izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-12-63-70izmertech-2278Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯPHYSICOCHEMICAL MEASUREMENTSЭкспериментальная реализация измерительного электрода для определения водородного показателя в сильнокислых средахExperimental implementation of a measuring electrode for determining the hydrogen index in strongly acidic environmentshttps://orcid.org/0000-0001-6741-6252ДобровольскийВ. И.DobrovolskiyV. I.

Владимир Иванович Добровольский - начальник научно-исследовательского отделения физико-химических и электрических измерений

р. п. Менделеево, Московская обл.

Vladimir I. Dobrovolskiy

Mendeleevo, Moscow region

vid@vniiftri.ruЩипуновА. Н.ShchipunovA. N.

Андрей Николаевич Щипунов - первый заместитель генерального директора - заместитель по научной работе

р. п. Менделеево, Московская обл.

AuthorID: 728503 

Andrey N. Shchipunov

Mendeleevo, Moscow region

schipunov@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6858-2842ПрокунинС. В.ProkuninS. V.

Сергей Викторович Прокунин - заместитель начальника научно-исследовательского отделения физико-химических и электрических измерений по научной работе - ученый хранитель государственного эталона

р. п. Менделеево, Московская обл.

Sergey V. Prokunin

Mendeleevo, Moscow region

prokunin@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4259-9747ГлебовА. Б.GlebovA. B.

Андрей Борисович Глебов - ведущий инженер лаборатории электрохимических и электрических измерений

р. п. Менделеево, Московская обл.

Andrey B. Glebov

Mendeleevo, Moscow region

glebov@vniiftri.ruАлимоваТ. Е.AlimovaT. E.

Татьяна Егоровна Алимова - инженер лаборатории электрохимических и электрических измерений

р. п. Менделеево, Московская обл.

Mendeleevo, Moscow region

ate@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian Federation2024130120257312Юбилей ВНИИФТРИ - 70 лет6370Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2278

Рассмотрены вопросы метрологического обеспечения измерений водородного показателя рН в сильнокислой среде. В рН-зондах медицинских изделий обычно используется сурьмяный электрод, однако сурьма токсична, а сурьмяные электроды характеризуются высокой погрешностью определения рН в сильнокислой области. Поэтому для рН-метрии важно создавать более точные и нетоксичные электроды из коррозионностойкого, дешёвого и токопроводящего материала с быстрым откликом, способного к достижению электрохимического равновесия в сильнокислых средах. Исследована возможность изготовления измерительных электродов из нетоксичного и относительно коррозионностойкого металлического висмута с добавкой графита в качестве модификатора. Подобраны оптимальные соотношения основного вещества электрода (висмута) и модификатора (графита), предложен связующий раствор для повышения степени однородности рабочей поверхности электрода, описана методика изготовления измерительных электродов. Разработана экспериментальная установка для измерений потенциала изготовленных электродов относительно потенциала нормального водородного электрода. В состав установки входит комплекс технических средств, в том числе генератор водорода, водородный электрод, применяемый при стандартных условиях и выполняющий функции анода, а также измерительный электрод, выполняющий функции катода. В качестве измерительного электрода использованы различные электроды, изготовленные в рамках проведения данной работы. Построены электродные функции для сурьмяного и висмутовых электродов разных модификаций. Проведено сравнение результатов измерений потенциала изготовленных висмутовых и сурьмяных электродов, которые используются в качестве рН-зондов в медицинском оборудовании. Приведены результаты исследований влияния модифицирующей добавки на электродный потенциал и коррозионную стойкость измерительных электродов. Предложены пути дальнейших исследований с целью оптимизации состава рабочей поверхности электродов для использования в сильнокислой среде.

The work is aimed at finding ways to solve the issue of metrological support for measurements of the hydrogen index pH in a highly acidic environment, which requires the presence of corrosion-resistant measuring electrodes with a stable potential, and for use in medical purposes – with an additional requirement – the absence of toxic substances on the working surface of the electrodes. Non-toxic and relatively corrosion-resistant metallic bismuth with the addition of modified graphite was chosen as the material for the electrode production. Optimal ratios of the main substance of the electrode (bismuth) and the modifying additive (graphite) have been selected, a binding solution has been proposed to increase the degree of homogeneity of the working surface of the electrode, and a method for manufacturing measuring electrodes has been described. An experimental setup has been developed to measure the potential of the manufactured electrodes relative to the potential of a normal hydrogen electrode. The setup includes a set of technical means, including a hydrogen generator, a hydrogen electrode used under standard conditions, acting as an anode, and a measuring electrode acting as a cathode, which was made up of various electrodes manufactured within the framework of this work. Electrode functions have been constructed for antimony and bismuth electrodes of different modifications. The results of measuring the potential of the manufactured bismuth and antimony electrodes, which are used as pH probes in medical equipment, have been compared. The results of studies of the influence of carbon additive on the electrode potential of measuring electrodes and their corrosion resistance are presented. Ways of further studies are proposed to optimize the composition of the working surface of electrodes for use in a strongly acidic environment.

