Спосіб виготовлення електрода для електрохімічного визначення аскорбінової кислоти

Реферат: Спосіб виготовлення електрода для електрохімічного визначення аскорбінової кислоти включає створення композиту із суміші порошкоподібного графіту та кремнеземного носія із закріпленим модифікатором. Як кремнеземний носій використовують силікагель. UA 117782 U (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОДА ДЛЯ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО ВИЗНАЧЕННЯ АСКОРБІНОВОЇ КИСЛОТИ UA 117782 U UA 117782 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до аналітичної і фармацевтичної хімії та біохімічної клінічної лабораторної діагностики і може бути використана для визначення вмісту аскорбінової кислоти у лікарських та вітамінних формах, а також у матеріалах рослинного походження. Аскорбінова кислота (АК) - один із найважливіших компонентів в раціоні людини, широко використовується як в медицині, так і в харчовій, фармацевтичній та косметологічній галузях промисловості. + + 2+ В продукти харчування АК та її похідні сполуки із катіонами K , Na та Са або жирними кислотами додаються як антиоксиданти (добавки Е300-Е305) для запобігання окисненню та зміні кольору. Під час зберігання продукції, вміст АК змінюється - кислота може окиснюватися киснем повітря, що призводить до зниження позитивного ефекту її дії. Отже, вміст АК у значній мірі визначає якість продукції. АК часто використовують у вітамінах та лікарських композиціях для нормалізації окисновідновних процесів. У період виникнення та розповсюдження респіраторних захворювань високі дози АК (а саме її форми у вигляді вітаміну С) застосовують в терапевтичних та профілактичних цілях. Наведені приклади вказують на важливість контролю вмісту АК в зазначених об'єктах. Відомі способи виготовлення електродів для визначення мікрокількостей аскорбінової кислоти, що основані на модифікуванні скловуглецевих електродів полімером-провідником [1], плівкою на основі нанотрубок, вкритих полімалахітом зеленим [2] та ін. Електроди, отримані за вказаними способами, дозволяють визначати вміст аскорбінової кислоти на рівні мікромолей у літрі розчину, що є придатним для аналізу об'єктів харчової та фармацевтичної галузей промисловості. Головним недоліком таких способів є відсутність інформації про селективність виготовлених електродів щодо сульфіт-іона, цукрів та інших відновників, які часто є супутніми компонентами АК в продуктах харчування. Найближчим аналогом до корисної моделі, що патентується, за технічною суттю та хімічною природою основи електрода, є спосіб виготовлення електрода на основі ормосилу, модифікованого поліаніліном з допованими наночастинками золота [3]. Шляхом співконденсації N-[3-(триметоксисиліл)-пропіл]аніліну та тетраетоксисилану методом золь-гель синтезу добувають ормосил із іммобілізованими групами аніліну. Отриману вологу масу суспендують в концентрованому розчині соляної кислоти та додають суміш аніліну і H[АuСl4]. Утворений осад відфільтровують та висушують під вакуумом упродовж доби. Отриманий порошок змішують із графітом та рідким парафіном, і пакують в поліетиленову трубку. Поверхню виготовленого електрода полірують шліфувальним папером. Відповідно до метрологічних характеристик процедур визначення аскорбінової кислоти, розроблених з використанням виготовленого електрода, межа виявлення складає 0,66 мг/л, діапазон лінійності - від 0,264 до 1,4 г/л. Головним недоліком даного способу є використання H[АuСl4], який є достатньо дорогою речовиною. Також відсутня інформація про селективність виготовленого електрода по відношенню до супутніх компонентів. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача вдосконалити спосіб виготовлення електрода для визначення АК шляхом заміни модифікатора кремнеземної матриці, що дозволяє отримати електрод з помірно доступних та недорогих реактивів, якому характерні високі селективність та чутливість до кислоти, а також індиферентність по відношенню до сульфіт-іонів і цукрів. На відміну від найближчого аналога, поставлена задача вирішується тим, що для виготовлення електрода використовують суміш графіту та силікагелю із закріпленим на поверхні 3-н-пропілтриметоксисилан-1-метилімідазолію хлоридом (далі SiMImd/C). Авторам із патентної і науково-технічної літератури невідомий спосіб виготовлення такого електрода для електрохімічного визначення аскорбінової кислоти. У способі, що заявляється, робочий електрод SiMImd/C створено шляхом пресування суміші графіту і модифікованого силікагелю з