ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 70, № 2, с. 156-160
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ =
УДК 543.062
ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ АНТИОКСИДАНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСОВ МЕТАЛЛОВ © 2015 г. А. В. Иванова1, Е. Л. Герасимова, И. А. Кравец, А. И. Матерн
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, Химико-технологический институт 620002 Екатеринбург, ул. Мира, 19 1Е-таИ: a.v.ivanova@urfu.ru Поступила в редакцию 30.10.2013 г., после доработки 17.01.2014 г.
Предложен новый подход для определения антиоксидантов с использованием в качестве модели окислителя окисленной формы металла в составе комплексного соединения. Разработан способ количественного определения антиоксидантов в водной среде с 5Г 0.02—0.04.
Ключевые слова: антиоксиданты, потенциометрия, комплексы металлов.
DOI: 10.7868/S0044450215020061
В настоящее время много внимания уделяется исследованиям антиоксидантных свойств различных объектов — индивидуальных антиоксидантов (АО), пищевых продуктов, биологических сред, лекарственных препаратов и др. В связи с этим создание доступных и информативных методов исследования антиоксидантной активности — весьма актуальная задача.
На сегодняшний день существует большое число методов и подходов к определению антиоксидантной активности, но отсутствие унифицированного метода анализа, позволяющего корректно учесть все процессы, происходящие с антиоксидан-тами в исследуемой среде и проводить исследования в различных матрицах (биологические среды, продукты питания, медицинские препараты и субстанции), затрудняет получение необходимой информации и ее интерпретацию [1]. Вследствие сложности задачи и широкого круга объектов, которые целесообразно анализировать в различных средах, на настоящий момент разработано много методов оценки общей антиоксидантной активности со спектрофотометрической, флуоримет-рической и электрохимической регистрацией аналитического сигнала [2—4].
Наиболее часто и широко для оценки интегральной антиоксидантной активности применяют оптические методы: метод абсорбционной емкости по отношению к кислородным радикалам (ОЯАС), метод определения антиоксидантной емкости в эквивалентах тролокса (ТЕАС), желе-зовосстанавливающей/антиоксидантной способ-
ности (FRAP) и др. [2—5]. Во всех перечисленных выше методах используют цветные реакции и спектральную регистрацию для получения аналитического сигнала. Существенными недостатками таких методов являются сложность анализа мутных и окрашенных образцов, необходимость применения дорогих и специфических реактивов.
Поскольку процессы окисления-восстановления сопровождаются переносом электронов, их целесообразно изучать с использованием электрохимических методов анализа. Электрохимические методы обладают такими преимуществами, как простота, экпрессность, доступность, что делает перспективным их применение для определения антиоксидантов. Электрохимическими методами исследуют как индивидуальные антиоксиданты, так и интегральную антиоксидантную активность. Используют вольтамперометрические, кулономет-рические и потенциометрические методы [4, 6, 7]. Разработаны способы оценки антиоксидантных свойств, основанные на результатах кулонометри-ческого титрования электрогенерированными титрантами, а также предложен метод катодной вольтамперометрии с использованием процесса электровосстановления кислорода.
Достаточно простым и информативным является потенциометрический метод с медиаторной системой, который адаптирован к анализу широкого круга объектов [7, 8]. Медиатором служит система K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]. Показаны преимущества выбранной медиаторной системы, приведено большое количество результатов изучения
как индивидуальных АО, так и различных реальных объектов [9]. Однако данную медиаторную систему сложно использовать в апротонных средах и в смешанных растворителях, так как гекса-цианоферраты калия хорошо растворимы только в воде и пригодны для определения гидрофильных антиоксидантов. Информация о липофиль-ной составляющей антиоксидантной системы необходима для оценки интегральной антиоксидантной активности (АОА). В связи с этим поиск новых универсальных окислительных моделей для потенциометрического исследования антиоксидантной активности, позволяющих изучать как гидрофильные, так и липофильные АО, весьма актуален. Использование одновременно двух форм медиаторной системы существенно усложняет выбор ее компонентов, которые необходимо варьировать в зависимости от круга анализируемых соединений, в частности, в апротонных средах для анализа липофильных антиоксидантов. Это связано с тем, что подобрать доступные реагенты, образующие устойчивые как окисленную, так и восстановленную формы достаточно сложно, кроме того, разные формы одного соединения могут различаться по растворимости в апротон-ных средах.
В настоящей работе для получения потенцио-метрического отклика предложено использовать окисленную форму металла в составе комплексного соединения. Таким образом существенно облегчается поиск оптимальной окислительной модели для исследования антиоксидантов и выбора реагентов в зависимости от природы, растворимости и величины потенциала. Тем самым расширяется круг используемых реагентов и исследуемых объектов и упрощается анализ.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Аппаратура. Использовали рН-метр Эксперт-рН (ООО "Эконикс-эксперт", Москва) с функцией измерения ЭДС и интерфейсом RS-232. Измерения проводили с помощью редоксметрического платинового электрода ЭПВ-1 и хлоридсеребряно-го электрода ЭВЛ-1М (Ag/AgCl/3 М раствор KCl) (Гомельский ЗИП, Гомель, Беларусь).
