ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 543.253:541.128.13
СЕЛЕКТИВНОЕ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ И ПРОТОЧНО-ИНЖЕКЦИОННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГУАНИНА И АДЕНИНА НА СТЕКЛОУГЛЕРОДНОМ ЭЛЕКТРОДЕ, МОДИФИЦИРОВАННОМ ПЛЕНКОЙ ИЗ ГЕКСАХЛОРОПЛАТИНАТА РУТЕНИЯ © 2014 г. Л. Г. Шайдарова1, А. В. Гедмина, Э. Р. Жалдак, И. А. Челнокова, Г. К. Будников
Казанский федеральный университет, Химический институт им. А.М. Бутлерова 420008 Казань, ул. Кремлевская, 18 1E-mail: LarisaShaidarova@mail.ru Поступила в редакцию 19.07.2013 г., после доработки 25.12.2013 г.
Неорганическая пленка из гексахлороплатината рутения (RuPtClg), осажденная на поверхности стеклоуглеродного электрода, проявляет электрокаталитическую активность при окислении пури-новых оснований — гуанина и аденина. Найдены рабочие условия получения полимерной пленки на поверхности стеклоуглерода и регистрации максимального электрокаталитического эффекта на модифицированном электроде. Разработан способ селективного вольтамперометрического определения гуанина и аденина при совместном присутствии на электроде, модифицированном пленкой RuPtClg. Предложен способ амперометрического детектирования пуриновых оснований на этом модифицированном электроде в условиях проточно-инжекционного анализа. Зависимость аналитического сигнала от концентрации гуанина и аденина линейна до 5 х 10-6 и 5 х 10-7 М в стационарном режиме и до 5 х 10-7 и 5 х 10-8 M в проточных условиях соответственно. Предложенный способ апробирован при анализе ДНК тимуса теленка на содержание гуанина и аденина.
Ключевые слова: химически модифицированные электроды, неорганические полимерные пленки, гексахлороплатинат рутения, гуанин, аденин, электрокатализ, электроанализ, проточно-инжекци-онный анализ.
Б01: 10.7868/$004445021408009Х
Гуанин и аденин относятся к классу пуриновых оснований и являются структурными фрагментами дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот, играя важную роль в сохранении генетической информации и в биосинтезе белков. Определение концентраций гуанина и аденина в ДНК необходимо при исследовании нуклеиновых кислот. Отклонения от нормального соотношения содержаний этих оснований в структуре ДНК приводят к мутации иммунной системы и могут служить индикатором различных заболеваний. Уровень концентраций гуанина и аденина в ДНК рассматривают как важный параметр при диагностике и терапевтическом лечении различных заболеваний [1, 2].
Для определения пуриновых оснований применяют хроматографию [3, 4], электрофорез с электрохимическим детектированием [5], спектроскопические [6] и хемилюменисцентные методы [7] и изотопную масс-спектрометрию [8]. Для этих методов характерна высокая чувстви-
тельность и селективность определения. Однако длительность анализа, высокая стоимость и сложность аппаратуры, а также высокие требования к квалификации операторов стимулируют поиск альтернативных методов. По сравнению с перечисленными, электрохимические методы отличаются высокой чувствительностью, экспресс-ностью, простотой эксперимента, низкой стоимостью приборов и, как следствие, анализа в целом [9—11]. Прямое окисление гуанина и аденина на немодифицированных электродах протекает необратимо и с перенапряжением, что связано с медленным переносом электрона и приводит к низкой селективности и чувствительности их вольтамперометрического определения [12, 13]. Использование химически модифицированных электродов (ХМЭ), функционирующих на основе принципов электрокатализа, позволяет устранить эти недостатки [14, 15]. В качестве модификаторов ХМЭ для вольтам-перометрического определения гуанина и адени-на используют Р-циклодекстрин [12, 16], вклю-
ченный в углеродные нанотрубки, различные аллотропные модификации углерода [16—18], такие как графен, фуллерен, а также пленки из гексаци-анометаллатов (ГЦМ) [19, 20].
Среди ГЦМ-пленок свойства берлинской лазури и ее аналогов наиболее хорошо изучены. К недостаткам таких пленок можно отнести невысокую электрокаталитическую активность, что ограничивает их применение в электроанализе. В связи с этим поиск и разработка ХМЭ на основе неорганических проводящих полимерных пленок, проявляющих свойства как переносчиков электронов, так и катализаторов, является перспективным направлением электроаналитической химии. Платина и ее различные комплексы хорошо известны своей высокой каталитической активностью. Координационные соединения платины легко образуют смешанновалентные одномерные проводящие неорганические полимеры, которые можно нанести на поверхность электрода [21—23], поэтому они являются привлекательными модифицирующими электродными материалами.
В настоящей статье рассмотрена возможность вольтамперометрического определения гуанина и аденина на электроде из стеклоуглерода (СУ), модифицированном пленкой из гексахлоропла-тината рутения, в стационарных условиях и ампе-рометрического детектирования в условиях про-точно-инжекционноно анализа (ПИА).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Циклические вольтамперограммы регистрировали с помощью вольтамперографа Экотест-ВА (ООО "Эконикс-Эксперт", Россия) с трех-электродной ячейкой. В качестве индикаторного электрода применяли электрод из СУ с рабочей поверхностью 0.1 см2, а также СУ с электрооса-жденной пленкой гексахлороплатината рутения. Электродом сравнения служил хлоридсеребрянный электрод, вспомогательным — платиновая проволока. Циклические вольтамперограммы (ЦВА) регистрировали при скорости наложения потенциала (V) 20 мВ/с. Для изучения природы предельного тока и некоторых кинетических параметров окисления гуанина и аденина на ХМЭ использовали зависимости тока и потенциала окисления гуанина и аденина от скорости наложения потенциала, варьируя ее в диапазоне от 10 до 100 мВ/с. Поверхностную концентрацию катализатора (Г) на СУ определяли по площади катодного пика при Еп = +0.05 В на ЦВА ХМЭ при низкой скорости наложения потенциала V = 10 мВ/с [24]. Перед модификацией электрод из СУ шлифовали фильтровальной бумагой и калькой, промывали биди-стиллятом и активировали многократным сканированием потенциала в 0.5 М Н^04.