наступним прикріпленням отриманого диску-таблетки на скляну трубку. Модифікований силікагель отримують за досить відомою процедурою [4]. Суміш із рівних за масою порцій (по ~25 мг) порошкоподібного графіту та модифікованого силікагелю ретельно перемішують в агатовій ступці, потім спресовують в таблетки під тиском 12,13 МПа. Отриману диск-таблетку (розміром 6 мм в діаметрі та ~1 мм товщиною) спершу витримують в парафіні під -3 вакуумом (133 10 Па) при 70 °C для видалення адсорбованих газів із пор матриці, потім оброблюють шліфувальним папером для зняття залишків парафіну. Далі диск-таблетку приклеюють на кінці скляної трубки і залишають на 24 год. для висихання клею. 1 UA 117782 U 5 10 15 20 Електрохімічний контакт забезпечують за допомогою мідного дроту, який розмішують всередині скляної трубки та з'єднують з таблеткою через графітовий порошок. Перед кожним експериментом поверхню робочого електрода активують шліфувальним папером. Виготовлений електрод є придатним для застосування в методах диференціальноімпульсної та циклічної вольтамперометрії. Оптимальними умовами роботи електрода для визначення аскорбінової кислоти є: рН розчину в діапазоні 3-7, об'єм робочого розчину 25 мл. Калібрувальний графік процедури визначення аскорбінової кислоти з використанням виготовленого електрода лінійний в діапазоні концентрацій від 0,3 до 30 мг/л. Межа виявлення становить 0,09 мг/л. На працездатність електрода не впливають (кратні кількості): сульфіти, хлориди, нітрати, оксалати, цитрати, тартрати (600), глюкоза (800), калій, натрій, кальцій (600), купрум (II) та ферум (III) (50). Технічний результат способу, що заявляється, дозволяє, крім зменшення фінансових витрат на необхідні для виготовлення електрода реактиви, отримати електрод з підвищеними селективністю та чутливістю до аскорбінової кислоти, а також індиферентністю по відношенню до неорганічних та органічних компонентів. Електрод SiMImd/C зберігає працездатність не менше 200 циклів роботи, що доведено експериментально. Практичність корисної моделі ілюструється такими прикладами. Приклад 1. Порівняли вартість реактивів, які необхідні для виготовлення електрода за способом, що патентується, та за його найближчим аналогом (Таблиця 1), а також метрологічні характеристики процедур визначення аскорбінової кислоти, розроблених на основі цих електродів. Таблиця 1 Порівняльна характеристика електродів, виготовлених за способом, що патентується (СП), та за його найближчим аналогом (НА) СП Вартість реактивів на виготовлення п електродів графіт кремнеземний носій з модифікатором парафінова олія Метрологічні характеристики діапазон лінійності межа виявлення НА n=1000 n=1 59 євро 17,5 євро 2 євро 12 євро* 3,26 євро 0,3-30 мг/л 0,09 мг/л 0,264-1.4 г/л 0,66 мг/л * ціна зазначена лише із врахуванням витрат на НАuСl4•3Н2О, оскільки немає даних про кількісний вихід продуктів реакцій 25 30 35 40 Приклад 2. Вплив концентрації аскорбінової кислоти на аналітичний сигнал на електроді SiMImd/C. Для проведення експериментів готували 1М розчин фонового електроліту - розчин KСl. Розчин використовували як основу для приготування решти необхідних розчинів - аскорбінової кислоти, супутніх речовин/іонів. Для вимірювань використовували метод диференціальноімпульсної вольтамперометрії. Спершу за допомогою електрода SiMImd/C реєстрували вольтамперометричну криву для 25 мл фонового електроліту. Потім послідовно вводили декілька порцій аліквоти робочого розчину аскорбінової кислоти та реєстрували вольтамперограму. Встановлено, що інтенсивність аналітичного сигналу на електроді SiMImd/C лінійно зростає при збільшенні концентрації аскорбінової кислоти в розчині в інтервалі (діапазон лінійності) від 0,3 до 30 мг/л. Приклади 3-25. Вплив сторонніх іонів та речовин на працездатність електрода SiMImd/C при визначенні аскорбінової кислоти. Електрод готували за описаним способом. До 25 мл розчину фонового електроліту, що також містить органічні та неорганічні іони і речовини, у кількостях, як зазначено у таблиці 2, додавали 1 мл розчину аскорбінової кислоти. Результати вимірювань наведено у таблиці 2. Видно, що визначенню не заважають іони та речовини (кратні кількості): сульфіти, хлориди, 2 UA 117782 U нітрати, оксалати, цитрати, тартрати (600), глюкоза (800), калій, натрій, кальцій (600), купрум (II) та ферум (III) (50). Таблиця 2 Вплив іонів та речовин на правильність визначення аскорбінової кислоти з використанням електрода SiMImd/C (n=3, Р=0,95) Приклад 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Іон або речовина сульфіт сульфіт сульфіт хлорид* нітрат нітрат оксалат оксалат цитрат цитрат тартрат тартрат глюкоза глюкоза калій* натрій натрій кальцій кальцій купрум (II) купрум (II) ферум (III) ферум (III) С/Саск (С - моль/л) 400 500 600 600 500 600 500 600 500 600 500 600 500 800 600 500 600 400 500 20 50 20 50 Правильність, % 100 101 101 101 101 101 99 98 98 98 98 98 99 93 101 101 101 101 101 99 97 98 97 * без урахування KCl, що вноситься як фоновий електроліт. 