Автореферат (1150275), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Работа изложена на 133 страницах текста, содержит 15 таблиц, 51 рисунок и 1приложение.ОСНОВНОЕ СОЖЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дано обоснование актуальности проблемы, сформулированы цель и задачиисследования. Отмечается необходимость разработки микро- и мезофлюидных устройств дляминиатюризации проточного анализа.Глава 1. Обзор литературных данныхВ первой главе представлен обзор литературы, в котором рассматриваются подходык миниатюризации проточных методов анализа. В том числе, описываются различныеминиатюризированные устройства и гидравлические схемы, включающие эти устройства ииллюстрируются их аналитические возможности. Из-за отсутствия устоявшейсятерминологии в рассматриваемом направлении аналитической химии предпринята попыткасистематизировать разработанные миниатюризированные устройства, функционирующиена принципах проточных методов анализа. Рассматриваются технологии изготовлениямикро- и мезофлюидных устройств, функционирующих на принципах проточных методов.Обсуждаются методики определения эпинефрина, цистеина и куркумина.Глава 2.
Методика экспериментальных исследованийВ данной главе описаны средства измерений, оборудование и вспомогательныеустройства, реактивы и материалы, а также процедуры приготовления растворов ипробоподготовки анализируемых проб.5Глава 3. Миниатюризация циклического инжекционного фотометрического анализаНа сегодняшний день для изготовления микро- и мезофлюидных устройств предложеноиспользовать различные материалы: полимерные, стеклянные, кварцевые, металлические и др.Для изготовления недорогих и многоразовых устройств предпочтение отдают полимернымматериалам, среди которых наиболее часто используют полиметилметакрилат (ПММА),полидиметилсилоксан и поликарбонат.
Для изготовления мезофлюидного устройства ЦИА сфотометрическим детектированием был выбран ПММА, так как этот материал являетсяоптически прозрачным в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра, легко поддаетсямеханической обработке, полированию и склеиванию.Известны различные технологии изготовления микро- и мезофлюидных устройств изполимерных материалов: фрезерная, фотолитография, 3D печать, техника химическоготравления и др. В данном исследовании использовалась фрезерная технология, котораяпредполагает механическое сверление каналов и отверстий в монолитном блоке споследующей склейкой с покровной пластиной. Фрезерная технология остается наиболеепростой и доступной для изготовления мезофлюидных устройств из твердых полимерныхматериалов.В рамках данного исследования была разработана топология мезофлюидного устройствадля миниатюризации циклического инжекционного фотометрического анализа (Рисунок 1),которая включает в себя вертикальное отверстие – реакционную емкость (1), предназначеннуюдля образования аналитической формы при перемешивании растворов пробы и реагентовпотоком газа.
Реакционная емкость сообщается с атмосферой с одной стороны (5), с другой – сканалом, изготовленным в виде меандра (2), форма которого позволяет разделить газовую иводную фазы за счет турбулентности при прохождении раствора из реакционной емкости воптический канал (3) (длина оптического пути 36 мм). С двух сторон оптического канала вмезофлюидное устройство интегрированы элементы системы детектирования. В качествеисточника света используется светодиод, обеспечивающий излучение необходимой длиныволны.
На сегодняшний день светодиоды являются универсальными и компактнымиустройствами, позволяющими миниатюризировать фотометрический анализ. Передсветодиодом размещается линза шарообразной формы для улучшения соотношениясигнал/шум и устранения эффекта рассеяния света. В качестве детектора используетсяпортативный спектрометр, оптоволоконный кабель которого закреплялся у оптическогоканала. Портативный спектрометр обеспечивает спектральное разрешение 0,1 нм ивозможность детектировать аналитический сигнал в широком диапазоне длин волн.Рисунок 1. Топология мезофлюидного устройства дляминиатюризациициклическогоинжекционногофотометрического анализа: 1 – реакционная емкость; 2 –канал, выполненный в форме меандра; 3 – оптическийканал; 4 – канал для подачи растворов и газовой фазы вреакционную емкость; 5 – отверстие, соединяющиереакционную емкость с атмосферой; 6 – отверстие дляисточника света; 7 – линза; 8 – светодиод; 9 – спектрометр;10 – канал для сброса растворов.Cхема изготовления мезофлюидного устройства для миниатюризации циклическогоинжекционного фотометрического анализа представлена на рисунке 2 (А-Е).
