способ количественного определения водорастворимых витаминов в1 и в2 методом вольтамперометрии на органо-модифицированных электродах
Классы МПК: | G01N27/48 использующие полярографию, те измерение изменений тока при медленных изменениях напряжения |
Автор(ы): | Мартынюк Оксана Анатольевна (RU), Слепченко Галина Борисовна (RU), Трусова Марина Евгеньевна (RU), Максимчук Ирина Олеговна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2011-10-06 публикация патента:
10.03.2013 |
Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано в фармакокинетических исследованиях, для контроля биологически активных добавок, в пищевой промышленности для определения фальсификации. В способе количественного определения водорастворимых витаминов B1 и B2 методом инверсионной вольтамперометрии указанные витамины переводят из пробы в раствор и проводят вольтамперометрическое накопление витаминов B1 и В2 в перемешиваемом растворе в течение 30-60 с при потенциале электролиза B1 - минус 0,7-0,9 В, В2 - минус 0,4-0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода на фоновом электролите B1 - 0,1 М Na2HPO4, B2 - 0,01 М HCl с последующей регистрацией анодных пиков в дифференциальном режиме съемки вольтамперограмм при скорости развертки потенциала 20÷30 мВ/с, концентрацию витаминов B1 и B 2 определяют по высоте пика в диапазоне потенциалов В1 - минус 1,2-1,4 В, В2 - минус 0,15-0,35 В методом добавок аттестованных смесей. Изобретение обеспечивает расширение диапазона определяемых концентраций и экспрессности определения витаминов B1 и B2 методом инверсионной вольтамперометрии. 1 табл., 2 пр.
Формула изобретения
Способ количественного определения водорастворимых витаминов B1 и В2, включающий перевод их из пробы в раствор и вольтамперометрическое определение с использованием индикаторного органо-модифицированного тозилатными солями арилдиазония графитового электрода, отличающийся тем, что используют дифференциальную вольтамперометрию, при этом накопление водорастворимых витаминов B1 и В2 в перемешиваемом растворе проводят в течение 30-60 с при потенциале электролиза B1 - минус 0,7-0,9 В, В2 - минус 0,4-0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода на фоновом электролите B1 - 0,1 М Na2HPO4, В2 - 0,01 М HCl с последующей регистрацией анодных пиков в дифференциальном режиме съемки вольтамперограмм при скорости развертки потенциала 20-30 мВ/с и концентрацию витаминов B1 и В2 определяют по высоте пика в диапазоне потенциалов B1 - минус 1,2-1,4 В, В2 - минус 0,15-0,35 В методом добавок аттестованных смесей.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к инверсионному вольтамперометрическому способу определения водорастворимых витаминов группы В (B1, B2 ) на органо-модифицированных электродах.
Известен способ вольтамперометрического определения водорасторимых витаминов B1 и B2 на стеклоуглеродном (B2 ) и ртутно-пленочном (B1) электродах [Анисимова Л.С.; Слипченко В.Ф.; Филичкина О.Г.; Пикула Н.П.; Городилова В.М.; Слепченко Г.Б. // Способ количественного определения витаминов B1 и B2 в пищевых продуктах. Патент РФ № 2084885 от 20.07.1997]. Недостатком при использовании ртутно-пленочных электродов в анализе является применение токсичной металлической ртути при их изготовлении. Диапазон определяемых концентраций указанных витаминов 10-1÷10 мг/кг. Метод определения был использован авторами для определения водорастворимых витаминов B1 и B2 в пищевых продуктах.
Известен способ определения водорастворимых витаминов B1 и В2 методом вольтамперометрии на графитовых электродах, модифицированных тозилатными солями арилдиазония с различными заместителями [Слепченко Г.Б., Мартынюк О.А., Постников П.С., Трусова М.Е., Фам Кам Ньюнг, Филимонов В.Д. Новые возможности вольтамперометрического определения фармацевтических препаратов на органо-модифицированных электродах // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2009. - Т.75. - № 12. - С.11-14]. Авторами показано, что модифицированные электроды с заместителями (-NH2, -СООН, -NO2 ) по сравнению с графитовыми электродами более чувствительны и селективны при определении витаминов в пищевых продуктах. Предлагаемые новые органо-модифицированные электроды не позволяют их использовать в анализе биологических жидкостей, где содержание витаминов ниже 10-3÷10-2 мг/л.
Задачей заявленного изобретения является снижение предела обнаружения водорастворимых витаминов B1, B2, а также разработка методики их определения в пищевых продуктах и биологических объектах методом вольтамперометрии на органо-модифицированных электродах.