5 Приклади 26-28. Визначення за допомогою електрода SiMImd/C аскорбінової кислоти у стандартних розчинах. Для проведення експерименту готували серію розчинів із вмістом аскорбінової кислоти 9,2, 16,07, 25,54 мг/л. Результати визначення наведені в таблиці 3. Таблиця 3 Результати електрохімічного визначення аскорбінової кислоти в стандартних розчинах з використанням електрода SiMImd/C (n=3, Р=0,95) Приклад 26 27 28 Вміст аскорбінової кислоти, мг/л Введено Знайдено 9,20 9,09±0,04 16,07 16,24±0,07 25,54 25,62±0,01 Правильність, % 99±1 101±1 100±1 10 15 Приклад 29. Визначення аскорбінової кислоти в розчині для ін'єкцій. У мірну колбу ємністю 50 мл переносили 0,9 мл розчину для ін'єкції (виробник "Здоров'я", Україна), вносили 3,8776 г KСl та доводили бідистильованою водою до мітки. Для розрахунку вмісту аскорбінової кислоти використовували метод стандартних добавок. Результати наведено в таблиці 4. Приклад 30. Визначення аскорбінової кислоти у Вітаміні С 500 (виробник "Київський вітамінний завод", Україна). 3 UA 117782 U 5 1 таблетку Вітаміну С розчиняли у невеликій кількості фонового електроліту, переносили у мірну колбу ємністю 1 л та доводили до мітки розчином фонового електроліту. Вміст аскорбінової кислоти визначали за допомогою методу стандартних добавок. Результати представлено в таблиці 4. Приклад 31. Визначення аскорбінової кислоти в дитячому фруктовому пюре "Персик" (виробник "Hipp"). 15 г фруктового пюре розчиняли у невеликій кількості розчину фонового електроліту, переносили в колбу ємністю 500 мл та доводили до мітки розчином електроліту. Результати визначення за методом стандартних добавок представлено в таблиці 4. 10 Таблиця 4 Результати електрохімічного визначення аскорбінової кислоти в реальних об'єктах з використанням електрода SiMImd/C (n=3, Р=0.95) Приклад 29 30 31 15 20 25 Вміст аскорбінової кислоти, мг/проба Заявлено Знайдено 50 49,5±0,2 500 505±7 37,5 38,1±0,6 Об'єкт Розчин для ін'єкцій Вітамін С Фруктове пюре "Персик» Правильність, % 99±1 101±1 102±2 З усього вищезазначеного можна зробити висновок, що спосіб, який патентується, дозволяє зменшити фінансові витрати на виготовлення електрода, при цьому дозволяє отримувати електрод з високими показниками селективності та чутливості, а також підвищеною індиферентністю до супутніх компонентів. Окремо треба відзначити, що виготовлений за вказаним способом електрод зберігає працездатність не менше 200 циклів, що встановлено експериментально. Джерела інформації: 1. Electrochemical biosensors with conducting polymer-modified electrodes for a simultaneous detection of dopamine, ascorbic acid and uric acid and method of preparing the same. Patent of China KR 101069310 (B1), 05.08.2009. 2. Preparation method of electrochemical sensor for simultaneously detecting ascorbic acid, epinephrine and uric acid. Patent of China CN 103399056 (B), 11.20.2013. 3. Weng C.-J., Chen Y.-L., Chien. Ch.-M., Hsu Sh.-Ch., Jhuo Y.-S., Yeh J.-M, Dai Ch.-F. Preparation of gold decorated SiO2@polyaniline core-shell microspheres and application as a sensor for ascorbic acid // Electrochim. Acta. - 2013. - V. 95. - p. 162. 4. Panteleimonov A., Tkachenko O., Baraban A., Benvenutti E. V., Gushikem Y., Kholin Y. Probing silica-organic hybrid materials using small probes: simulation of adsorption equilibria influenced by cooperativity effects // Adsorpt, Sci. Technol. - 2014. - V. 32, No 4. - p. 305. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 1. Спосіб виготовлення електрода для електрохімічного визначення аскорбінової кислоти, що включає створення композиту із суміші порошкоподібного графіту та кремнеземного носія із закріпленим модифікатором, який відрізняється тим, що як кремнеземний носій використовують силікагель. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як модифікатор використовують 3-н-пропіл-1метилімідазолію хлорид. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що суміш спресовують під тиском в таблетку. 40 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4