Металл-, металлоксидные электроды для определения глюкозы

Актуальность работы. Глюкоза является одним из наиболее распространенных компонентов живых систем. Содержание ее, например, б крови и других биологических средах отражает состояние углеводного обмена организма. Определение сахара в крови имеет важное диагностическое значение не только при распознавании сахарного диабета, но и при установлении диагноза и лечении некоторых эндокринных, нервно-психических и других заболеваний. Глюкоза является также главным компонентом питательных сред микроорганизмов и культивирования клеток теплокровных. И, наконец, глюкоза народу с другими сахарами является составным компонентом пищевых продуктов.

Применяемые в настоящее время в практике отечественных клинических лабораторий методы определения глюкозы в крови (орто-толунднновый метод) имеют существенные недостатки, среди которых основными являются неспецифичностъ и относительная трудоемкость. В шестидесятых годах в связи с развитием энзнмологни появились работы по определению глюкозы с помощью ферментов. Основным преимуществом ферментативных методов является высокая специфичность определения, обусловленная особенностями ферментативного катализа. Но несмотря на очевидные достоинства ферментных электродов они не лишены недостатков, основным из которых является нестабильность в работе как самих устройств, так и стоимость иммобилизованных ферментов.

Интенсивные исследования, проводимые в последние годы по созданию и совершенствованию различных датчиков, устанавливающих присутствие глюкозы, свидетельствуют о том, что проблема разработки новых экспрессных, точных н специфичных методов и устройств для определения глюкозы в различных объектах остается нерешенной. Поэтому поиск других альтернативных методов определения Сахаров, в том числе и глюкозы, б растворах представляет актуальную задачу.

Целью настоящего исследования явилось изучение и разработка электрохимических методов, основанных на зтринципах использования металл-, металлоксидных электродов, для определения глюкозы в различных объектах.

Б связи с этим были поставлены следующие задачи: •изучить вольтамперометрическое поведение различных металлических и металлоксидных электродов в щелочных растворах в присутствии глюкозы и некоторых других угяеводоЕ. Выявить природ}? амперометрического и потенцнометрнческого отклика электродов на содержание глюкозы и некоторых Сахаров.

•найти рабочие условия и разработать способ Больтамперометрнческого определения глюкозы в стационарном и проточно-ннжекцнонном режимах, и оценить влияние ряда сопутствующих соединений и Сахаров на результаты определения.

•исследовать прямые и косвенные способы кулонометрического определения глюкозы.

Научная новизна На основании вольтамперометрического исследования поведения металлических электродов на основе меди, медной амальгамы, серебра, золота, никеля, кобальта, свинца и некоторых металлоксидных элекгродоЕ в растворах гндроксида натрия в присутствии глюкозы и ряда других углеводов установлено, что эти электроды дают амперометрический отклик на глюкозу и некоторые другие углеводы, линейно зависящий от их концентрадии. Вольтамперометрнческий сигнал обусловлен каталитическим окислением глюкозы и других углеводов оксидами металлов в соответствующих степенях окисления в щелочных растворах. Предложены возможные схемы электродных и химических реакцийкатализирующих электрохимическое окисление.

Обнаружен потенциометрическнй отклик медного, серебряного, никелевого и кобальтового электродов, предварительно покрытых оксидными пленками, на глюкозу и другие сахара.

Практическая значимость. На основе проведенных исследований разработаны вольтамперометрические способы определения содержания глюкозы в сыворотке крови (в стационарном и проточно-ннжекционном режимах) и сахара в винах и Енноматерналах. Разработанные методики кроме хорошей воспроизводимости (Зг не более 0,04) обеспечивают высокую производительность, что позволяет существенно сократить время анализа, отличаются простотой и не требуют больших экономических затрат.

Установлено, что электроды на основе меди, серебра, никеля и кобальта, предварительно покрытые оксидными пленками, могут быть использованы как потенциометрические детекторы на глюкозу и некоторые другие углеводы.

Разработаны кулонометрнческий способ определенна кислорода в водах и полярных органических соединениях, а также косвенный кулонометрнческий метод определения глюкозы по кислород}?.

На защиту выносятся:

•Интерпретация волмамперометрического поведения различных металлических и металлоксидных электродов в щелочных растворах в присутствии глюкозы и некоторых других углеводов.

•Совокупность результатов, харжтеризующих природу амперометрнческого и потенциометрического отклика электродов на глюкозу.

•Установленные рабочие условна вольтамперометрического, потенциометрического и кулонометрического определения глюкозы и некоторых Сахаров.

•Разработанные методики определения глюкозы в сыворотке крови и сахара в винах и виномагериалах, кислорода в водах и полярных органических соединениях.

Апробация работы. Результаты работы доложены на Всероссийских конференциях по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика (Краснодар, 1996 и 1998 г.), Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 1997 г.), Международной конференции «1п1ета?юпз1 согшгезз оп апаЫка! скепизйт» (Москва, 1997 г.), на 3 республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов (Казань, 1997 г.), на научной.

Т /^Хг/К (^пРТГГТТТТ.Т Т< 'З'ЗОТГЛХ-ЛГП ТЛГ-17ТТПГ, Г^-Г-0^ТГЕТ ЛТр ТГПХГОА-Г^Г-ТГТ^Т-П I 1 007 Т I.

Рез}шьтаты опубликованы в 5 статьях н 4 тезисах.