Диссертация (1150129), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Этизначения параметров были выбраны нами, следуя данным работы [41]. Применяюттакже и другие значения этих параметров, например длительность импульса 400мс, интервал 0,5 с, при той же амплитуде 0,05 В [155]. Поскольку дофаминпротонируется, а типичные для реальных объектов интерференты: аскорбиновая имочевая кислота также подвержены протолитическим процессам, величина pHможет иметь более существенное значение для измерений [156]. Однако,ориентируясь на возможное применение сенсоров в реальных объектах, мысосредоточились на измерениях в нейтральной области pH, применяя фосфатныйбуфер в качестве фона.Для датчиков с разными вспомогательными электродами были полученырезультаты, представленные на Рис.79, 80.-68,0x10-66,0x10-3Ток, А103,5x10-63,0x10-62,5x10-62,0x10-61,5x10-61,0x10-6-0,2-710-0,10,00,10,20,3-64,0x10-62,0x10-7100,0-6-2,0x10-0,2-0,10,00,10,20,30,4Потенциал, ВРис.
79. Дифференциальные импульсные вольтамперометрические кривые сенсорас полоской электронопроводящего композита в качестве вспомогательного электрода врастворах дофамина10-7– 10-3 М на фоне фосфатного буфера с 0,01 М KCl.1181e-31e-41e-51e-61e-71,2x10-51,0x10-5Ток, А8,0x10-66,0x10-64,0x10-62,0x10-60,0-0,2-0,10,00,10,20,3Потенциал, ВРис. 80. Дифференциальные импульсные вольтамперометрические кривые сенсорас позолоченной медной проволокой в качестве вспомогательного электрода по даннымдифференциальной импульсной вольтамперометрии.Совмещенные кривые дифференциальных импульсных вольтамперограммдля концентрации 10-3 М представлены на Рис.
81.1.2x10-51.0x10-5Ток, А8.0x10-66.0x10-64.0x10-6Au-сажаПВХAu-Au2.0x10-60.0-0.2-0.10.00.10.20.3Потенциал, ВРис. 81. Дифференциальные импульсные вольтамперограммы сенсоров с полоскойэлектронопроводящего композита (Au-сажаПВХ) и с позолоченной медной проволокой(Au-Au) в качестве вспомогательного электрода в растворах DA с концентрациями 10-3 Мна фоне PBS с 0,01 М KCl.119НаРис.82приведеныкалибровочныезависимостисенсорасовспомогательным электродом из композита сажа+ПВХ, в случае измеренийметодомдифференциальнойхроноамперометрии,импульснойнижнийвольтамперометрии.пределКакобнаруженияивдофаминанемодифицированным золотым «макро» электродом в пробе объемом 200 мкл, безперемешивания,составляет10-7 М(споправкойнафоновыйсигнал).Калибровочная зависимость оказалась нелинейной, но при поправке на фоновыйсигнал достаточная чувствительность тока к концентрации дофамина в диапазонеот 10-3 до 10-6 М.-5,0log (Ток пика)-5,5-6,0-6,5(Без коррекции))(С коррекцией на фон)-7,0-7-6-5-4-3log(С)Рис.
82. Калибровочная зависимость сенсора по данным дифференциальнойимпульсной вольтамперометрии.Из всех рассмотренных сенсоров с разными вспомогательными электродаминаилучшие результаты показали сенсоры с полоской электронопроводящегокомпозита в качестве вспомогательного электрода.120VI.4. Выявление лимитирующей стадии процесса окисления дофаминаВ литературе имеются данные о том, что процесс окисления дофамина наэлектродах из ряда разнообразных материалов лимитирован транспортом аналита кэлектроду, а не самой реакцией окисления [62, 155, 156]. Наш результат: резкоепадениетокапривыключенииперемешиваниявметодедобавоксхроноамперометрической регистрацией сигнала, согласуется с этим выводом. Сучетом невозможности перемешивания в ячейках малых объемов такой вывод длянас являлся очень существенным и нуждался в специальной проверке.С этой целью мы регистрировали циклические вольамперограммы приразных скоростях развертки потенциала: 10, 20, 50 и 100 мВ/с, а также измерялиспектры импеданса золотых «макро» электродов в ячейках типа «бочонок», приконцентрации дофамина 1∙10‒3 M на фоне PBS.
Спектры импеданса записывали вдиапазоне частот 100 кГц 0,01 Гц, применяя синусоидальный поляризующийсигнал амплитудой 5 мВ. Полученные результаты представлены на Рис. 83 и 84.-52,5x101-й скан2-й скан-5Ток пика, А2,0x10-51,5x10-51,0x1034567(Скорость развертки)81/29(мВ/с)10111/2Рис. 83.
Влияние скорости развертки потенциала на ток пика в циклическойвольтамперометрии в растворе 1∙10‒3 M дофамина на фоне фосфатного буфера.121-Zim1,2x1041,0x1048,0x1036,0x1034,0x1032,0x1030,00,0tg=1.22,0x1034,0x1036,0x1038,0x1031,0x104ZrealРис. 84. Спектр электрохимического импеданса золотого «макро» электрода вячейке типа «бочонок» в растворе 1∙10‒3 M дофамина на фоне фосфатного буфера.Видно, что ток пика в ЦВА возрастает с увеличением скорости разверткипотенциала, причем полученная зависимость прямолинейна при построении ее откорня из скорости развертки. Это – классический результат для процесса,ограниченного диффузией [123-125].
