СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТИОНИНА В МОДЕЛЬНЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРАХ МЕТОДОМ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ НА ГРАФИТОВОМ ЭЛЕКТРОДЕ, МОДИФИЦИРОВАННОМ КОЛЛОИДНЫМИ ЧАСТИЦАМИ ЗОЛОТА

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения содержания метионина в водных растворах методом циклической вольтамперометрии.

Известен способ электрохимического определения метионина в режиме дифференциально-импульсной вольтамперометрии на угольно-пастовом электроде, модифицированном цистеамином и коллоидными частицами золота в фосфатном буферном растворе фонового электролита pH 7 при сканировании потенциала от 0,0 до 1,2 B со скоростью развертки потенциала 50 мВ/с. Ток метионина линейно возрастает в диапазоне концентраций от 1,0⋅10^-6 до 1,0⋅10^-4 моль/л. Предел обнаружения составляет 5,9⋅10^-7 моль/л [Agui L., Manso J. Vanez-Sedeno P. and all. Colloidal-gold cyateamine-modified carbon paste electrodes as suitable electrode materials for the electrochemical determination of sulphur-containing compounds. Application to the determination of methionine // Talanta. - 2004. - V. 64. - P. 1041-1047].

Известен способ амперометрического детектирования метионина на поверхности графитового электрода, модифицированного гексацианоферратом (II) рутения (III) в условиях проточно-инжекционного анализа. Нижняя граница определения метионина равна 5⋅10^-9 моль/л. [Шайдарова Л.Г., Зиганшина С.А., Тихонова Л.Н., Будников Г.К. Электрокаталитическое окисление и проточно-инжекционное определение серосодержащих аминокислот на графитовых электродах, модифицированных пленкой из гексацианоферрата рутения // Журнал аналитической химии. - 2003. - Т. 58. - №12, С. 1277-1283].

Известен способ электрохимического определения метионина в плазме крови человека методом дифференциально-импульсной вольтамперометрии в области концентраций 50-500⋅10^-6 моль/л с пределом обнаружения 2,7⋅10^-8 моль/л. [Jeevagan A.J., John S.A. Electrochemical determination of L-methionine using the electropolymerized film of non-peripheral amine substituted Cu (II) phthalocyanine on glassy carbon electrode // Bioelectrochemistry. - 2012. - V. 85. P. 50-55].

Известен способ электрохимического определения метионина методом циклической вольтамперометрии в таблетках, на золотом электроде, модифицированном C60-фуллереном в растворе фонового электролита 0,1 М KNO₃ при сканировании потенциала от 0,0 до +1,2 B. Предел обнаружения метионина на золотом электроде, модифицированном C60-фуллереном, составляет 8,2⋅10^-6 моль/л [Tan W.T, Gohb J.K. Department of electrochemical oxidation of methionine mediated by a fullerene-C60 modified gold electrode // Electroanalysis. - 2008. - V. 20. - №. 22. - P. 2447-2453.

Известен способ электрохимического определения метионина в моче человека в режиме квадратно-волновой, циклической вольтамперометрии на пастовом электроде, приготовленном на основе нанотрубок и бензоферроцена в фосфатном буферном растворе фонового электролита pH 7 при сканировании потенциала от 0,2 до 1,2 B со скоростью развертки потенциала 100 мВ/с. Ток метионина линейно возрастает в диапазоне концентраций от 1,0⋅10^-7 до 2,0⋅10^-4 моль/л. Предел обнаружения составляет 5,8⋅10^-8 моль/л. [Beitollaxi Н., Mohadezi A., Ghorbani F. and all. Electrocatalytic measurement of methionine concentration with a carbon nanotube paste electrode modified with benzoylferrocene // Chinese Journal of Catalysis. - 2013. - V. 34. - P. 1333-1338] (прототип).

Задачей изобретения является снижение предела обнаружения и нижней границы определяемых содержаний метионина.

