vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2026-1-281-290vguit-3742Research ArticleХимическая технологияFundamental and Applied chemistry, chemical technologyРазработка лабораторного кондуктометра на основе аддитивных технологий и исследование характеристик ионоселективных электродов из различных электропроводящих компонентовDevelopment of a laboratory conductometer based on additive technologies and study of the characteristics of ion-selective electrodes made of various electrically conductive componentshttps://orcid.org/0000-0001-6238-188XФилимоноваА. А.FilimonovaA. A.

д.т.н., доцент, зав. кафедрой, кафедра автономная распределённая энергетика, ул. Красносельская, 51, г. Казань, 420066, Россия

Dr. Sci. (Engin.), assistant professor, Head of Department of Autonomous Distributed Energy, Krasnoselskaya Str., 51 Kazan, 420066, Russia

aachichirova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8520-5432ВласоваА. Ю.VlasovaA. Y.

к.т.н., доцент, кафедра атомные и тепловые электрические станции, ул. Красносельская, 51, г. Казань, 420066, Россия

Cand. Sci. (Engin.), assistant professor, Department of nuclear and thermal power plants, Krasnoselskaya Str., 51 Kazan, 420066, Russia

vlasovaay@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0006-3925-1458МайоровЕ. С.MayorovE. S.

студент, инженер, лаборатория «Лаборатория спецводоочистки и контроля качества теплоносителя на атомных электрических станциях», ул. Красносельская, 51, г. Казань, 420066, Россия

student, research engineer, Laboratory for Specialized Water Purification and Coolant Quality Control at Nuclear Power Plants, Krasnoselskaya Str., 51 Kazan, 420066, Russia

mes.tegatu@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0001-0427-9358КамалиеваР. Ф.KamalievaR. F.

студент, инженер, кафедра атомные и тепловые электрические станции, ул. Красносельская, 51, г. Казань, 420066, Россия

student, research engineer, Department of nuclear and thermal power plants, Krasnoselskaya Str., 51 Kazan, 420066, Russia

rruzzi@ya.ruhttps://orcid.org/0009-0000-8251-5267ФилимоновА. А.FilimonovA. A.

студент, лаборант-исследователь, лаборатория «Лаборатория спецводоочистки и контроля качества теплоносителя на атомных электрических станциях», ул. Красносельская, 51, г. Казань, 420066, Россия

student, laboratory researcher, Laboratory for Specialized Water Purification and Coolant Quality Control at Nuclear Power Plants, Krasnoselskaya Str., 51 Kazan, 420066, Russia

vip.jokermigel@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8635-9177ЧичироваН. Д.ChichirovaN. D.

д.х.н., профессор, зав. кафедрой, кафедра атомные и тепловые электрические станции

ndchichirova@mail.ruКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation202601042026881281290Copyright © Филимонова А.А., Власова А.Ю., Майоров Е.С., Камалиева Р.Ф., Филимонов А.А., Чичирова Н.Д., 20262026Филимонова А.А., Власова А.Ю., Майоров Е.С., Камалиева Р.Ф., Филимонов А.А., Чичирова Н.Д.Filimonova A.A., Vlasova A.Y., Mayorov E.S., Kamalieva R.F., Filimonov A.A., Chichirova N.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3742

Работа посвящена актуальной проблеме контроля ионного состава водных сред, имеющей значение для энергетики, экологии и биомедицины. В статье рассмотрены современные тенденции развития ионоселективных электродов (ИСЭ) как перспективных инструментов для оперативного анализа. Особое внимание уделено разработке новых ионофоров, экологичных пластификаторов, технологиям миниатюризации и способам увеличения срока службы сенсоров. В экспериментальной части исследования разработан и апробирован лабораторный кондуктометр на основе оригинальной ячейки, изготовленной методом 3D-печати. Проведена сравнительная оценка электродов из различных материалов: меди, графита и композитных полимерных материалов с добавлением графитового порошка. Методика основана на калибровке системы по эталонному раствору с известной проводимостью, что позволяет рассчитывать удельную электропроводность исследуемых растворов. Результаты показали, что медные электроды обеспечивают высокую точность измерений, в то время как графитовые демонстрируют завышенные показания в области низких концентраций из-за особенностей своей поверхности. Работа подтверждает эффективность предложенного подхода и формирует основу для дальнейших исследований в области разработки оптимизированных электродных материалов для ионоселективных электродов.

