Moderní elektrochemické metody

BEST Servis, Ústí nad Labem
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i., Praha
Katedra analytické chemie, UNESCO Laboratoř elektrochemie životního
prostředí, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova v Praze
Moderní elektrochemické metody
Květen 2009
ISBN 978-80-254-3997-5
1
Tato publikace je určena pro účastníky konference a členy pořádajících organizací.
Za obsah veškerých textů nesou plnou zodpovědnost autoři. Publikace neprošla odbornou ani
jazykovou úpravou. Zveřejněné informace mohou být dále použity za předpokladu úplného
citování původního zdroje. Přetiskování, kopírování či převádění této publikace do jakékoliv
tištěné či elektronické formy a její prodej je možný pouze na základě písemného souhlasu
vydavatele. (Bona fide vědečtí pracovníci si mohou pořídit jednotlivé xerox kopie).
2
Elektrochemická a chemická redukce guaninu a 8-azaguaninu
Libuše Trnková a, Kamila Neplechová a, Zdenka Balcarová a, Luděk Havran b, Miroslav Fojta b
Ústav chemie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Universita, Kotlářská 2, 611 37 Brno
[email protected]
Biofyzikální ústav AVČR, v.v.i., Královopolská 135, 612 65 Brno
Úvod
Pochopení redukce nebo oxidace bází nukleových kyselin v různých prostředích může
pomoci objasnit mechanismus procesů DNA spojených s přenosem elektronů, včetně jejího
poškození. Je známo, že ve vícestupňovém transportu náboje v DNA je hlavním aktérem
guanin (G) jako nukleobáze s nejnižší hodnotou oxidačního potenciálu1. Jak je tomu v případě
8-azaguaninu (8-azaG) se snaží naznačit naše práce.
O
O
N
HN
NH
2
N
N
HN
NH
NH 2
N
N
NH
8-azaG
G
8-azaguanin (2-amino-6-oxo-8-azapurin) je syntetický analog guaninu a má široké uplatnění
v moderní biologii, biochemii a medicíně. Snadno se inkorporuje do DNA, čímž zasahuje do
metabolismu buněk. Má cytostatické účinky. V oblasti molekulární biologie se využívá
analog GTP 8-azaguanosin-5’-trifosfát (8-azaGTP), který slouží ke sledování
genových mutací. Fluorescenční vlastnosti 8-azaG jsou často využívány ke studiu ionizačních
stavů aktivních míst RNA enzymů. Proto zkoumání přenosu elektronu v roztoku i na nabitém
fázovém rozhraní je u G a jeho analogů stále aktuální a dalšímu výzkumu v této oblasti
prospěšné.
Elektrochemická redukce G a 8-azaG byla zkoumána na rtuťové elektrodě v prostředí
fosfátového-acetátového pufru pomocí cyklické a eliminační voltametrie. Chemická redukce
byla studována v roztoku s tetrahydridoboritanem sodným (NaBH4) pomocí UV-Vis spekter.
Je známo, že elektrochemická redukce guaninu v sobě zahrnuje komplexní proces v závislosti
na katalytické redukci protonu. Redukce probíhá na imidazolovém kruhu fixací 2 elektronů a
jednoho nebo dvou protonů. Elektroredukce guaninu (G) na rtuťové kapkové elektrodě
probíhá při velmi negativních potenciálech (v závislosti na pH a složení roztoku) zápornějších
než –1.6 V. Jeho redukční signál není běžnými elektrochemickými metodami detekovatelný
z důvodu redukčních procesů vodíku, vody nebo komponent základního elektrolytu2-4.
S použitím potenciostatické makroelektrolýzy společně s analýzou pomocí NMR spekter bylo
prokázáno, že redukčním produktem je 7,8-dihydrogenguanin3. Mikroelektrolýza na rtuťové
kapce detekovaná rychlou rychlostí polarizace ukázala, že redukční produkt G může být
v závislosti na experimentálních podmínkách oxidován zpět na původní G. Odezvou je
anodický signál kolem potenciálu -0.2 V (vs. Ag/AgCl/KCl), který má značné analytické
využití, jelikož poloha N7 imidazolového kruhu reprezentuje klíčové vazebné místo
antitumorových agens, kovů a mutagenních látek. Proto je anodický pík G často považován za
indikátor (a) změn struktury oligo- a polynukleotidů, (b) jejich interakcí s komponenty v
roztoku a (c) různých typů kovalentních aduktů5-7. Náš výzkum ukázal, že vylučování vodíku
(hydrogen evolution reaction - HER) v redoxním procesu guaninu hraje podstatnou roli.
3
Navíc je situace komplikována katalytickým vylučováním vodíku v přítomnosti
neredukované i redukované nukleobáze. K vysvětlení úzké souvislosti HER s redukčním
procesem G může pomoci eliminační voltametrie (EVLS - Elimination Voltammetry with
Linear Scan)8-12 s využitím přímé a zpětné, neboli reverzní, polarizace elektrody. Z hlediska
aplikace EVLS na voltametrické signály jsou pro studium redukčních i oxidačních procesů
nejčastěji používány dvě eliminační funkce eliminující kinetickou složku proudu I k a
zachovávající složku difúzní I d , přičemž kapacitní složka I c je buď zkreslena (E1) nebo také
eliminována (E4). Potom tyto EVLS funkce mají tvar: E1. : f ( I ) = − 3.4142 I 1 2 + 3.4142 I a
E4. : f ( I ) = −11.657 I 1 2 + 17.485 I − 5.8284 I 2 , kde f ( I ) je označení pro eliminační funkci,
I 1 2 a I 2 jsou celkové voltametrické proudy měřené při poloviční nebo dvojnásobné
rychlosti polarizace než je rychlost polarizace pro referenční proud I .