Поставленная задача решена за счет того, что в предложенном способе определения метионина в модельных водных растворах методом циклической вольтамперометрии на графитовом электроде, модифицированном коллоидными частицами золота, проводят электроокисление метионина на поверхности модифицированного графитового электрода. Модифицирование поверхности графитового электрода коллоидными частицами золота проводят электронакоплением в золе золота (мольное соотношение HAuCl₄:Na₃C₆H₅O₇:NaBH₄ = 1:15:5) в течение 300 с при потенциале электролиза Е_э=-1,0 B. Вольтамперные зависимости регистрируют в растворе фонового электролита 0,1 М NaNO₃ при скорости развертки, равной 100 мВ/с, в диапазоне потенциалов от -1,0 до 1,0 B. Концентрацию метионина определяют по высоте обратного пика на катодной ветви циклической кривой от минус 0,2 до плюс 0,4 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей.

Новым в способе является то, что для получения полезного сигнала, зависящего от концентрации метионина, используется графитовый электрод, модифицированный коллоидными частицами золота, позволяющий увеличить каталитическую активность за счет увеличения рабочей поверхности электрода, увеличения числа активных центров и большей электрокаталитической активности коллоидных частиц золота по сравнению с ионами золота (III).

В предлагаемом способе установлена способность метионина окисляться на графитовом электроде, модифицированном коллоидными частицами золота, полученными по боргидрид-цитратной методике в растворе фонового электролита.

Использование в качестве индикаторного электрода графитового электрода, модифицированного коллоидными частицами золота, обусловлено высокой химической и электрохимической устойчивостью графита, широкой областью рабочих потенциалов, простотой нанесения модификатора, механическим обновлением его поверхности и требованиями техники безопасности (не используются опасные или вредные вещества при работе с электродом).

Предложенный фон 0,1 М раствора NaNO₃ позволяет определять низкие содержания метионина с хорошей воспроизводимостью при минимальной концентрации, равной 5⋅10^-14 моль/л, что соответствует минимально определяемой концентрации (в прототипе предел обнаружения составляет 5,8⋅10^-8 моль/л).

Предлагаемый способ позволил улучшить метрологические характеристики анализа метионина, повысить чувствительность определения (5⋅10^-14 моль/л), что на 6 порядков ниже по сравнению с прототипом (табл. 1).

Таким образом, установленные условия позволили количественно определять метионин на основе реакции электрохимического окисления метионина на поверхности графитового электрода, предварительно электрохимически модифицированного коллоидными частицами золота в растворе фонового электролита.

На фиг. 1 представлены циклические вольтамперные кривые метионина с поверхности графитового электрода, предварительно электрохимически модифицированного коллоидными частицами золота, где кривая a' - концентрация метионина C_Met=⋅10^-13 моль/л, кривая b' - C_Met=2⋅10^-13 моль/л, кривая c' - фоновая кривая.

На фиг. 2 представлена линейная зависимость высоты обратного максимума метионина от его концентрации.

На фиг. 3 представлены циклические вольтамперные кривые метионина с поверхности графитового электрода, предварительно электрохимически модифицированного коллоидными частицами золота (проба), где кривая a'' - C_Met=1⋅10^-13 моль/л, кривая b'' - C_Met=2⋅10^-13 моль/л, кривая c'' - фоновая кривая.

В таблице 1 приведены результаты вольтамперометрического определения метионина в фоновом растворе 0,1 М NaNO₃ и в пробе (воде).

