Автореферат (Химические сенсоры и мультисенсорные системы на основе порфиринов и гетерокраун-эфиров), страница 6

Люминесценция мембраны возрастала при увеличенииконцентрации ионов магния в диапазоне концентраций от 10-7 до 10-2 моль/л на фонебуферного раствора 0.01 моль/л MES (pH 5.5). Данный отклик обусловленперераспределением электронной плотности лиганда в результате селективногосвязывания магния в полости диаза-краун-эфира, и последующем увеличениемфлуоресцентной эмиссии на 5-фенил-оксихинолиновом флуорогенном фрагменте.Необходимо отметить, что в ходе целого ряда повторных измерений было установлено,что исследованные мембраны оптических сенсоров являются фоточувствительными.Чтобы избежать проблем фотонасыщения, было рекомендовано хранениесвежеприготовленных мембран в темноте и использование "одноразовых” оптическихсенсоров.Существенное упрощение аналитической процедуры определения магния сприменением разработанного Mg2+-селективного оптода было осуществлено посредствомзамены стационарного лабораторного оборудования (флуориметра) на метод CSPT сиспользованием портативной УФ-лампы (365 нм), а затем и коммерческого точечногосветодиода (СД с длинной волны 380 нм) в качестве источников монохромногоизлучения.

Эффективность использования Mg2+-селективного оптода в сочетании с СДCSPT технологией была продемонстрирована при определении содержания ионов магнияв коммерческих удобрениях для комнатных цветов, а также при разработке методакосвенного определения микроцистина (МС), опасного гепатотоксина, выделяемого впроцессе цветения сине-зеленых водорослей в природных водах.Для определения содержания магния в удобрениях использовали метод прямойградуировки оптода с мембраной оптимизированного состава: ДОС/DCHQPh/TпClФБK,5вес.% Полученная относительная погрешность определения магния науровне 1×10-4 моль/л (или 2.5 мг/л, соответствующий концентрации магния в живыхклетках) не превышала 5 %, что указывает на высокую перспективность разработанныхсенсоров для выполнения быстрого и экономически эффективного определения ионовмагния(II) в образцах сложного состава (как, например, биологические жидкости,сельскохозяйственные удобрения, природные воды и пр.) с помощью бытовыхэлектронных устройств.Микроцистин является ингибитором протеинофосфатазы и канцерогеннымвеществом, способным вызвать сильный токсикоз и раковые заболевания печени припопадании в организм даже в наномолярных концентрациях.

Суть разработанного методакосвенного определения МС состоит в регистрации подавления флуоресценции магнийселективного оптода, предварительно кондиционированного в растворе с известнойконцентрацией MgCl2 и фиксированным щелочным рН, при увеличении концентрацииMC-LR, Рис.

10. МС-LR является циклическим пептидом, несущим в своей структуре двекарбоксильные и одну иминогруппу, и в зависимости от рН среды, может присутствоватьв анализируемом растворе в различных формах ионизации. В частности, в щелочнойсреде MC-LR несет двойной отрицательный заряд в связи с депротонированиемкарбоксильных групп. Частицы MC-LR2- являются потенциальными лигандами длякатионов металлов за счет как электростатического взаимодействия, так и частичного20комплексообразования с амидными группами пептида, служащими донорамиэлектронной плотности.

Для определения микроцистина на прозрачное предметноестекло были нанесены две чувствительные ПВХ-мембраны на основе DCHQ-Ph,пластифицированные ДОС с различным количеством катионообменной добавки,ТпClФБК, в 5 и 10 % вес., каждая в двукратном повторении. Для данного массива былозарегистрирована линейная зависимость между понижением интенсивностилюминесценции, измеренной с применением СД-CSPT технологии, и количеством MC-LR вдиапазоне концентраций от 10-11 до 10-8 моль/л, с нижним пределом обнаружения в 0.05мкг/л, который в 20 раз ниже ПДК в 1 мкг/л (в соответствии с нормами ВОЗ и СанПиН2.1.4.1074-01 в питьевой воде). Были проведены исследования по оптимизацииразработанного метода.

В частности, было исследовано влияние рН среды в различныхбуферных растворах (MЕS 5.5, HEPES 7.2 и TRIS 8.6) и концентрации MgCl2 (в диапазоне от10-6 до 3.2×10-2 моль/л) на отклик оптода к MC-LR. Оптимальные условия эксплуатациибыли установлены на фоне 0.001 моль/л TRIS с pH 8.6 после предварительногокондиционирования сенсоров в 0.01 моль/л растворе MgCl2 в течение 15 мин. Метод былапробирован для мониторинга выделения микроцистина в различными штаммами синезеленых водорослей Microcystis aeruginosa и качественной оценки токсичностиприродных вод.БВГРис. 10. Схематическое представление метода косвенного определения микроцистина: А)стабилизация мембраны в растворе 0.01 моль/л MgCl2 на фоне 0.001 моль/л TRIS рН 8.6; Б)добавление MC-LR; В) поток ионов Mg2+ из фазы мембраны, комплексация MC-LR споследующим снижением люминесценции чувствительной мембраны; Г) откликоптического сенсора на основе DCHQ-Ph и 5 % вес.