Пленку ЯиР1С16 получали из 0.01 М раствора Н^04, содержащего 1 мМ ЯиС13 и 1 мМ Н2Р1С16 (ч, АЫйсИ). Электроосаждение неорганических полимерных пленок проводили методом потен-циодинамического электролиза.
В качестве субстратов использовали пуриновые основания — гуанин и аденин. Стандартные растворы гуанина или аденина с концентрацией 5 х 10-3 М готовили растворением их точных навесок. Растворы с меньшими концентрациями готовили последовательным разбавлением исходного стандартного раствора. Фоновым электролитом служил ацетатный буферный раствор с рН 4.01. Величину рН контролировали рН-метром типа рН-150.
Измерения в условиях ПИА проводили на установке, включающей перистальтический насос, инжектор, проточную электрохимическую ячейку и регистрирующее устройство [25]. Подачу и слив растворов осуществляли по проточным коммуникациям, изготовленным из силиконовых трубок внутренним диаметром 2.0 мм. Инжекцию осуществляли микрошприцем через уплотнитель-ную мембрану.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Осаждение полимерной пленки из гексахлоро-платината рутения на поверхности стеклоугле-родного электрода. Электрохимическое осаждение неорганической полимерной пленки из гексахлороплатината рутения на поверхности СУ проводили методом потенциодинамическо-го электролиза. На рис. 1а показаны ЦВА, регистрируемые на электроде из СУ на фоне 0.01 М Н^04, содержащей 1 х 10-3 М ЯиС13 и 1 х 10-3 М Н2Р1С16, при потенциалах от —0.70 до +1.30 В со скоростью наложения потенциала 100 мВ/с. Как видно из рис. 1а, с каждым последующим циклическим изменением потенциала от —0.70 до +1.30 В пики на анодной ветви ЦВА растут и смещаются в анодную область, что связано с осаждением большего количества модификатора и ростом толщины пленки, формирующейся на поверхности СУ. Вольт-амперные характеристики ХМЭ зависят от интервала циклического изменения потенциала при потенциодинамическом электролизе. При сканировании потенциала только от 0.7 до 0.0 В или от 0.0 до —0.8 В формирование пленки ЯиРЮ^ не происходит, возможно, из-за необходимости присутствия для формирования пленки редокс-пар Р14+/Р12+ и Яи3+/Яи2+. Можно предположить следующий механизм образования пленки: при циклическом изменении потенциала в анодной области поверхность СУ заряжается
положительно и притягивает анионы Р1С1^-, образующие двойной электрический слой. При сканировании потенциала в катодную область находящиеся во внешней зоне двойного электриче-
ского слоя ионы РЮ6 восстанавливаются до
РЮ [26—28], образуя при этом второй мостико-вый слой между восстановленными ионами
РЮ и ионами РЮ;6- из первого слоя. В то же время, диффундирующие из раствора ионы Яи3+ восстанавливаются до Яи2+ и внедряются как противоионы в мостиковый слой отрицательно заряженных платиновых комплексов. При обратном сканировании потенциала в анодную область
восстановленные ионы Р1С1окисляются до
РЮ;6-, образуя при этом третий слой, связанный
мостиком со вторым. В то же время ионы Яи2+, присутствующие в пленке, окисляются до Яи3+, при этом часть ионов Яи3+ остается в пленке, а другая часть ионов Яи3+ освобождается из пленки и диффундирует в раствор. При многократном циклическом изменении потенциала в выбранной области наблюдается постепенный рост одномерно структурированной пленки на поверхности электрода. Эти одномерные цепи представляют собой смешанновалентный платиновый комплекс, состоящий из чередующихся планар-ных ё8Р1п и октаэдрических ё6Р11У комплексных форм [26].
Яи
3+
С1 /СГ
\ т\/ Восстановление
-С1—Рг-С1 --
С1 ЧС1
Яи
2+
Яи
2+
2-
-1 г
С1 /С1
■С1—Рг^—С1"'
с/ 4
С1
\--If
С1
С1
/
С1 С1
„ 3 +
Яипленка + е
Я 3 +
Яираствор + е
Яи
6+
Яи;
6+
Окисление
2
Яи
3+
Яи
3+
Яи
3+
2-
I-1 I-
С1^ /С1 СЦ
—С1—Р^—С1....... _ _
С1^ ЧС1 С1^ ХС1 С1^ ХС1
I_I I_I I_I
/С1 СЦ -Рг11—-С1-
/С1 -Р^-С!-
Яип+енка + е
Яи
3+
Яи
3+
раствор
пленка
Механизм образования смешанновалентной неорганической полимерной пленки гексахлоро-платината рутения можно представить следующим образом:
Яи3+ + е ^ Яи2+,
РгС1б- + 2е: Р1С14- + 2Яи2+ + Р1С16- -
-
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.