Поставленная задача достигается, тем, что способ количественного определения водорастворимых витаминов B1 и B2 включает их перевод из пробы в раствор и вольтамперометрическое определение с использованием индикаторного органо-модифицированного электрода. При этом накопление указанных витаминов в перемешиваемом растворе проводят в течение 30-60 с при потенциале электролиза B1 - минус 0,7-0,9 В, B2 - минус 0,4-0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода на фоновом электролите B1-0,1 М Na2 HPO4, B2 - 0,01 М HCl (табл.1) с последующей регистрацией анодных пиков в дифференциальном режиме съемки вольтамперограмм при скорости развертки потенциала 20÷30 мВ/с, концентрацию водорастворимых витаминов определяют по высоте пика методом добавок аттестованных смесей.
В качестве индикаторных электродов применяли графитовый электрод (ГЭ) и органо-модифицированный электрод тозилатными солями арилдиазония без заместителя.
При помещении ГЭ в водный раствор тозилатной соли арилдиазония происходит спонтанное выделение азота и генерирование свободных радикалов Ar, ковалентно связывающихся с поверхностью графитового электрода согласно схеме:
С+4-C 6H5N2+TsO- C-С6Н5+N2+TsOH,
где С - поверхность графитового электрода.
Было изучено влияние концентрации модификатора и времени контакта графитового электрода с раствором диазониевой соли на аналитический сигнал водорасторимых витаминов B1 и B2 . Рабочей концентрацией исходной диазониевой соли для приготовления модифицированного электрода является концентрация 30 мг/дм 3, дальнейшее увеличение приводит к снижению аналитического сигнала определяемых витаминов. Время контакта подложки графитового электрода с раствором диазониевой соли в пределах 5-10 с незначительно влияет на величину аналитического сигнала, однако при увеличении времени контакта (от 15 до 30 с) наблюдается его снижение.
В результате проведенных исследований нами была выбрана рабочая концентрация тозилатной соли арилдиазония и время контакта ее с электродом (30 мг/дм3 при 5-10 с). Увеличение времени контакта и концентрации модификатора, а также электрохимическое нанесение модификатора на подложку приводит к блокировке поверхности электрода и вследствие этого уменьшение полезного сигнала определяемого соединения.
Для определения витамина B1 использовали графитовый электрод, модифицированный ртутью и тозилатной солью арилдиазония без заместителя. Хорошо воспроизводимые результаты были получены при электрохимическом накоплении ртути (II) на поверхности электрода с последующим нанесением модификатора.
Максимальное значение регистрируемого тока с использованием графитового электрода ниже по сравнению с графитовым электродом, модифицированным тозилатной солью арилдиазония без заместителя в 6-8 раз. Немаловажен факт, что процесс приготовления электродов исключает использование токсичной металлической ртути.
Полученные электроды сохраняют свою стабильность в работе в течение 3-4 суток и устойчивы при хранении в бидистиллированной воде. По истечении срока службы электродов возможна их повторная модификация, как описано выше, после снятия слоя модификатора с поверхности электрода путем зачистки ее фильтровальной бумагой.
Массовую долю водорастворимых витаминов B1 и В 2 в пробе вычисляют в мг/100 г по формуле
где X1 - содержание данного компонента в анализируемой пробе, мг/100 г;
С д - концентрация аттестованной смеси /АС/ витамина, из которой делается добавка к анализируемой пробе, мг/см3 ;
Vд - объем добавки АС витамина, см 3;
J1 - величина максимального тока компонента в анализируемой пробе, А;
J 2 - величина максимального тока компонента в пробе с добавкой АС, А;
Vал - объем аликвоты пробы, взятой для анализа, см3;
Vк - объем анализируемого раствора после гидролиза, см3 ;
mпр. - масса анализируемого вещества, г.
Установленные условия проведения электродного процесса позволили количественно определять водорастворимые витамины B1, B3 на основе реакции электроокисления и электровосстановления на органо-модифицированных электродах. Предлагаемый вольтамперометрический способ позволил существенно улучшить метрологические характеристики анализа данных витаминов. Диапазон определяемых концентраций 1,2*10-4÷2,0*10 2 мг/л.
Измерения проводили на компьютеризованных вольтамперометрических анализаторах СТА (ООО «ИТМ», г.Томск).
Установленные условия анализа в предлагаемом способе впервые позволили экспрессно (за 60-90 минут) количественно определять витамины B1, B2 в пищевых продуктах на уровне 10-2÷102 в присутствии пигментов, в окрашенных средах без предварительного отделения других водорастворимых витаминов РР, аскорбиновой, фолиевой, никотиновой, лимонной кислот, триптофана, мочевины, цистина, цистеина, ионов PO3 4-, Cl-, F-, Br- , S2-, SO2 4-, Zn2+, Cu2+, Cd 2+, Fe2+, Fe3+ и др. Исследовано, что вольтамперометрическому определению водорастворимых витаминов B1, B2 на уровне 10-4÷10 -2 в крови и сыворотке крови не мешают растворенные жиры, углеводы, соли, микроэлементы, гормоны и др. в соотношении 1:10.