Вольтамперометрические измерения проводили c помощью потенциостата/гальваностата ^AUTOLAB Type III (Metrohm Autolab, Голландия). Рабочим электродом служил стеклоуглеродный (Metrohm, Голландия), электродом сравнения — хлоридсеребряный (Metrohm, Голландия), вспомогательным — стеклоуглеродный стержень (Metrohm, Голландия).
Реактивы и объекты исследования. Использовали FeCl3, FeCl2 аналитической категории (Sigma, США); KSCN, ЭДТА, K3[Fe(CN6)] (Реахим, Россия) квалификацияи х. ч.; аскорбиновую кис-
лоту, мочевую кислоту, L-цистеин гидрохлорид, L-глутатион восстановленный аналитической категории (Пика, Германия). Комплекс Бе^СМ)3 получали смешиванием БеС13 и ^СМ в соотношении 1 : 3, а комплекс Ре(Ш)—ЭДТА получали смешиванием БеС13 и ЭДТА в соотношении 1 : 1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В качестве модели окислителя для потенцио-метрического определения антиоксидантной активности использовали окисленную форму металла в составе комплексного соединения. Потенциал измеряли после прохождения химической реакции между антиоксидантами исследуемого образца и используемым реагентом и последующей добавки реагента или образца. Изменение потенциала при этом происходит в результате протекания химической реакции в растворе:
яМе0^ + АО = «МеКе^ + АО0х,
где Ме0х^ — окисленная форма металла в составе комплексного соединения, МеКе^ — восстановленная форма металла в составе комплексного соединения, АО — антиоксидант, АО0х — продукт окисления антиоксиданта.
За счет избытка окислителя в системе после прохождения химической реакции с антиокси-дантами равновесие между окисленной формой металла в комплексном соединении и образовавшейся восстановленной формой комплекса металла устанавливается быстро. Предложены два способа выполнения измерений.
Способ I заключается в том, что определение АОА проводят по двукратной добавке анализируемого образца. После введения в раствор образца, содержащего антиоксиданты, потенциал системы можно выразить уравнением:
E = Eи + b lg-
(1)
x
где Е1 — потенциал, измеренный после введения первой добавки исследуемого образца, В; с0х — концентрация комплексного соединения, содержащего окисленную форму металла, М; х — концентрация антиоксидантов в исследуемом образце, М-экв.
После введения второй добавки, равной Их, потенциал можно выразить следующим уравнением:
E2 = E0 + b lg С'
Ox
- hx
hx
(2)
где Е2 — потенциал, измеренный после введения второй добавки исследуемого образца, В; И — отношение общего объема добавленного образца к объему первой добавки.
158
ИВАНОВА и др.
510 500 490
В
S 480 ^ 470 460 450 440
250 240 230
PQ 220
S
210 200 190 180 170
(а)
где а = 10
E - E2)nF/RT2.303
, АОА — антиоксидантная
п
0
20 40
60 (б)
80 100 120 t, с
bq
E2
0
100
200
300
400
t, с
1
Рис. 1. Зависимость потенциала от времени при добавлении: (а) — к 0.001 М Ре^СК)з двух добавок аскорбиновой кислоты (с = 0.0002 М-экв); (б) — к 0.0005 М Ре^СК)з аскорбиновой кислоты (с = = 0.0002 М-экв) и последующей добавке 0.001 М
15 10 5 0 -5 10 15 20 25
AOA =
Cox(h - а)
h(1 -а) '
(3)
активность, М-экв.
Способ II применяют, если объем исследуемого объекта ограничен, т.е. вводят одну добавку анализируемого вещества и затем добавку того же реагента. При введении АО в раствор потенциал также можно выразить уравнением (1). После прохождения химической реакции между окисленной формой металла в комплексе и антиокси-дантами при добавлении реагента
E2 = E0 + b lg C
Ox
■ X + c,
Ox
(4)
где Е2 — потенциал, измеренный после введения
добавки реагента, В; с'Ох — концентрация комплексного соединения, содержащего окисленную форму металла во второй добавке, М.
Антиоксидантную активность в этом случае рассчитывают по формуле:
AOA =
_ Cox(1 - а) ■
■ а с.
Ox
(1 -а)
(5)
,(Ej - E2)nF/RT2.303
0.2 0 0.2 0.4 0.6
E, В
Рис. 2. Циклические вольтамперограммы, зарегистрированные на стеклоуглеродном электроде в присутствии 2 мМ Fe(SCN)3 (1), 2 мМ K3[Fe(CN)6] (2) и 2 мМ Fe(III)-EDTA (3). Фон 0.1 М KCl, скорость развертки 0.05 В/с.
Антиоксидантную активность в этом случае рассчитывают по формуле:
где а = 10(
Для подтверждения корректности предложенного подхода провели измерения для модельной реакции между K3[Fe(CN)6] и аскорбиновой кислотой как водорастворимым антиоксидантом [9]. На рис. 1а, 1б приведены зависимости потенциала в растворе при добавлении к K3[Fe(CN)6] аскорбиновой кислоты по способам I и II.
По способам I и II в растворе, содержащем 2 х х 10-4 М-экв аскорбиновой к
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.