ТпClФБК к изменению концентрациимикроцистина (рН=8.6).В применении к анализу природных вод разработанный косвенный методопределения микроцистина в совокупности с мультисенсорным подходом позволилсущественно снизить среднюю относительную погрешность определения содержанияМС-LR по сравнению с одиночным селективным оптодом.

Так, для трех образцовприродной воды из окрестностей г. Рима, Италия (одна проба была из озера Альбано;остальные две пробы были взяты из общественных фонтанов в Риме до и после видимогозарастания сине-зелеными водорослями) относительная средняя погрешностьопределения МС с применением массива оптических сенсоров была значительно ниже,чем аналогичный показатель для одиночного оптода (14.6% против 45.3%).Предложенный метод может быть применен с помощью методики CSPT иодноразового оптода (нанесенного, например на прозрачный пластиковый трансдьюсер),который можно разместить на экране смартфона или планшета, и проводитьопределение анализируемого вещества посредством регистрации видеосигнала отвстроенной цифровой камеры.

Таким образом, применение бытовых электронныхустройств в сочетании с разработанными оптическими сенсорами может значительно21упростить сложные аналитические процедуры, сделав их доступными для каждодневногоприменения обычными пользователями в различных условиях.2. Порфирин-замещенные электрополимеризованные пленки: получение, свойства иприменениевкачествесенсорныхматериаловсперекрестнойчувствительностью.Существенным недостатком многих химических сенсоров является низкая адгезиясенсорного материала к поверхности трансдьюсера, что особенно актуально примногократных и часто повторяющихся измерениях, при измерениях в экстремальныхусловиях, например в образцах с повышенной температурой, в проточном анализе, и пр.Электрохимическая полимеризация позволяет получить устойчивые чувствительныепленки, химически привязанные к поверхности преобразователя, и удлиняет срокслужбы сенсоров.

Более того, электрополимеризация позволяет избежать проблемвымывания мембраноактивных веществ из несущей матрицы, а также, например в случаеМП, димеризации ионофора. Для получения чувствительных электрополимеризованныхпокрытий, используются различные подходы, среди них: сополимеризация МАК имономеров, образующих структуру полимерной матрицы; химическая «пришивка» МАКна поверхности ранее полученных полимерных пленок; либо использование электродноактивных мономеров, несущих в своей структуре специфические заместители,призванные исполнять функции чувствительных рецепторов в составе полученногосенсорного материала.

Именно этот последний метод был использован для получениясенсорных материалов на основе порфирин-замещенных полипиррола и полианилина.Процесс формирования электрополимеризованных пленок полианилина (ПАНИ),допированного 5,10,15-трис (4-аминофенил)-20-фенил-порфиринатами Со(II) и Cu(II),исследовали в четырех различных растворителях. Пленки осаждали методом ЦВА на Ptрабочем электроде (диаметр 3 мм) из растворов 1×10-3 моль/л Co(II)TATPP илиCu(II)TATPP в присутствии 0.1 моль/л ТБАClO4 в (а) ацетонитриле, АЦН; (б)диметилформамиде, ДМФ; (в) пиридине; (г) растворе ДМФ : анилин (0.5 моль/л в 1моль/л H2SO4) = 1:1.

Потенциал сканировали со скоростью 50 мВ/сек в диапазоненапряжений от -0.2 до 0.8 – 1.5В против насыщенного каломельного электрода сравнения,НКЭ. Для сравнения была приготовлена пленка ПАНИ, не содержащая добавокпорфирина. При электрополимеризации из ДМФ/анилина на рабочем электроденаблюдали формирование проводящей пленки, сопровождающееся частичнымвложением Co(II)- или Cu(II)TATPP в структуру ПАНИ в течение первых 5 циклов,подтвержденным наличием характерных пиков окисления и восстановленияцентрального иона металла порфирина, Co(II)/Co(III) в частности.

Включение Co-TATPP вструктуру ПАНИ, сформированную на стеклянных электродах с электропроводящей ITO(оксида индия-олова) подложкой, подтверждалось также наличием характерной дляпорфиринового ароматического кольца полосы Соре (=454 нм) на видимых спектрахпоглощения мембраны.Был исследован потенциометрический отклик поли-Co(II)TATPP и поли-Cu(II)TATPPпленок в растворах различных анионов. Для обеих мембран наибольший отклик сугловым коэффициентом градуировочных кривых, близким к теоретическомуНернстовскому была получен в отношении ионов CO32- (-27 и -28 мВ/дек соответственно).Селективность данных мембран значительно отличалась от серии липофильностиХоффмейстера, Рис.