Пример 1. Определение содержания витамина B1 в пищевых продуктах (овощи и фрукты) на уровне (10-2 ÷102) мг/кг.
Навеску пробы массой 50 г переносят в мерную колбу вместимостью 250 см3 , добавляют 50 см3 бидистиллированной воды, 2.0 см 3 соляной кислоты концентрации 7 моль/дм3, нагревают на кипящей водяной бане в течение 30 минут. Затем охлаждают до комнатной температуры и добавляют 1 г марганца хлорида 4-водного, центрифугируют в течение 15 мин. Центрифугат сливают в колбу и добавляют 3-4 г хлорида калия, осадок отфильтровывают через бумажный фильтр. Полученный фильтрат является подготовленной пробой для выполнения вольтамперометрических измерений. Для измерений берут аликвоту 1,0 см3.
Электронакопление и регистрацию аналитического сигнала проводят при указанных условиях (табл.1). Пик витамина B1 фиксируют в диапазоне - (1,2÷1,4)В на органо-модифицированном электроде при чувствительности прибора (1÷5)10-8 А/мм в дифференциальном режиме съемки вольтамперограмм. Массовую концентрацию витамина B 1 в пробе оценивают методом добавок аттестованных смесей, измеряя высоту пиков. Время анализа одной пробы с учетом времени пробоподготовки занимает около 60-90 минут.
Пример 2. Определение содержание витамина B2 в биологических жидкостях (кровь и сыворотка крови).
В колбу вместимостью 50 мл вносят 1 мл крови или сыворотки крови и 5 мл 96%-ного этилового спирта. Затем приливают к содержимому колбы 0,2 мл концентрированной соляной кислоты и нагревают на плитке до 70-80°C в течение 5 минут. Затем содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры и фильтруют через двойной бумажный фильтр. Полученный фильтрат является подготовленной пробой для вольтамперометрического измерения пробы. Для измерений берут аликвоту объемом 1-2 мл и вносят в кварцевый стаканчик с фоновым электролитом.
Пик витамина B2 фиксируют в диапазоне - (0,15÷0,35)В на органомодифицированном электроде при чувствительности прибора (1÷5)10-8 А/мм в дифференциальном режиме съемки вольтамперограмм. Массовую концентрацию витамина B2 в пробе оценивают методом добавок аттестованных смесей, измеряя высоту пиков. Время анализа одной пробы с учетом времени пробоподготовки занимает около 10-20 минут.
Таким образом, впервые установлена способность количественного химического анализа водорастворимых витаминов B1, B2 по пикам окисления (B 2) и восстановления (B1) на графитовом электроде, модифицированном тозилатными солями арилдиазония без заместителя (в прототипе количественное определение указанных витаминов проводят на модифицированном электроде тозилатными солями арилдиазония с заместителями (-NH2, -COOH, -NO2)).
Анализ характеристик количественного химического определения водорастворимых витаминов B1, B2 по предлагаемому способу свидетельствуют о чувствительности определения (диапазон измеряемых концентраций значительно шире, чем описанный в прототипе). Условия, используемые в прототипе, не позволяют контролировать большие концентрации витаминов B 1, B2.
Предложенный способ прост, не требует большого количества реактивов и трудозатрат и может быть приемлем в любой химической лаборатории, имеющей полярограф, особенно в настоящее время, когда налажен выпуск отечественной и зарубежной электроаппаратуры с контрольным управлением и обработкой данных (анализаторы типа СТА, ТА и др.). Предложенный способ может быть использован в фармакокинетических и фармацевтических исследованиях, для разработки методик анализа водорастворимых витаминов группы В в сложных многокомпонентных биосистемах (кровь, моча). Благодаря широкому диапазону определяемых концентраций данный способ определения водорастворимых витаминов группы В позволяет применять его для широкого числа объектов: как для пищевых продуктов, где его содержание 10-2÷10 2 мг/кг, так и для биологических объектов, где его определение проводится на уровне 10-4÷10-2 мг/л.
Табл.1 | |||
Вольтамперометрические условия определения витаминов B1 и В2 | |||
Витамин | Потенциал накопления, В | Фоновый электролит | Потенциал пика, В |
B1 | -(0,7÷0,9) | 0,1 M Na2 HPO4 | -(1,2÷1,4) |
B2 | -(0,4÷0,6) | 0,01 M HCl | -(0,15÷0,35) |
Класс G01N27/48 использующие полярографию, те измерение изменений тока при медленных изменениях напряжения