ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2012, том 67, № 6, с. 564-572
ОБЗОРЫ
УДК 535.37; 543.4
ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА
© 2012 г. Ю. Б. Цаплев
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук 119334 Москва, ул. Косыгина, 4 Поступила в редакцию 23.12.2010 г., после доработки 13.04.2011 г.
Представлен обзор литературы по методикам хемилюминесцентного определения пероксида водорода.
Ключевые слова: пероксид водорода, хемилюминесценция.
Пероксид водорода является продуктом разнообразных химических, фотохимических, фотобиохимических, механохимических и радиохимических реакций. Задача его определения встает перед физиком, химиком, биологом, медиком, экологом, криминалистом. Цель данного краткого обзора — дать ориентиры в многообразии методик хемилюминесцентного определения Н202, которые нужны и при постановке исследовательской задачи, и при выборе реагентов.
Методики хемилюминесцентного определения Н202 основаны либо на каталитическом разложении Н202 с образованием активных форм кислорода, взаимодействующих с хемилюмино-фором, либо на непосредственном взаимодействии хемилюминофора с Н202. В первом случае в состав реагента входит катализатор, а во втором его присутствие факультативно, поэтому основной классификационный признак — это используемый в методике хемилюминофор.
Эффективных хемилюминофоров, т.е. хеми-люминофоров, имеющих выход хемилюминес-ценции более одного кванта света на 100 прореагировавших молекул, немного. Обычно в этот список входят люминол, люцигенин, эфиры ак-ридиния и оксалата — все они были использованы при хемилюминесцентном детектировании Н202 (структурные формулы хемилюминофоров показаны на рисунке).
В сводной таблице представлены характеристики методик хемилюминесцентного определения Н202, которые были разработаны в период с середины XX века по настоящее время [1—45].
В таблице указаны пределы обнаружения по концентрации (ПО°) и по массе (ПО1^ перокси-да водорода. Ответ на вопрос, что является более важной характеристикой методики: ПОс или ПОм — определяется аналитической задачей. Для задач, в которых требуется определить концен-
трацию Н202, а объем пробы, отбираемой за время анализа, не является лимитирующим, например, при определении Н202 в дождевой воде, в воде рек и океанов, ПОм играет лишь второстепенную роль. Однако существует большое число задач, в которых объем пробы, отбираемой за время анализа, критически ограничен. В этих случаях аналит трудно обнаружить не потому, что мала его концентрация, а потому, что его просто мало. Особо следует отметить ситуацию, которая складывается при разработке проточно-инжекционных микромеханических устройств для анализа (ц-систем, или лабораторий на чипе). Эти устройства предназначены для работы с пробами объемом порядка микролитра, и за счет этого они характеризуются низким ПОм, хотя концентрация аналита высока.
Высокочувствительная регистрация хемилю-минесценции перестала быть трудно решаемой проблемой сравнительно недавно. В одной из первых методик хемилюминесцентного определения Н202 ПОс составлял около 10-5 М [2], и это было следствием не просчетов в химико-аналитической части методики, а следствием фотографического способа регистрации хемилюминесцен-ции. Результаты остальных работ, представленных в таблице, получены при использовании фотоэлектрической регистрации.
В таблице также указан диапазон линейности, и необходимо отметить, что в большинстве случаев линейность имеет отношение только к градуи-ровочному графику. Так, например, если градуи-ровочный график в двойных логарифмических координатах имеет вид прямой линии с наклоном, отличным от 1, то он характеризуется авторами работ как линейная зависимость.
В большинстве работ, представленных в таблице, ПО определен по уровню 3«ф, где «ф — стандартное отклонение контрольного опыта. Однако в некоторых работах, например в [11], авторы не
О
КН
кн
КН2 О
Люминол
СН3
I 3
N
© N
Сиз
2^3
С1
ТСРО
О
КН КН
О ФГ
СН3
I 3
к.
СН3
O3SCF
з
С=О
I
О
С=О
I
О
Люцигенин
С1
С1 О О С1
А1
Н О
Эфиры акридиния
А2
СООЯ ЯООС R = (СН2СН2О)3СН3
ЯО ОЯ
м
ОО
Эфиры оксалата
М
ОО TDPO
О—( V" КО2
^О О-К I
^ М ^
ОО
ODI
ОН
С1
О^ ^О
СООН
г
С1
СН3
Флуоресцеин
DTMC
Структурные формулы хемилюминофоров, используемых для хемилюминесцентного определения Н2О2.
определяли ПО; в этом случае, указан диапазон, где, возможно, находится ПО.
Самая первая методика хемилюминесцентного определения Н2О2 была разработана в 1955 г. В качестве хемилюминофора в ней использовали гидразид фталевой кислоты (ФГ) [1]. ФГ во много раз менее эффективный хемилюминофор, чем люминол, что было, конечно, известно авторам методики. Выбор в пользу ФГ был сделан на том основании, что сильнощелочной раствор ФГ, в отличие от люминола, не имеет фонового свечения в отсутствие Н2О2.