В спектре импеданса наблюдается линейнаякорреляция между проекциями на действительную и мнимую оси в координатахНиквиста. Хотя тангенс наклона этой зависимости несколько выше единицы,можно сказать, что импедансные измерения также говорят о диффузионнойприроде лимитирующей стадии окисления дофамина на золотом электроде.VI.5. Измерения с массивами «микро» электродовДля смягчения влияния диффузионных ограничений были проведеныисследования с массивами «микро» электродов на чипах Biomedical MicrosensorsLaboratory North Carolina State University (см. Главу II).Перед измерениями чипы также проверяли на работоспособность, как и«макро» электроды – по растворам железоцианидов. Потребовалась очистка чиповв органических растворителях – гексане и этаноле, причем очистка этанолом дала122лучшие результаты.
Для измерений с дофамином использовали чип, очищенныйэтанолом (красная кривая на Рис. 85).6,0x10-84,0x10-82,0x10-80,0Ток, А-2,0x10-8-4,0x10-8-6,0x10-8-8,0x10-8после гексанапосле этанола-1,0x10-7-1,2x10-7-1,4x10-7-0,3-0,2-0,10,00,10,20,30,40,5Потенциал, ВРис. 85. Сравнение ЦВА, снятых при чистке электродов в разных органическихрастворителях.Несмотря на то, что эта кривая по своей форме все-таки далека от идеальнойЦВА кривой «микро» электрода (или массива таких электродов), нашепредположение о возможности частичного снижения влияния диффузионныхограничений подтвердилось.
Об этом свидетельствуют результаты, приведенные наРис. 86. Проводили хроноамперометрические измерения методом добавок врастворах дофамина (DA) с фоном PBS. Сначала регистрировали ток в чистомбуферном растворе, а затем при внесении добавок раствора дофамина. При этомпосле внесения каждой добавки раствор перемешивали в течение 50 с, после чегомешалку выключали и продолжали измерения в течение следующих 50 с. Привключенной мешалке регистрировали очень шумный сигнал – это вызвано крайнемалыми токами из-за малой площади рабочей поверхности массива (0.06 мм2) всравнении с 12 мм2 в случае «макро» электрода на пластинках Gwent ElectronicMaterials, работа с которыми описана в параграфе VI.2). При выключении мешалкиамплитуда шума резко уменьшалась. При концентрации дофамина в диапазоне от10‒7 до 10‒6 М не наблюдали зависимости тока от концентрации аналита.
Но приболее высоких содержаниях дофамина: 10‒6 до 10‒5 М, наблюдается четкаялинейная зависимость тока от концентрации. При этом, в отличие от измерений с123«макро» электродом, ток при выключении мешалки остается стабильным, т.е.диффузия (в данном случае не линейная, а полусферическая) достаточноэффективно доставляет аналит к поверхности электрода.Соответствующая калибровочная зависимость приведена на Рис. 87.2,0x10-101,0x10-10Ток, А0,0-1,0x10-10-2,0x10-10-3,0x10-10500100015002000Время, сРис.
86. Хроноамперограмма массива «микро» электродов в растворе PBS сдобавками дофамина.5,0x10-11Ток, А0,0-5,0x10-11-1,0x10-10-1,5x10-100,02,0x10-6 4,0x10-6 6,0x10-6 8,0x10-6 1,0x10-5 1,2x10-5С, МРис. 87. Калибровочная кривая массива «микро» электродов в растворах дофаминав фосфатном буфере с фоном 0,01 М KCl, построенная на основе данных, приведенных наРис.86.124Видно, что хроноамперометрические измерения с чипом, содержащиммассив «микро» электродов, позволяют определять содержание дофамина науровне 10-6 М, причем перемешивание в этом случае нужно только для того, чтобывнесенная добавка быстро распространилась по всему объему раствора.VI.6.
Попытка модификации золотых «макро» электродов Cu (I)полимерным композитомКак отмечалось в разделе I.3, в Институте Высокомолекулярных СоединенийРАНполученкомпозитныйматериал,сочетающийполиамидокислотуибихинолильный комплекс Cu (I) (см. Рис. 7, Глава I), о котором известно, что этоткомпозит катализирует окисление катехоламинов (т.е., в частности – дофамина)[51, 52]. Мы попытались модифицировать этим материалом поверхность золотых«макро» электродов в расчете на то, чтобы сохранить хорошие пределычувствительности сенсоров по концентрации дофамина, обеспечить такжеселективность его определения в присутствии, в частности, аскорбиновой кислоты.Полимерный композит был предоставлен нам проф. М.Я.
Гойхманом и н.с. И.В.Подешво (ИВС РАН) в виде 5 % (по массе) раствора в н-метил-2-пирролидоне(нМП). Раствор наносили на поверхность золота аликвотами 1, 1.5, 2 и 2.5 мкл. Приравномерном распределении композита по поверхности электрода и, считаяплотность композита близкой к 1, должны были получиться модифицирующиеслои толщинами, соответственно, 4, 6, 8 и 10 мкм. К сожалению, адгезия композитак золоту оказалась настолько малой, что даже самый тонкий слой отделился отэлектрода в процессе испарения нМП.
Поэтому мы не смогли попробовать придатьэлектроду селективностьVI.7. Результаты исследований с графитовыми электродами. Измеренияв каплеБолее успешные результаты были получены с печатными планарнымиграфитовыми электродами компании Gwent Group, UK (Рис. 22, Глава II). Вместо125модификации поверхности электрода теми или иными агентами, мы использовалиподход, описанный в [58, 59].Благодаря электрохимической активации поверхности этих электродовудалось получить обнадеживающие результаты по селективности к дофамину (DA)в присутствии веществ, препятствующих анализу, таких как аскорбиновая (АА) имочевая кислоты (UA).Дляпредварительнойэлектрохимическойобработки,атакжедляпоследующих измерений, каплю соответствующего водного раствора или образцамочи помещали на поверхность печатного электрода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
