Курсовая работа по Физическая химия на тему Тема Электрохимическое определение фосфорорганических пестицидов с помощью сенсора на основе цирконата празеодима

Введение
Современная химическая промышленность необходима для обеспечения населения мира достаточным количеством товаров и продуктов питания, но их избыток может представлять опасность для людей, животных и океанов, как подчеркивает Европейское агентство по окружающей среде. Необходимы дополнительные действия для борьбы со смесями химических веществ, обнаруженными в водах Европы [1]. Согласно [2], 38 % наблюдаемых озер и 74 % площади подземных вод имеют хорошую химическую статистику с концентрациями загрязняющих веществ, не превышающими нормы ЕС. Хотя 89 % участков имеют хорошее качественное состояние, 11 % вод загрязнены, в основном из-за загрязнения нитратами сельскохозяйственных стоков, интрузии солей и других опасных химических веществ из таких источников, как промышленные объекты, горнодобывающая промышленность или хранилища отходов.
Быстрый рост населения, бесконтрольное применение химических удобрений, интенсивное использование пестицидов в сельском хозяйстве и промышленности и бытовых отходов привели к повышенному уровню загрязняющих веществ в окружающей среде. Постоянно растущий уровень загрязнения влияет на качество питьевой воды, истощая водные системы и влияя на экологический цикл. Чрезмерное использование удобрений/пестицидов в сельском хозяйстве, чтобы сбалансировать спрос, использование и сброс пластмасс в водные ресурсы, сточные воды больниц, промышленных предприятий, приводит к загрязнению воды и болезням, передающимся через воду. В этом контексте мониторинг качества воды имеет важное значение для обнаружения загрязнения и выброса токсичных веществ [3]. Следовательно, в 2020 году предыдущая Европейская директива по питьевой воде будет обновлена, чтобы включить новые критерии безопасности питьевой воды [4].
Электроаналитическая химия может внести значительный вклад в защиту окружающей среды [5]. В последнее время возрастает интерес к использованию электрохимических процессов для очистки воды [6]. Электрохимические датчики и детекторы подходят для наблюдения за критическими загрязняющими веществами на месте. Электрохимические датчики используются для контроля качества воды по проводимости, растворенному кислороду или pH. Их использование с годами распространилось на более широкий спектр экологических приложений, в частности, для обнаружения следов металлов, канцерогенов, таких как соединения азота и фосфора, и органических загрязнителей, таких как фенолы и пестициды [7].
Электрохимический датчик предназначен для предоставления точной информации в режиме реального времени о конкретном химическом составе в конкретной среде и должен быть способен реагировать непрерывно и обратимо, не воздействуя на образец. Эти устройства состоят из двух ключевых элементов: преобразователя, покрытого слоем химического или биологического распознавания. Для электрохимических сенсоров взаимодействие между целевым аналитом и чувствительным слоем распознавания дает аналитическую информацию. В последние годы были разработаны новые модифицированные электроды на основе нанокомпозитов и высокоселективных биологических или химических детектирующих слоев. Несколько электрохимических датчиков могут быть разработаны для целей мониторинга окружающей среды в зависимости от химической природы определяемого аналита, матрицы образца и требований к чувствительности и селективности. Наконец, уместны проблемы создания воспроизводимых и экономически эффективных методологий и простого в использовании оборудования для повседневного анализа. Столь широкий спектр возможных применений доказывает важность электрохимических датчиков в эволюции обнаружения загрязнения окружающей среды.
В нескольких обзорах сообщается об электрохимическом зондировании для анализа качества воды [8 , 9]. Некоторые из них сосредоточены на одном типе или группе загрязнителей, например, успехи в мониторинге нитратов в окружающей среде и пищевых продуктах [10], обнаружение фосфатов на основе кобальта потенциометрическим методом и прогресс в разработке электрохимических сенсоров. для ионов тяжелых металлов [11 , 12 , 13]. В других обзорах объединены несколько типов аналитов, таких как биомолекулы (глюкоза, мочевая кислота, дофамин и аскорбиновая кислота), загрязняющие вещества (нитробензол, гидразин, пестициды и нитрофенолы) и ионы тяжелых металлов 13]. Кроме того, в некоторых обзорах основное внимание уделялось материалам, используемым для датчиков, таким как углеродные нанотрубки [14], графен [15] и полимеры [16].
Пестициды, нитраты, нитриты, фосфор, дезинфицирующие средства для воды, фенольные соединения являются наиболее известными загрязнителями, обнаруженными в воде. Количество этих химических веществ в поверхностных водах должно быть ниже стандартов качества окружающей среды, определенных этими директивами, чтобы считаться в хорошем химическом состоянии.
Целью курсовой работы является электрохимическое определение фосфорорганических пестицидов с помощью сенсора на основе цирконата празеодима. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: охарактеризовать электрохимические сенсоры, изучить методику определения пестицидов; рассмотреть процесс синтеза цирконата празеодима.
 
1. Литературный обзор
1.1 Электрохимические сенсоры
Этот обзор посвящен электрохимическим датчикам пестицидов. В течение последних пяти лет большинство рассмотренных датчиков показали пригодность для реальных приложений с точки зрения испытаний на чувствительность и помехи. Комбинация электрохимических датчиков с новыми наноматериалами позволяет эффективно обнаруживать несколько неизвестных и не поддающихся количественному определению загрязняющих веществ [1].
Функционализация наноматериалами может быть в виде композита, такого как углеродный наноматериал с металлическими наночастицами. Несколько случаев продемонстрировали, что электрохимические сенсоры без меток на основе наноматериалов могут обеспечивать высокую чувствительность к конкретным аналитам с превосходной селективностью.
Тем не менее, электрохимические сенсоры, как правило, не являются специфическими, поскольку некоторые соединения, которые могут подвергаться электрохимическому превращению в пределах окна потенциала анализа, могут мешать исследуемому аналиту. В то же время это может быть выгодно для обнаружения нескольких ионов/молекул, что может быть достигнуто путем одновременного обнаружения, когда существует значительное разделение потенциалов пиков окисления между различными частицами. В некоторых случаях можно обнаружить несколько соединений с одинаковым потенциалом, например, пестициды одной группы [2-3].
В электрохимических сенсорах (ЭХС) определяемый компонент реагирует с чувствительным слоем непосредственно на электроде