon paste elect
rode modified with multi-walled carbon na-
notubes and a newly synthesized Schiff base.
Electrochimica Acta. 2013. 89: 377–386.
14. Lu Z., Yang S., Yang Q., Luo S., Liu C., Tang Y.
A glassy carbon electrode modified with gra
phene, gold nanoparticles and chitosan for
ultrasensitive determination of lead(II). Mic
rochimica Acta. 2013. 180(7–8): 555–562.
doi:10.1007/s00604-013-0959-x.
15. Baghayeri M., Alinezhad H., Fayazi M., Tara-
homi M., Ghanei-Motlagh R., Maleki B. novel
electrochemical sensor based on a glassy car-
bon electrode modified with dendrimer func-
tionalized magnetic graphene oxide for si-
multaneous determination of trace Pb(II) and
Cd(II). Electrochimica Acta. 2019. 312: 8088.
doi:10.1016/j.electacta.2019.04.180.
16. Seifi A., Afkhami A & Madrakian T. Highly
sensitive and simultaneous electrochemical
determination of lead and cadmium ions by
poly(thionine)/MWCNTs-modified glassy car
bon electrode in the presence of bismuth ions.
J. Appl. Electrochem. 2022. 52: 1513–1523.
https://doi.org/10.1007/s10800-022-01728-4.
17. Nikitina N.A., Rastvorova E.G., Boychenko
A.P. Inversion voltammetric determination
of copper (II) and lead (II) using a carbon-
silicon electrode. Bulletin of Kharkiv National
University. 2011; 976; Chemistry. In. 20(43):
208–215.
18. Lu Z., Zhang J., Dai W. et al. A screen-printed
carbon electrode modified with a bismuth film
and gold nanoparticles for simultaneous strip-
ping voltammetric determination of Zn(II),
Pb(II) and Cu(II). Microchim Acta. 2017. 184:
4731–4740
https://doi.org/10.1007/s00604-017-2521-8/
19. Sawan S., Maalouf R., Errachid A. Jaffrezic-Re-
nault. Metal and Metal Oxide Nanoparticles in
the Voltammetric Detection of Heavy Metals:
A Review. TrAC Trends in Analytical Chemi
stry. 2020. 131: 116014.
20. Hai T., Hung L. C., Phuong T.T.B., Ha B.T.T.,
Nguyen B.S., Hai T.D., Nguyen V.H. Multiwall
carbon nanotube modified by antimony oxide
(Sb2O3/MWCNTs) paste electrode for the si-
multaneous electrochemical detection of cad-
mium and lead ions. Microchemical Journal.
2020. 153: 104456.
doi:10.1016/j.microc.2019 104456.
21. Memon F., Ameen S., Qambrani N., Buledi
J.A., Khand N. H., Solangi, A. R., Taqvi S. I. H,
Karaman C Karimi F., Afsharmanesh E. An
improved electrochemical sensor based on tri-
ton X-100 functionalized SnO2 nanoparticles
for ultrasensitive determination of cadmium.
Chemosphere. 2022. 300: 134634.
22. Fernandez-Bobes С. Anodic stripping of heavy
metals using a hanging mercury drop elect
rode in a flow system / С. Fernandez-Bobes,
M.T. Fernandez-Abedul et. al. Electroanalysis.
1998. 10(10): 701–706.
23. Stozhko N.Y., Lipunova G.N., Maslakova T.I.
et al. A Thick-Film Carbon-Containing Elect
rode Modified with Formazan for Determin-
ing Copper, Lead, Cadmium, and Zinc. Jour-
nal of Analytical Chemistry. 2004. 59: 179–184.
https://doi.org/10.1023/B:JANC.0000014748.
34212.79
24. Rievaj M., Tomčik Р., М., Čerňanska М. et. al
Trace determination of lead in environmen-
tal and biological samples by anodic stripping
voltammetry on carbon paste electrode. Chem.
anal. 2008. 53(5): 717–723.
25. Armstrong K.C., Tatum С.Е., Dansby-Sparks
R.N et. al. Individual and simultaneous deter-
mination of lead, cadmium, and zinc by ano
dic stripping voltammetry at a bismuth bulk
electrode. Talanta. 2010. 82(2): 675–680.
26. Zavarise F.D., Merli D., Profumo А. Deter-
mination of Pb(2+) in natural waters with 2-
mercaptobenzimidazole-5-sulfonate (MBIS)
chemically modified gold electrode. Anal.
chim. acta. 2010. 668(2): 17–181.
27. Mhammedi M.A., Achak М., Bakassе М. et. al
Electroanalytical method for determination of
lead(II) in orange and apple using kaolin mo
47https://ucj.org.ua
В. С. Воробець, І. А. Медик, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, С. Я. Обловатна, Н. Г. Антонюк УХЖ № 3 / ТОМ 90
dified platinum electrode. Chemosphere. 2009.
76(8): 1130–1134.
28. Bas B., М. Jakubowska М. The renovated silver
ring electrode in determination of lead traces
by differential pulse anodic stripping voltam-
metry. Anal. chim. Acta. 2008. 615(1): 39–46.
29. Qijin W., Fen Y., Lina Z. et. al. Bucky-gel coat-
ed glassy carbon electrodes, for voltammetric
detection of femtomolar leveled lead ions. Ta-
lanta. 2010. 82(5): 1820–1825.
