Диссертация (1150129), страница 9
Текст из файла (страница 9)
После этого всю областьконтактных панелей покрывали силиконовой изоляцией, пользуясь силиконовымгерметиком DoneDeal AdhesivesLab, USA или Tytan, Carina Sealants Sp. z.o.o.S.K.A., Польша.Изображения поверхности графитовых электродов были получены вресурсномцентре«Геомодель»приборногопаркаСПбГУспомощьюсканирующего электронного микроскопа HITACHI S-3400N.Вольтамперометрическиеиимпедансныеизмеренияпроводилинапотенциостате-гальваностате Autolab PGstat 302N c модулем для измеренияимпеданса FRA2 (Metrohm, Швейцария). Спектры импеданса записывали вдиапазоне частот 100 кГц 0.01 Гц, применяя синусоидальный поляризующийсигнал амплитудой 5 мВ.
Результаты измерений импеданса анализировали спомощьюфиттинговыхпрограмм,встроенныхвприборAutolab.Дляперемешивания растворов в ячейке применяли магнитную мешалку.II.3. Приготовление мембранных коктейлейКоктейли для приготовления электродных мембран (как сенсоров дофаминаи других ионов, так и для электродов сравнения) готовили путем растворения54навесок компонентов в подходящем пластификаторе. В некоторых случаяхкоктейли содержали также тетрагидрофуран или циклогексанон.
В случаях, когданавески составляли бы менее 10 мг, вместо них брали соответствующие аликвотырастворов этих компонентов в циклогексаноне. Составы мембранных коктейлейдля будущих электродов сравнения были выбраны на основе литературных данных[67, 74, 75]. Этим достигалась достаточная точность приготовления композиций. Вотличие от обычных мембранных коктейлей, полимерного связующего (ПВХ) недобавляли,т.к.мембраныформировалинепосредственновстенкеполивинилхлоридного катетера, чтобы получить единую целостную проточнуюпотенциометрическую ячейку. Составы сенсорных мембран приведены в Табл. 1, амембран электродов сравнения – в Табл. 2.Таблица 1.
Составы сенсорных мембран.Состав 1Состав 2Состав 3Дициклогексил-18-краун-63,4 мг (0,02M)--Валиномицин-10,4 мг (0,02M)-Нонактин--7,0 мг (0,02M)KClTФБ2,3 мг (0,01M)2,3 мг (0,01M)2,3 мг (0,01M)o-НФОЭ470 мкл470 мкл470 мклТаблица 2. Составы мембран электродов сравнения.Состав 4Состав 5Состав 6Валиномицин32,5 мг (0,02M)--KClТФБ6,8 мг (0,01M)--o-НФОЭ1400 мкл261 мкл261 мклТГФ-2224 мкл2224 мклETH 500-15 мг (0,05M)-TBATBB--6,3 мг (0,05M)Особые методические детали эксперимента, прежде всего те, которыесодержат элементы новизны и являются, по сути, результатами работы, изложеныдалее в соответствующих главах.55ГЛАВА III.
ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫIII.1. Изготовление проточной потенциометрической ячейкиВ поливинилхлоридном катетере диаметром 2.5 мм путем диффузионногодопирования 1 формировали ионоселективные зоны, отделенные друг от другаизолирующими (недопированными) зонами. Вместо классической внутреннейсистемы раствор/электрод (например – Ag/AgCl), использовали твердоконтактныйвариант, когда металлический проводник приклеен непосредственно к наружнойповерхности допированной ионоселективной зоны полимерным композитом сажа+ ПВХ (1:1) с электронной проводимостью, разработанным ранее в Лабораторииионометрии.
К сожалению, более подробная технология изготовления такой ячейкине может быть раскрыта, так как данный сенсор представляет самостоятельныйинтерес как электродный блок для клинического анализатора и может бытьобъектом коммерциализации. Конструкция ячейки защищена патентом РФ №2013120898.III.2. Проточная мультисенсорная потенциометрическая ячейка свыносным электродом сравненияКонтроль биологически важных аналитов, в том числе – дофамина, частоприходится проводить в пробах малого объема, 0,5 – 1 мл и менее. Поэтому длятаких измерений мы разработали проточную ячейку, пригодную для анализаобразцов малых объемов, причем по нескольким параметрам – за счет наличия вячейке нескольких сенсоров.