Для изготовленияустройства использовали отполированные, оптически прозрачные пластины из ПММА. Так, напервом этапе в программе Cut2D ver 1,6 создавался чертеж расположения основных каналов6устройства. При помощи автоматизированного станка на пластинке из ПММА размером76×52×10 мм вырезались каналы (ширина 0,8 мм, глубина 0,8 мм) в соответствии с чертежом(Б). Пластинку с вырезанными каналами склеивали с ровной поверхностью идентичнойпластинки из ПММА, на которой отсутствовали каналы (В).
На втором этапе, после склеиванияпластин (Г), на фрезеровочной установке в верхней грани просверливали цилиндрическоеотверстие (диаметр 5 мм, глубина 26,5 мм) с коническим окончанием – реакционную емкость(Д). В торцевой грани просверливали отверстие (диаметр 6 мм, глубина 10 мм) дляинтегрирования в устройство фокусирующей линзы и светодиода (Е). На противоположнойторцевой грани устройства закрепляли оптический кабель спектрометра (Е). Поверхностьотверстия в ПММА-пластине для линзы и светодиода, а также торцевую поверхность в местекрепления оптического кабеля отшлифовывали.Рисунок2.Схемаизготовлениямезофлюидногоустройствадляминиатюризациициклическогоинжекционногофотометрическогоанализа.
А-Е – этапы изготовления мезофлюидного устройства.Разработанное устройство защищено патентом на полезную модель № 143826 (заявка №2013157800, дата приоритета 26 декабря 2013 г., зарегистрировано в Государственном реестреполезных моделей Российской Федерации 01 июля 2014 г.).Аналитические возможности изготовленного устройства были исследованы на примерепроточного фотометрического определения эпинефрина и цистеина по реакции с 18молибдодифосфатом аммония (18-МФА).Определение эпинефрина.
В качестве фотометрических реагентов для экспрессногоопределения восстановителей могут быть использованы гетерополикомплексы (ГПК)структуры Доусона, при восстановлении которых образуются интенсивно окрашенныестабильные продукты. Для определения эпинефрина была изучена возможность использованиянового реагента 18-молибдодифосфата аммония, который относится к классугетерополикомплексов структуры Доусона. Реакции ГПК структуры Доусона со многимивосстановителями происходят быстрее по сравнению с ГПК структуры Кеггина.Восстановленная форма 18-МФА образуется быстро в ходе окислительно-восстановительнойреакции и имеет состав (P2MoVI16MoV2O62)8-.Для установления стехиометрии фотометрической реакции с эпинефрином в работеиспользовали методы молярных отношений и изомолярных серий.
На основании полученныхрезультатов был предложен механизм образования восстановленной формы 18-МФА:Установленная стехиометрия реакции соответствует общепринятому механизмуокисления эпинефрина, по которому продуктом окисления является адренохром.7В спектре поглощения наблюдается максимум оптической плотности при длине волны820 нм, что подтверждает образование восстановленной двухэлектронной формы.
Молярныйкоэффициент светопоглощения составил 2,2∙104 л∙моль-1∙см-1.Полнота протекания и скорость реакции между 18-МФА и эпинефрином в значительнойстепени зависит от рН раствора (Рисунок 3 а). Максимальные значения оптических плотностейфотометрируемых растворов наблюдаются в диапазоне рН от 6,5 до 7,5. Также было изученоизменение оптических плотностей раствора восстановленной формы 18-МФА во времени вуказанном диапазоне рН (Рисунок 3 б). Было установлено, что при рН=7,0 наблюдаетсямаксимально быстрое образование аналитической формы.