30. Jing L. , Shaojun , G, Yueming Z., Erkang W.
High-sensitivity determination of lead and
cadmium based on the Nafion-graphene com-
posite film L. Jing, G. Anal. chim. acta. 2009.
649(2): 196–201.
31. Vorobets V.S., Kolbasov G.Ya., Medyk I.A,
Harashchenko A.Yu., Karpenko S.V, Oblovat-
na S.Ya, Antoniuk N.G. Synthesis, Photo- and
Electrocatalytic Properties of Nanostructured
Y-TiO2 Films. Surface Engineering and Ap-
plied Electrochemistry. 2021. 57(5): 535–541.
doi.org/10.3103/S1068375521050136.
32. Kolbasov G.Ya. Elektrody dlia sensora rozchy-
nenoho kysniu na osnovi oksydiv Ti, Zr ta
W. G.Ya.Kolbasov, V.S. Vorobets. "Doslidzhen-
nia u haluzi sensornykh system ta tekhno
lohii": zbirnyk naukovykh prats z kompleksnoi
prohramy fundamentalnykh doslidzhen NAN
Ukrainy. Kyiv. 2006. 267–276.
Стаття надійшла 01.02.2024.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-649 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:11:31Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/e2/2ad637a226ffdfe8a0465d30fe8722e2.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-6492026-07-22T08:23:54Z DETERMINATION OF LEAD (II) AND OXYGEN CONTENT IN LIQUID MEDIUM ON TITANIUM DIOXIDE ELECTRODES MODIFIED WITH YTTRIUM Vorobets , Vera Kolbasov, Gennadii Karpenko, Sergii Oblovatna , Svitlana stripping voltammetry, titanium dioxide, lead. This work demonstrates the possibility of using the anodic stripping voltammetry method on electrodes based on nanocrystalline thin films of yttrium-modified titanium dioxide to determine the content of lead (II) and, at the same time, oxygen in their joint presence in liquids, which is an urgent task in the development of multisensors toxic substances and oxygen in liquid media. Lead was determined by anodic potential scanning after preliminary electroconcentration of the electrode in the electrolyte solution containing Pb(II) ions; oxygen was determined by cathodic potential scanning. The influence of electroaccumulation conditions (potential and time), background electrolyte composition, and ions present on the analytical signal (AS) of lead (II) was studied. The analytical signal of lead exhibited a linear dependence on the concentration of Pb(II) ions in the electrolyte, spanning a concentration range of 0.01 to 8 mg·l-1. The maximum sensitivity of the electrodes to dissolved oxygen was (3÷6)·10-3 mg·l-1, to Pb(II) – 0.01 mg·l-1. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2024-04-29 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/649 10.33609/2708-129X.90.3.2024.33-47 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 90 No. 3 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 33-47 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 90 ##issue.no## 3 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 33-47 Український хімічний журнал; Том 90 № 3 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 33-47 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/649/325 Copyright (c) 2024 Vera Vorobets , Gennadii Kolbasov, Sergii Karpenko, Svitlana Oblovatna https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Vorobets , Vera Kolbasov, Gennadii Karpenko, Sergii Oblovatna , Svitlana DETERMINATION OF LEAD (II) AND OXYGEN CONTENT IN LIQUID MEDIUM ON TITANIUM DIOXIDE ELECTRODES MODIFIED WITH YTTRIUM |
| title | DETERMINATION OF LEAD (II) AND OXYGEN CONTENT IN LIQUID MEDIUM ON TITANIUM DIOXIDE ELECTRODES MODIFIED WITH YTTRIUM |
| title_full | DETERMINATION OF LEAD (II) AND OXYGEN CONTENT IN LIQUID MEDIUM ON TITANIUM DIOXIDE ELECTRODES MODIFIED WITH YTTRIUM |
| title_fullStr | DETERMINATION OF LEAD (II) AND OXYGEN CONTENT IN LIQUID MEDIUM ON TITANIUM DIOXIDE ELECTRODES MODIFIED WITH YTTRIUM |
| title_full_unstemmed | DETERMINATION OF LEAD (II) AND OXYGEN CONTENT IN LIQUID MEDIUM ON TITANIUM DIOXIDE ELECTRODES MODIFIED WITH YTTRIUM |
| title_short | DETERMINATION OF LEAD (II) AND OXYGEN CONTENT IN LIQUID MEDIUM ON TITANIUM DIOXIDE ELECTRODES MODIFIED WITH YTTRIUM |
| title_sort | determination of lead (ii) and oxygen content in liquid medium on titanium dioxide electrodes modified with yttrium |
| topic_facet | stripping voltammetry titanium dioxide lead. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/649 |
| work_keys_str_mv | AT vorobetsvera determinationofleadiiandoxygencontentinliquidmediumontitaniumdioxideelectrodesmodifiedwithyttrium AT kolbasovgennadii determinationofleadiiandoxygencontentinliquidmediumontitaniumdioxideelectrodesmodifiedwithyttrium AT karpenkosergii determinationofleadiiandoxygencontentinliquidmediumontitaniumdioxideelectrodesmodifiedwithyttrium AT oblovatnasvitlana determinationofleadiiandoxygencontentinliquidmediumontitaniumdioxideelectrodesmodifiedwithyttrium |