Тем не менее, наибольшее число методик определения Н2О2 основано на использовании
люминола как хемилюминофора и различных катализаторов [2—29]. В качестве катализатора были использованы: пероксидаза, миропероксидаза, ге-мин, соли и комплексы ионов металлов Со(11), Си(11), Си(111), N1(11), Мп(11), Ре(Ш), Сг(Ш). Сравнительный обзор этих методик частично дан в работах [26, 46]. Достоинства и недостатки использования Си(11), Со(11), N1(11), 82О2- и [Fe(CN)6]3-для определения Н2О2 экспериментально исследованы в работе [4]. Изучен механизм каталитического действия ионов Со(11) в реакции между лю-минолом и Н2О2 [47].
Среди этой группы находится методика с самым низким на сегодняшний день ПОС — 4 х 10-11 М
Характеристики хемилюминесцентных методик определения пероксида водорода
Состав реагента Хемилю-минофор Катализатор, соокис-литель Способ смешивания ПОс, М Диапазон линейности, М Объем пробы, мкл пом, моль Литература
ФГ 12.5 мМ, №ОН 20 мМ, Си804 12 мкМ ФГ Си(П) в пробирке Ю-7 2000 2 х Ю-10 [1]
Люминол 1 мМ, №ОН 20 мМ, Си804 0.6 мМ люминол Си(П) тот же 1.5 х Ю-5 200 3 х Ю-9 [2]
Люминол 4.6 мкМ, №ОН 4.6 мМ, СиС12 0.46 мМ тот же Си(П) тот же 3 х Ю-8 5 х Ю-8—1.5 х Ю-5 2000 6 х Ю"11 [3]
люминол 0.2 мМ, Н3В03-К0Н буфер рН 10.5; Г2: К3[Рг(СМ)6] 10 мМ; Р3: проба тот же [Ге(СМ)6]3- нсп 7 х Ю-9 ю-8-ю-5 [4]
Г^ Н20; £ проба; Р2: люминол 0.24 мМ, №ОН рН 12.8; Р3: Си(П) 15 мкМ, №ОН рН 12.8 тот же Си(П) пи-ш 3 х Ю-8 3 х 10~8-3 х Ю-5 1000 3 х 10"11 [5]
люминол 0.9 мМ, №0Н-Н3В03 буфер рН 10.5; Р2: К3[Рг(СМ)6] 10 мМ; Р3: проба тот же [Ге(СМ)6]3- нсп 1 х Ю-7 [6]
Люминол 0.125 мМ, К3[Рг(СМ)6] 0.25 мМ, Ш13 • НгО 0.2 М рН 9.5 тот же [Ге(СМ)6]3- в пробирке 2 х Ю-5 ю-5-ю-2 50 ю-9 [7]
Н20; £ проба; Р2: люминол 0.1 мМ, ц-пероксидаза 30 мкМ, №2С03 буфер рН 10 тот же ц-перокси- даза ПИ-П-1 3 х Ю-9 3 х Ю-9-Ю-5 200 6 х Ю-13 [8]
Люминол 0.1 мкМ, №ОН 69 мМ, гемин 69 мкМ тот же гемин в пробирке 7 х Ю-8 2 х Ю-7—1.5 х Ю-6 50 3.5 х Ю-12 [9, Ю]
За 6—7 с до ввода пробы смешивают (люминол 4 мкМ, №ОН 60 мкМ) и (КМп04 60 мкМ, №ОН 0.5 мМ) тот же Мп04 тот же Ю-11—Ю-10 400 4 х Ю-14 [П]
Рх: люминол 30 мкМ, буфер; £ проба; Р2: Со(П) 0.5 мМ, №2С03-НС1 буфер рН 10.8 тот же Со(П) ПИ-П-1 5 х Ю-9 5 х 10~9—5 х Ю-7 100 5 х Ю-13 [12]
Люминол 67 мкМ, Тт-На буфер 33 мМ рН 8.4, пе-роксидаза НЯР 1.24 Рд/мл люминол пероксидаза в пробирке 1.8 х 10"7 нелин. 3000 5.4 х Ю-10 [13]
Люминол 67 мкМ, Рт-НС1 буфер 33 мМ рН 8.4, и-кумаровая кислота 0.67 мкМ, пероксидаза НИР 1.24 Рд/мл тот же тот же тот же 8 х Ю-8 нелин. 3000 2.4 х Ю"11 [13]
люминол 0.1 мМ; Р2: КЮ43 мМ, №0Н-№2С03 буфер рН 13, ЭДРА 1 мМ; {: проба тот же ю4 ПИ-П-2 3 х Ю-8 2 х 10~7—6 х10~4 30 9 х Ю-13 [14]