This study addresses the pressing issue of monitoring the ionic composition of aqueous media, which is of significant importance for the energy sector. Particular attention is paid to the development of new ionophores, environmentally friendly plasticizers, miniaturization technologies, and methods for increasing the service life of sensors. In the experimental portion of the study, a laboratory conductivity meter based on a unique cell manufactured using 3D printing was developed and tested. A comparative evaluation of electrodes made of various materials was conducted: copper, graphite and composite polymers with added graphite powder. The results showed that copper electrodes provide high measurement accuracy, while graphite electrodes exhibit overestimated readings at low concentrations due to their surface properties. This study confirms the effectiveness of the proposed approach and forms the basis for further research into the development of optimized electrode materials for ion-selective elecrodes.

ионоселективный электродкондуктометрияионный составатомная электростанцияаддитивные технологииэкспресс-анализионофораion-selective electrodeconductometryion compositionnuclear power plantadditive technologiesexpress analysisionophoreИсследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 25-29-00306, https://rscf.ru/project/25-29-00306/ReferencesЖуравская Н.Е., Стефанович П.И., Стефанович И.С. Потенциальные риски при аварии на атомной станции // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки. 2021. № 8. С. 25–32.Zhuravskaya N.E., Stefanovich P.I., Stefanovich I.S. Potential Risks in the Event of an Accident at a Nuclear Power Plant. Bulletin of Polotsk State University. Series F. Construction. Applied Sciences. 2021. no. 8. pp. 25–32. (in Russian).Бдицких А.В., Петрова А.Н., Дударев В.И. Сравнение изменений физико-химических показателей водоподготовки ТЭЦ // Вестник магистратуры. 2025. № 5-3 (164). С. 13–16.Bditskikh A.V., Petrova A.N., Dudarev V.I. Comparison of Changes in Physicochemical Indicators of CHP Water Treatment. Master's Journal. 2025. no. 5-3 (164). pp. 13–16. (in Russian).Ефимова Д.Д. Совершенствование методов подготовки воды на ТЭС // Фундаментальные и прикладные научные исследования: инноватика в современном мире. 2021. С. 55–62.Efimova D.D. Improvement of Water Treatment Methods at Thermal Power Plants. In: Fundamental and Applied Scientific Research: Innovation in the Modern World. 2021. pp. 55–62. (in Russian).Чириков М.Е., Гусаров А.С. К вопросу автоматизации водоподготовки и химводоочистке в энергетике // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2023. № 1-2 (76). С. 118–123.Chirikov M.E., Gusarov A.S. On the Issue of Automation of Water Treatment and Chemical Water Treatment in the Energy Sector. International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2023. no. 1-2 (76). pp. 118–123. (in Russian).Marcinek S., Chmielewska-Śmietanko D., Pawlak M. et al. Revised application of copper ion selective electrode (Cu-ISE) in marine waters: A new meta-calibration approach // Talanta. 2021. V. 226. P. 122–170. doi: 10.1016/j.talanta.2021.122170Marcinek S. et al. Revised application of copper ion selective electrode (Cu-ISE) in marine waters: A new meta-calibration approach. Talanta. 2021. vol. 226. article 122170. doi: 10.1016/j.talanta.2021.122170.Belyustin A.A., Ivanovskaya I.S. The Glass Electrode and Electrode Properties of Glasses // Encyclopedia of Glass Science, Technology, History, and Culture. 2021. V. 1. P. 609–617. doi: 10.1002/9781118801017.ch2.1Belyustin A.A., Ivanovskaya I.S. The Glass Electrode and Electrode Properties of Glasses. In: Encyclopedia of Glass Science, Technology, History, and Culture. 2021. vol. 1. pp. 609–617.Pirzada M., Altintas Z. Historical development of sensing technology // Fundamentals of Sensor Technology. Woodhead Publishing, 2023. P. 3–16. doi: 10.1016/B978-0-323-88431-0.00001-6Pirzada M., Altintas Z. Historical development of sensing technology. In: Fundamentals of Sensor Technology. Woodhead Publishing, 2023. pp. 3–16.Mele L.J., Gajda M., Bednarczyk M. et al. Selectivity, sensitivity and detection range in ion-selective membrane-based electrochemical potentiometric sensors analyzed with poisson-boltzmann equilibrium model // IEEE Sensors Journal. 