водородный показатель рНизмерения потенциалапотенциал электродависмутовый электродкислотностьустановка для измерений рНhydrogen index pHpotential measurementselectrode potentialbismuth electrodeaciditypH measurement setupФинансирование осуществлялось за счёт накладных расходов ФГУП «ВНИИФТРИ»Financing was carried out at the expense of overhead costs of the Federal State Unitary Enterprise “VNIIFTRI”ReferencesЯковлев Г. А. Основы зондовой рН-метрии в гастроэнтерологии. Медицина, Москва (2009).Yakovlev G. A. Fundamentals of probe pH-metry in gastroenterology. Medicinа, Moscow (2009). (In Russ.)Лукушкина Е. Ф., Ларионова Е. Е., Кузьмичёв Ю. Г., Беленцова Л. А. Оценка секреторной функции желудка у детей с иммунопатологическими состояниями. Доктор.Ру, 3(81), 45–47 (2015). https://elibrary.ru/rcltirLukushkina E. F., Larionova E. E., Kuzmichev Yu. G., Belentsova L. A. Evaluation of the secretory function of the stomach in children with immunopathological conditions. Doctor.Ru, 3(81), 45–47 (2015). (In Russ.)Рапорт С. И., Лакшин А. А., Ракитин Б. В., Трифонов М. М. рН-метрия пищевода и желудка при заболеваниях верхних отделов пищеварительного тракта. Медпрактика, Москва (2005).Raport S. I., Lakshin A. A., Rakitin B. V., Trifonov M. M. pH-metry of the esophagus and stomach in diseases of the upper gastrointestinal tract. Medpraktika, Moscow (2005). (In Russ.)Лея Ю. Я. рН-метрия желудка. Медицина, Ленинград (1987).Leya Yu. Ya. pH-metry of the stomach. Leningrad, Medicinа, Leningrad (1987). (In Russ.)Яковлев Г. А. рН-зонд: пат. RU 2115444 C1. Изобретения. (Заявки и патенты), № 19 (1998).Yakovlev G. A. pH-probe: patent RU 2115444 C1. Bull. Izobret., no. 19 (1998).Панцырев Ю. М., Чернякевич С. А., Бабкова И. В. рН-метрия верхних отделов пищеварительного тракта в хирургической клинике. Пособие для врачей. Российский Государственный Медицинский университет, Москва (1999).Pantirev Yu. M., Chernyakevich S. A., Babkova I. V. pH-metry of the upper digestive tract in a surgical clinic. Manual for doctors. Russian State Medical University, Moscow (1999). (In Russ.)Исакова Д., Нармаева Г. З., Аронбаев С. Д., Аронбаев Д. М. Электродные материалы в современном электроанализе. Universum: химия и биология: электронный научный журнал, (8(62)) (2019). https://7universum.com/ru/nature/archive/item/7659Isakova D., Narmaeva G. Z., Aronbaev S. D., Aronbaev D. M. Electrode materials to modern electroanalysis. Universum: chemistry and biology, (8(62)) (2019). (In Russ.) https://7universum.com/ru/nature/archive/item/7659Manj akkala L., Szwagierczakb D., Dahiya R. Metal oxides based electrochemical pH sensors: Current progress and future perspectives. Progress in Materials Science, 109, 100635 (2020). https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100635Manjakkala L., Szwagierczakb D., Dahiya R. Metal oxides based electrochemical pH sensors: Current progress and future perspectives. Progress in Materials Science, 109, 100635 (2020). https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100635Pour baicks M. Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions. NACE International Cebelcor (1974).M. Pourbaicks. Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions. NACE International Cebelcor (1974).Быков А. Н., Локштанова О. Г. Использование рутениевого гальванопокрытия в производстве герконов. Особенности технологии. Сборник трудов первой международной научно-практической конференции «Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе», Рязань, Россия, 11–14 октября 2005.Bykov A. N., Lokshtanova O. G. Use of ruthenium electroplating in the production of reed switches. Features of the technology. Collection of papers of the fi rst international scientifi c and practical conference “Magnetically controlled contacts (reed switches) and products based on them”, Ryazan, Russia, October 11–14, 2005. (In Russ.)Шишкина Л. В., Локштанова О. Г., Карабанов С. М. Электролитические покрытия, используемые в магнитоуправляемых контактах (герконах). Сборник трудов первой международной научно-практической конференции «Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе», Рязань, Россия, 11–14 октября 2005.Shishkina L. V., Lokshtanova O. G., Karabanov S. M. Electrolytic coatings used in magnetically controlled contacts (reed switches). Collection of papers of the fi rst international scientifi c and practical conference “Magnetically controlled contacts (reed switches) and products based on them”, Ryazan, Russia, October 11–14, 2005. (In Russ.)Прокунин С. В., Веньгина Д. А., Добровольский В. И., Щипунов А. Н. Пути уменьшения суммарной стандартной неопределенности измерений рН на государственном первичном эталоне. Альманах современной метрологии, 2(38), 78–88 (2024). https://elibrary.ru/iywpnmProkunin S. V., Vengina D. A., Dobrovolsky V. I., Shchipunov A. N. Ways to reduce the total standard uncertainty of pH measurements on the state primary standard. Al'manac of modern metrology, (2(38)), 78–88 (2024). (In Russ.) https://elibrary.ru/iywpnm

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