Для этого в ячейке были сформированы сенсорныезоны, содержащие ионофоры (эти зоны служили ионоселективными электродами),и отделяющие их друг от друга изолирующие зоны из чистого ПВХ. Внешний видтакой ячейки с 8-ю электродами представлен на Рис. 23.Ячейку заполняли соответствующими калибровочными растворами спомощью шприца. Первоначально использовали обычный электрод сравнения(насыщенный хлорсеребряный), помещенный в стаканчик со сливом. Разумеется,1Детали технологии не раскрываются, т.к. в дальнейшем возможна их коммерциализация56использование такого традиционного электрода сравнения делало ячейку в целомдостаточно громоздкой.
Поэтому впоследствии электрод сравнения формировали всамой ячейке, см. III.3. Общий объем раствора, необходимый для измерениясоставлял 1 – 2 мл, в зависимости от длины ячейки, что, в свою очередь,определялосьчисломэлектродовиширинойизолирующихзон.Принеобходимости, за счет сужения изолирующих зон или числа сенсоров объемобразца можно сократить до 0.5 мл.Рис.
23. Проточная ячейка с 8-ю электродами, прикрепленная к стеклянной трубкеи зафиксированная в штативе.С целью экономии дорогих ионофоров технология изготовления проточнойячейки отрабатывалась на примере мембран, содержавших только KClТФБ.Отработка технологии потребовала значительных усилий и длительного времени,но, в конце концов, удалось найти способ создания ячейки с работоспособнымиэлектродами.
Калибровочная кривая для таких электродов приведена на Рис. 24.57220200180123456160140Потенциал, мВ120100806040200-20-40-60-80-100-5-4-3-2-1lg (aK)Рис. 24. Калибровочная кривая в чистом растворе KCl, полученная для ИСЭ смембраной, содержащей только KClTФБ и oNPOE. Номера на рисунке отвечают номерамэлектродов.Видно, что все 6 электродов ячейки (6 допированных зон) проявляюткалиевую функцию в обычном диапазоне для мембран такого состава. Поэтому мыперешли к измерениям с электродами, содержавшими в составе мембранынейтральные ионофоры.Потенциометрический сенсор дофамина основан на способности аналита кпротонированию в кислой среде с образованием катиона, до некоторой степенилипофильного по сравнению с неорганическими ионами натрия, калия и другими.HO+качествеlogK=10.6NHHOВH++3NHHO2ионофора,HOкоторый,какмыожидали,обеспечитпотенциометрическую селективность к дофамину, был выбран дициклогексил-18краун-6 (ДЦГ-18-6).
Наш выбор был обусловлен успехом применения краунэфиров при анализе на дофамин методом ВЭЖХ [126]. Поскольку дляпотенциометрическихизмеренийсущественноиметьдофаминввидепротонированного катиона, растворы гидрохлорида дофамина готовили на фонесоляной кислоты (10-4 М HCl).58К сожалению, ДЦГ-18-6 не оправдал наших ожиданий: сенсор оказалсяселективнее к калию, чем к дофамину (см. Рис.
25). Гофмейстерский электрод (т.е.содержащий только KClТФБ, без нейтральных ионофоров) дал некоторуюселективность, но недостаточную для практического применения, Рис. 26. Повидимому, ионы водорода также влияют на потенциалы электродов. Более того,измерения в растворах, полученных последовательным разбавлением смешанногораствора 0,01 М дофамина + 0,1 М HCl указывают, скорее, на отклик сенсора наpH, нежели на дофамин (Рис. 26).