2022. V. 22. № 15. P. 15010–15021. doi: 10.1109/JSEN.2022.3188432Mele L.J. et al. Selectivity, sensitivity and detection range in ion-selective membrane-based electrochemical potentiometric sensors analyzed with poisson-boltzmann equilibrium model. IEEE Sensors Journal. 2022. vol. 22. no. 15. pp. 15010–15021. doi: 10.1109/JSEN.2022.3184789.Tatara R., Nishio S., Tsukazaki H. et al. All-Solid-State Ion-Selective Electrode Inspired from All-Solid-State Li-Ion Batteries // Analytical Chemistry. 2025. V. 97. № 9. P. 4819–4823. doi: 10.1021/acs.analchem.4c05810Tatara R. et al. All-Solid-State Ion-Selective Electrode Inspired from All-Solid-State Li-Ion Batteries. Analytical Chemistry. 2025. vol. 97. no. 9. pp. 4819–4823. doi: 10.1021/acs.analchem.4c05847.Ross J.W. Calcium-Selective Electrode with Liquid Ion Exchanger // Science. 1967. V. 156. № 3780. P. 1378–1379. doi: 10.1126/science.156.3780.1378Ross J.W. Calcium-Selective Electrode with Liquid Ion Exchanger. Science. 1967. vol. 156. no. 3780. pp. 1378–1379. doi: 10.1126/science.156.3780.1378.Morf W.E., Ammann D., Pretsch E., Simon W. Carrier antibiotics and model compounds as components of selective ion-sensitive electrodes // International Symposium on Selective Ion-Sensitive Electrodes. Butterworth-Heinemann, 1973. P. 421–439. doi: 10.1016/B978-0-408-70331-4.50029-0Morf W.E. et al. Carrier antibiotics and model compounds as components of selective ion-sensitive electrodes. In: International Symposium on Selective Ion-Sensitive Electrodes. Butterworth-Heinemann, 1973. pp. 421–439.Shu Y., Li C., Li Y. et al. Dibenzo-18-crown-6/Polyacrylonitrile (PAN) nanofibers for metal ions adsorption: adsorption studies for Na+ and K+ // Polymer Bulletin. 2022. V. 79. № 8. P. 6275–6288. doi: 10.1007/s00289-021-03850-3Shu Y. et al. Dibenzo-18-crown-6/Polyacrylonitrile (PAN) nanofibers for metal ions adsorption: adsorption studies for Na+ and K+. Polymer Bulletin. 2022. vol. 79. no. 8. pp. 6275–6288. doi: 10.1007/s00289-021-03805-8.Bondar A.V., Keresten V.M., Mikhelson K.N. Registration of small (below 1%) changes of calcium ion concentration in aqueous solutions and in serum by the constant potential coulometric method // Sensors and Actuators B: Chemical. 2022. V. 354. P. 131231. doi: 10.1016/j.snb.2021.131231Bondar A.V., Keresten V.M., Mikhelson K.N. Registration of small (below 1%) changes of calcium ion concentration in aqueous solutions and in serum by the constant potential coulometric method. Sensors and Actuators B: Chemical. 2022. vol. 354. article 131231. doi: 10.1016/j.snb.2021.131231.Anchaliya D., Sharma U. Selective bulk liquid membrane carrier facilitated transport of Mg2+ over Li+, Na+, K+ and Ca2+ metal ions using naphthaquinone derived redox-switchable ionophores // Main Group Metal Chemistry. 2017. V. 40. № 1-2. P. 27–33. doi: 10.1515/mgmc-2017-0023Anchaliya D., Sharma U. Selective bulk liquid membrane carrier facilitated transport of Mg2+ over Li+, Na+, K+ and Ca2+ metal ions using naphthaquinone derived redox-switchable ionophores. Main Group Metal Chemistry. 2017. vol. 40. no. 1-2. pp. 27–33. doi: 10.1515/mgmc-2017-0012.Mizani F., Saffari S., Paiehghadr M. Trace amounts determination of barium ions by a new ion-selective electrode based on 4', 4'' (5'')-Di-Tert-Butyldibenzo-18-Crown-6 // Analytical and Bioanalytical Electrochemistry. 2023. V. 15. № 1. P. 47–56.Mizani F., Saffari S., Paiehghadr M. Trace amounts determination of barium ions by a new ion-selective electrode based on 4ʹ, 4ʺ (5ʺ)-Di-Tert-Butyldibenzo-18-Crown-6. Analytical and Bioanalytical Electrochemistry. 2023. vol. 15. no. 1. pp. 47–56.Zareh M.M., Abdel-Ghani N.T., Al-Sabbagh A.M. et al. DNA as a polyionic ionophore for barium sensor // BMC Chemistry. 2025. V. 19. № 1. P. 172. doi: 10.1186/s13065-025-01452-8Zareh M.M. et al. DNA as a polyionic ionophore for barium sensor. BMC Chemistry. 2025. vol. 19. no. 1. article 172. doi: 10.1186/s13065-025-01418-6.He W., Wu H., Chen L. et al. Green plasticizers derived from epoxidized soybean oil for poly (vinyl chloride): Continuous synthesis and evaluation in PVC films // Chemical Engineering Journal. 