Р проба; £ люминол 0.65 мМ, №2С03 -НС1 буфер рН 10.15, Со(П) 60 мкМ тот же Со(П) ПП-1 4 х Ю~10 <ю-7 >2500 ю-12 [15]
сл сл
к
Н К л
и о
О
к<
X
к £ К К
£
И
и
Продолжение
К н к
Л
и о
О К< X К
К К
£
Состав реагента Хемилю-минофор Катализатор, соокислитель Способ смешивания пос, м Диапазон линейности, М Объем пробы, мкл пом, моль Литература
Люминол/Со(П)/ в щелочной среде/ПАВ ПАВ — додецилсульфат натрия тот же Со(П) ПИ с ОС 5 х Ю-10 ю-9-ю-7 100 5 х Ю-14 [16]
Бх: Н20; £ проба, ЭДТА 10"4 М; Р2: люминол 10 мкМ, буфер 10.9; Р3: Сг(Ш) 10 мг/л тот же Сг(Ш) ПИ-Ш 4 х Ю-8 4 х Ю-8-Ю-5 400 1.6 х 10"11 [17]
Н20; £ проба; Б2: люминол 0.56 мМ, буфер рН 9.2 тот же иммобил. пероксидаза ПИ-П-1 2 х Ю-7 нелин. 50 ю-11 [18]
Р люминол 10 мкМ; £ проба; катализатор на катио-нообменной смоле [СН2(ОН)СН2]ЧН2]2Со-Во\уех 50W-X4 тот же комплекс кобальта на смоле ПП-1 1 х Ю-7 2 х Ю-7—2 х Ю-5 90 9 х Ю-12 [19]
Р^: Н20; £ проба; Б2: люминол 30 мкМ, ЭДТА 60 мкМ, №2НР04-№0Н буфер рН 10.6; Р3: комплекс Мп(П) 6 мкМ тот же фталоциани-новый комплекс Мп(П) ПИ-Ш 6.8 х Ю-9 4 х Ю-8—2 х Ю-5 150 ю-12 [20]
Р люминол 0.1 мМ, карбонатный буфер рН 9.0; £ проба тот же иммобил. пероксидаза ц-система 1 х Ю-9 5 х Ю-9—5 х Ю-6 0.2 2 х Ю-16 [21]
Н20; £ проба; Б2: люминол 30 мкМ, Со(П) 0.5 мМ, Ш2С03 -НС1 буфер рН 9.8 тот же Со(П) ПИ-П-1 ю-8 20 2 х Ю-13 [22]
Люминол/Со(П)/ щелочная среда тот же Со(П) ц-система 4.7 х Ю-9 20 ю-13 [23]
Люминол 60 мкМ, СоС12 10 мкМ, №2С03 буфер рН 10.2 тот же Со(П) в пробирке <кг9 2 2 х Ю-15 [24]
Люминол 0.1 мкМ, гемин 69 мкМ, №ОН рН 12.8 тот же гемин тот же 2 х Ю-8 2 х Ю-8 —6 х Ю-6 200 4 х Ю-12 [25]
Люминол 0.1 мМ, ц-пероксидаза 3 мкМ, №2В407-№2С03 буфер тот же ц-пероксидаза тот же 5 х Ю-9 2 х Ю-8 —6 х Ю-6 175 9 х Ю-13 [25]
Р^: Н20; £ проба; Б2: люминол 10 мкМ, Со(П) 10 мкМ, №2С03 буфер рН 10.5 тот же Со(П) ПИ-П-1 ю-9 Ю-8 - 2 х Ю-7 120 1.2 х Ю-13 [26]
люминол 40 мкМ, №2С03 буфер рН 10.3; £ проба; ¥2: Со(П) 2 мкМ тот же Со(П) ПИ-П-1 ю-8 10~7— 2 х Ю-6 50 5 х Ю-13 [27]
Рх: люминол 0.1 мкМ, КОН 1 мМ; Р2: проба; £ К5[Си(НЮ6)2] 0.1 мМ люминол К5[Си(НЮ6)2] ПИ-П-2 4 х 10"11 Ю-10—Ю-8 25000 ю-12 [28, 29]
Флуоресцеин 0.66 мМ, пероксидаза 50 нМ, МОР8-№ОН буфер рН 7.0 флуоресцеин пероксидаза в пробирке 4 х Ю-8 4 х Ю-8-Ю-6 500 2 х 10"11 [30]
Люцигенин 1 мМ, №ОН 10 мМ, ПАВ Вгу-35 38 мМ люцигенин тот же 3 х Ю-7 3 х Ю-7-Ю-3 200 6 х 10"11 [31]
проба; £ А1; Р2: №ОН А1 ПИ-П-1 2.5 х Ю-7 [32]
А2 1-10 мкМ; Н3В03-№0Н буфер рН 10-12 А2 в пробирке 5 х Ю-9 5 х 10~9-6 х Ю-5 800 4 х
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.