При этом оптимальнаяконцентрация 18-МФА составляет 0,2 мМ (Рисунок 3 в).Рисунок 3. Зависимость оптической плотности восстановленной формы 18-МФА от рНраствора (а), от времени протекания реакции при различных значениях рН (б) и отконцентрации реагента (в).Для циклического инжекционного фотометрического определения эпинефрина быларазработана новая аэрогидравлическая схема, включающая мезофлюидное устройство(Рисунок 4). В соответствии с этой схемой, с помощью шприцевого насоса (1) черезмногоходовой кран-переключатель (2) в удерживающий канал (3) последовательно отбирали10 мкл 0,2 мМ раствора 18-МФА, 10 мкл раствора эпинефрина и 20 мкл фосфатного буферногораствора (рН= 7,0). Растворы из удерживающего канала (3) при смене направления движенияпоршня шприцевого насоса (1) перекачивали в реакционную емкость мезофлюидногоустройства (4), при этом перистальтический насос (5) был выключен и препятствовалперемещению раствора по каналу, выполненному в форме меандра.
Растворы перемешивали вреакционной емкости потоком аргона в течение 60 секунд. После этого при помощиперистальтического насоса (5) раствор из реакционной емкости перекачивали в оптическийканал для измерения оптической плотности в режиме остановленного потока. Затем проводилипромывку коммуникаций буферным раствором и измеряли оптическую плотность «холостой»пробы.Рисунок 4. Аэрогидравлическаясхема для определения эпинефринаи цистеина: 1 – шприцевой насос;2 – многоходовой кран-переключатель; 3 – удерживающий канал;4 – мезофлюидное устройство,5 – перистальтический насос; 6 –спектрометр.С целью сравнения аналитических возможностей новой гидравлической схемы ЦИА,включающей мезофлюидное устройство, проводили определение эпинефрина с помощью8традиционной схемы ЦИА (Рисунок 5). Через многоходовой кран-переключатель (1) спомощью реверсивного перистальтического насоса (2) в реакционную емкость (3) подавали 240мкл 0,2 мМ раствора 18-МФА, 180 мкл раствора эпинефрина и 300 мкл фосфатного буферногораствора (рН= 7,0).
Растворы перемешивали в реакционной емкости потоком аргона,подаваемого при помощи перистальтического насоса в течение 60 секунд. После этого, раствориз реакционной емкости при смене направления вращения насоса, перекачивали в проточнуюкювету (длина оптического пути 50 мм) (4) спектрометра. Коммуникации системы промывалибуферным раствором и измеряли оптическую плотность «холостой пробы».Рисунок 5. Аэрогидравлическаясхема ЦИА: 1 – многоходовойкран-переключатель; 2 – реверсивный перистальтический насос; 3 – реакционная емкость; 4 –проточная кювета спектрометра.Аналитические характеристики разработанных методик представлены в таблице 1.Следует отметить, что мезофлюидное устройство ЦИА позволило практически в 20 разсократить объемы пробы и реагента по сравнению с традиционной схемой ЦИА, при этомчувствительность анализа осталась на прежнем уровне.
Пределы обнаружения (3σ) в обоихслучаях составили 0,5 µМ. Проигрыш в производительности в случае мезофлюидногоустройства ЦИА обусловлен необходимостью последовательного отбора пробы и реагентов вудерживающий канал с помощью шприцевого насоса.Таблица 1. Аналитические характеристики методик циклического инжекционногофотометрического определения эпинефрина.ХарактеристикиМезофлюидное Традиционнаяустройство ЦИАсхема ЦИАОбъем пробы, мкл10180Объем раствора 18-МФА, мкл10240Объем буферного раствора, мкл20300Суммарный расход реагентов на один анализ, мкл40720Предел обнаружения, µМ (3σ)0,50,5Диапазон определяемых концентраций, µМ1,5 – 301,5 – 30Коэффициент корреляции0,9960,994СКО (n=5), %4,95,1Производительность, проб/час1020Исследовали влияние некоторых соединений, обладающих восстановительнымисвойствами и компонентов, входящих в состав инъекционных лекарственных форм. Внаибольшей степени мешают определению эпинефрина аскорбиновая кислота, цистеин,норэпинефрин, метилдопа и сульфит-ионы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