То, что валиномицин и нонактин не далиселективности к дофамину (см. Рис. 27, 28) достаточно естественно.ДЦГ-18-6S=49.4 mV150Потенциал, мВ10050DopamineKCl0-50-5,0-4,5-4,0-3,5-3,0-2,5-2,0log(CDA)Рис. 25. Калибровочная кривая (средние значения по 3-м электродам) сенсоров,содержащих в качестве ионофора ДЦГ-18-6, в серии растворов ДА на основе 10‒4 М HCl ив растворе KCl 0.01 M.598060KClTPBS=36.8 mV, logKDA/K=-1.12pH 1.03Потенциал, мВpH 1.804020pH 2.800-20DopamineKClNaClHClpH 4.15pH 4.62-40-60-6,5-6,0-5,5-5,0-4,5-4,0-3,5-3,0-2,5-2,0log(CDA)Рис.
26. Калибровочная кривая (средние значения по 6-ти электродам) сенсоров наоснове KClTФБ в серии растворов ДА с переменно 10‒4 М HCl и в растворах KCl 0.01 M,HCl 0.0001 M и NaCl 0.01 M.160Nonactin140Потенциал, мВ120100806040DopamineKCl200-20-40-5,0-4,5-4,0-3,5-3,0-2,5-2,0log(CDA)Рис. 27. Кривая в растворах ДА на основе 10-4 М HCl, полученная для ИСЭ смембранами, содержащими в качестве ионофора нонактин (средние значения по 3-мэлектродам).60280Valinomycin260Потенциал, мВ240220200180DopamineKCl160140120-5,0-4,5-4,0-3,5-3,0-2,5-2,0log(CDA)Рис. 28. Кривая в растворах ДА на основе 10-4 М HCl, полученная для ИСЭ смембранами, содержащими в качестве ионофора валиномицин (средние значения по 3-мэлектродам).Таким образом, попытка создать работоспособный потенциометрическийсенсор дофамина с применением названных выше ионофоров не удалась.
Однакоуспех в создании «монолитной» проточной ячейки представляет самостоятельныйинтерес. Дело в том, что создание элементов электродного блока и, особенно,формирование ионоселективных мембран в этих элементах при сохранениитребуемой геометрии проточного канала – трудная задача. Практика компанииThermo-Fisher, а ранее – LabSystems и KONE Instruments показала, что обучениеперсонала, занятого изготовлением элементов блоков, занимает несколько месяцев.При этом выбраковка изготовленных элементов блоков достигает 15 %, что крайненевыгодно при массовом производстве. Применение классической схемы свнутренним водным раствором приводит к необходимости периодическогообслуживания электродов – смены внутреннего раствора новой порцией.
Материалсамих элементов электродного блока – специальный вид полиметилметакрилата.Адгезия поливинилхлоридных мембран к корпусу такого элемента недостаточнонадежна. Во многих случаях именно этим, а не старением самой мембраны,обусловлен преждевременный выход электрода из строя.61Поэтому замена конструкции, составленной из отдельных элементов, единоймультисенсорнойпроточнойячейкой,представляющейсобойполивинилхлоридный катетер малого диаметра, в котором сформированыионоселективныезоны,отделенныедруготдругаизолирующими(недопированными) зонами имеет практическое значение. На Рис. 29-31 приведеныкалибровочные кривые, полученные для проточной ячейки с сенсорами на основеДЦГ-18-6, валиномицина и нонактина в растворах KCl и NH4Cl.
Видно, чтосенсоры проявляют близкий к Нернстовскому отклик (S≈53 – 56 мВ) на ионы K+ иNH4+, соответственно. В таблице 3 приведены коэффициенты селективности,полученные методом раздельных растворов [67, 68]. Для оценки влияния ионов Na+проводили измерения в 0,1 M NaCl.Таблица 3 - Селективность сенсоров проточной ячейки.ИонофорKI/JK/NH4K/NaNH4/KNH4/Na1.2·10-12.3·10-31.5·10-2KClТФБДЦГ-18-63.6·10-21.2·10-2Нонактин20.53.7·10-3Валиномицин6.6·10-31.3·10-462320300280Потенциал, мВ260240220200180KClNH4Cl160140120-5-4-3-2-1lg(a)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