Пример 1. Измерения были проведены в модельном растворе. Графитовый электрод помещали в электрохимическую ячейку (кварцевый стаканчик) вольтамперометрического анализатора (TA-2), заполненную 10 мл золя золота (мольное соотношение HAuCl₄:Na₃C₆H₅O₇:NaBH₄ = 1:15:5). Проводили электролиз золя для модификации графитового электрода коллоидными частицами золота при условии: потенциал электролиза Е_э=-1,0 B, время накопления τ_э=300 с. Полученный модифицированный графитовый электрод ополаскивали бидистиллированной водой и помещали в другую электрохимическую ячейку (кварцевый стаканчик), заполненную 10 мл 0,1 М раствора NaNO₃. Не проводя накопления, регистрировали анодную ветвь, а затем катодную ветвь циклической вольтамперной кривой фонового электролита при скорости развертки 100 мВ/с, начиная от потенциала минус 1,0 и заканчивая плюс 1,0 B. На катодной ветви вольтамперной кривой фонового электролита наблюдается обратный максимум в диапазоне потенциалов от минус 0,2 до плюс 0,4 B (фиг. 1, кривая c'). При добавлении раствора метионина (первая добавка) произошло уменьшение высоты обратного максимума в диапазоне потенциалов от минус 0,2 до плюс 0,4 B (фиг. 1, кривая a'). При добавлении второй добавки раствора метионина произошло пропорциональное увеличение высоты обратного максимума в диапазоне потенциалов от минус 0,2 до плюс 0,2 B (фиг 1, кривая b'). Градуировочный график представлен на фиг. 2. Линейность градуировочного графика сохраняется в диапазоне от 5⋅10^-14 моль/л до 5⋅10^-12 моль/л (фиг. 3).

Пример 2. Измерения были проведены в водопроводной воде.

Графитовый электрод помещали в электрохимическую ячейку (кварцевый стаканчик) вольтамперометрического анализатора (ТА-2), заполненную 10 мл золя золота (мольное соотношение HAuCl₄:Na₃C₆H₅O₇:NaB₄ = 1:15:5). Проводили электролиз раствора для модификации коллоидными частицами золота при условии: потенциал электролиза Е_э=-1,0 B, время накопления τ_э=300 с. Потом полученный модифицированный графитовый электрод ополаскивали бидистиллированной водой и помещали в другую электрохимическую ячейку (кварцевый стаканчик), заполненную 10 мл водопроводной воды с добавлением 1 мл 1 М раствора NaNO₃. Не проводя накопления, регистрировали анодную ветвь, а затем катодную ветвь циклической вольтамперной кривой фонового электролита при скорости развертки 100 мВ/с, начиная с потенциала минус 1,0 и заканчивая плюс 1,0 B. На катодной ветви вольтамперной кривой фонового электролита наблюдается обратный максимум в диапазоне потенциалов от минус 0,2 до плюс 0,4 B (фиг. 3, кривая a'').

В водопроводную воду добавляли 0,02 мл аттестованной смеси метионина концентрации 5⋅10^-13 моль/л и, не проводя накопления, регистрировали анодную ветвь, а затем катодную ветвь циклической вольтамперной кривой фонового электролита при скорости развертки 100 мВ/с, начиная с потенциала минус 1,0 и до плюс 1,0 B. На катодной ветви вольтамперной кривой пробы наблюдается обратный максимум в диапазоне потенциалов от минус 0,2 до плюс 0,4 B (фиг. 3, кривая b''). Затем добавляли 0,02 мл аттестованной смеси метионина концентрацией 5⋅10^-13 моль/л и, не проводя накопления, регистрировали анодную ветвь, а затем катодную ветвь циклической вольтамперной кривой фонового электролита при скорости развертки 100 мВ/с, начиная с потенциала минус 1,0 и до плюс 1,0 B. На катодной ветви вольтамперной кривой добавки наблюдается пропорциональный рост обратного максимума в диапазоне потенциалов от минус 0,2 до плюс 0,4 B (фиг. 3, кривая c''). Результаты вольтамперометрического определения метионина в пробе (воде) приведены в табл. 1. Величина относительного стандартного отклонения Sr,(t_0,95) при количестве измерений n, равном 5, составляет 0,01.

Таким образом, установлена способность количественного определения метионина по обратным катодным пикам в растворе фонового электролита NaNO₃.

Предложенный способ прост, не используются токсические вещества из-за их негативного физиологического и биохимического действия. Способ может быть использован в любой биохимической лаборатории, имеющей компьютеризированные анализаторы типа TA или полярограф. Предложенный способ может быть использован для определения метионина в водных растворах с пределом обнаружения 5⋅10^-14 моль/л (3,75⋅10^-14 моль/л, рассчитанный по 3σ критерию).