2020. V. 380. P. 122532. doi: 10.1016/j.cej.2019.122532He W. et al. Green plasticizers derived from epoxidized soybean oil for poly (vinyl chloride): Continuous synthesis and evaluation in PVC films. Chemical Engineering Journal. 2020. vol. 380. article 122532. doi: 10.1016/j.cej.2019.122532.Park M., Lee D., Lee S. et al. Renewable malic acid-based plasticizers for both PVC and PLA polymers // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2020. V. 88. P. 148–158. doi: 10.1016/j.jiec.2020.03.045Park M. et al. Renewable malic acid-based plasticizers for both PVC and PLA polymers. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2020. vol. 88. pp. 148–158. doi: 10.1016/j.jiec.2020.04.011.Hao Y., Li Y., Zhang H. et al. Synthesis and evaluation of bio-based plasticizers from 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid for poly (vinyl chloride) // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2020. V. 59. № 40. P. 18290–18297. doi: 10.1021/acs.iecr.0c03571Hao Y. et al. Synthesis and evaluation of bio-based plasticizers from 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid for poly (vinyl chloride). Industrial & Engineering Chemistry Research. 2020. vol. 59. no. 40. pp. 18290–18297. doi: 10.1021/acs.iecr.0c02718.Li L., Wang J., Zhu C. et al. Printing technologies for the fabrication of ion-selective electrodes // Sensing and Bio-Sensing Research. 2024. V. 44. P. 100650. doi: 10.1016/j.sbsr.2024.100650Li L. et al. Printing technologies for the fabrication of ion-selective electrodes. Sensing and Bio-Sensing Research. 2024. vol. 44. article 100650. doi: 10.1016/j.sbsr.2024.100650.Noviana E., McCord C.P., Clark K.M. et al. Electrochemical paper-based devices: Sensing approaches and progress toward practical applications // Lab on a Chip. 2020. V. 20. № 1. P. 9–34. doi: 10.1039/C9LC00903ENoviana E. et al. Electrochemical paper-based devices: Sensing approaches and progress toward practical applications. Lab on a Chip. 2020. vol. 20. no. 1. pp. 9–34. doi: 10.1039/C9LC00903E.Liu T., Liang R., Qin W. Anti-fouling TiO2-Coated polymeric membrane ion-selective electrodes with photocatalytic self-cleaning properties // Analytical Chemistry. 2023. V. 95. № 16. P. 6577–6585. doi: 10.1021/acs.analchem.2c04567Liu T., Liang R., Qin W. Anti-fouling TiO2-Coated polymeric membrane ion-selective electrodes with photocatalytic self-cleaning properties. Analytical Chemistry. 2023. vol. 95. no. 16. pp. 6577–6585. doi: 10.1021/acs.analchem.2c05531.Qi L., Cheng Y., Liu Y. et al. Polymeric membrane ion-selective electrodes with anti-biofouling properties by surface modification of silver nanoparticles // Sensors and Actuators B: Chemical. 2021. V. 328. P. 129014. doi: 10.1016/j.snb.2020.129014Qi L. et al. Polymeric membrane ion-selective electrodes with anti-biofouling properties by surface modification of silver nanoparticles. Sensors and Actuators B: Chemical. 2021. vol. 328. article 129014. doi: 10.1016/j.snb.2020.129014.Jiang X., Wang C., Zhang H. et al. Improving the biocompatibility of polymeric membrane potentiometric ion sensors by using a mussel-inspired polydopamine coating // Analytical Chemistry. 2019. V. 91. № 10. P. 6424–6429. doi: 10.1021/acs.analchem.9b00661Jiang X. et al. Improving the biocompatibility of polymeric membrane potentiometric ion sensors by using a mussel-inspired polydopamine coating. Analytical Chemistry. 2019. vol. 91. no. 10. pp. 6424–6429. doi: 10.1021/acs.analchem.8b05370.Филимонова А.А., Власова А.Ю., Камалиева Р.Ф. и др. Создание электропроводящего композита с полимерными материалами для 3D-печати на основе поверхностной модификации // Вестник ВГУИТ. 2025. Т. 87. № 3. С. 241–248. doi: 10.20914/2310-1202-2025-3-241-248Filimonova A.A., Vlasova A.Yu., Kamalieva R.F., Mayorov E.S., Filimonov A.A. Creation of an Electrically Conductive Composite with Polymer Materials for 3D Printing Based on Surface Modification. Bulletin of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2025. vol. 87. no. 3. pp. 241–248. doi: 10.20914/2310-1202-2025-3-241-248 (in Russian).

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