Materiály a metody
Použité chemikálie G, 8-azaG, NaBH4, Na2SO3, stejně jako složky FA pufru byly zakoupeny
od Sigma Aldrich Chemical Corp. USA s čistotou p.a. nebo ACS. Všechny roztoky byly
připravovány v třikrát destilované vodě z křemenné aparatury. Voltametrické křivky byly
zaznamenány na elektrochemickém analyzátoru AUTOLAB 20 (EcoChemie, Utrecht,
Holandsko) ve spojení se stojanem VA-Stand 663 (Metrohm, Švýcarsko). V
použitém tříelektrodovém zapojení byla pracovní elektroda rtuťová visící kapka (HMDE),
pomocná elektroda platinový drátek a referenční elektroda Ag/AgCl/3M KCl. Rychlosti
polarizace 0,625 až 5 V/s byly registrovány s potenciálovým krokem 2 nebo 5 mV.
Elektrochemické experimenty byly prováděny při laboratorní teplotě. Výpočty pro EVLS
byly provedeny v Excelu (Microsoft, USA). Absorpční UV spektra byla měřena na Unicam
UV/Vis spektrofotometru UV4 (Cambridge, UK) v 0.5 cm kyvetě. pH bylo měřeno pHmetrem CyberScan PC 5500 (Eutech Instruments, Nijkerk, Netherlands) pomocí elektrody
Single pore glass. Roztoky ve spektrálním experimentu byly po dobu 20 minut probublávány
dusíkem a uchovávány v ledové lázni před každým záznamem spektra.
Výsledky a diskuse
Elektrochemická redukce G, která vede ke vzniku 7,8–dihydrogenguaninu, je spřažena
s procesem vylučování vodíku. Reakce není doprovázena destrukcí skeletu purinové baze a ke
zpětné oxidaci na původní molekulu G může dojít kromě elektrodového procesu i vlivem
vzdušného kyslíku. Totéž bylo zjištěno v případě jeho derivátu 8-azaG, jehož redukční
produkt je oxidován zpět na původní bázi při pozitivnějším potenciálu, než je tomu u G (Obr.
1). Nejvyšší odezva anodického píku G i 8-azaG byla potvrzena při aplikaci zpětné polarizace
rtuťové elektrody, kdy potenciálový bod obratu odpovídal počátečnímu potenciálu normální
polarizace. Byla sledována závislost výšky a polohy píku na pH a na rychlosti polarizace
elektrody. Na základě průběhu jednotlivých eliminačních funkcí, zejména E1 a E4, byl
diskutován mechanismus celkového redoxního procesu G a 8-azaG a jejich provázanost
s redukcí vodíku. Průběh chemické redukce G a 8-azaG pomocí NaBH4 ve vodném prostředí
byl sledován pomocí absorpčních spekter. Vzhledem k tomu, že při laboratorní teplotě je
průběh reakce velmi rychlý, vzorky probublané dusíkem se udržovaly v ledové lázni.
Tetrahydridoboritan sodný (NaBH4) slouží jako redukční činidlo a použití Na2SO3 bylo
zamýšleno k zabránění zpětné oxidace redukčního produktu během měření spekter.
V průběhu reakce vzniká v absorpčním spektru nové maximum kolem 315 nm (Obr.2).
4
1.50
8-azaG
I (uA)
0.50
G
-0.50
1.50
I (uA)
-1.50
8-azaG
1.10
0.70
G
0.30
-2.50
-0.10
-0.50
-350
-3.50
-1800
-1300
-250
-150
-800
-50
-300
E (mV)
50
E (mV)
200
Obr. 1. Cyklický voltamogram G a 8-azaG (5.10-4M) v FA pufru pH 6,0. Rychlost polarizace
2,5 V/s, potenciálový krok 10 mV. Zpětná polarizace elektrody (od -1,75 V do +0,1 V vs
Ag/AgCl/3M KCl ).
0.50
G+NaBH4+Na2SO3
A
0.40
0.30
0.20
G+NaBH4
0 min
5 min
10 min
12 min
0.10
15 min
17.5 min
20 min
25 min
0.00
220
240
260
280
300
320
λ (nm)
340
Obr. 2. Absorpční UV spektra G s tetrahydridoboritanem sodným ve fosfátovém pufru pH 7,1
a s Na2SO3 při teplotě 5o C v inertní atmosféře (N2). Kontrola: G ve fosfátovém pufru
s NaBH4 bez přídavku Na2SO3. G + redukční směs: G s NaBH4 s přídavkem Na2SO3.
5
Z obrázku je patrný vznik, nárůst i pokles absorpčního maxima okolo 315 nm v časovém
intervalu 0 – 25 min.
Již podle dřívějších publikací jsme testovali toto maximum jako produkt redukce purinového
skeletu. S tímto předpokladem byly zkoumány další deriváty včetně samotného purinu,
pyrimidinu a imidazolu. U všech studovaných derivátů byl pozorován vznik absorpčního pásu
okolo 315 nm, který byl časově omezený i při nízké teplotě. Na základě tohoto jevu jsme
přistoupili k podrobnému studiu spektrálního chování jednotlivých složek reakční směsi a
zjistili jsme, že za toto nově vzniklé absorpční maximum je zodpovědná souhra všech
použitých složek redukčního prostředí.
Závěr
Cílem práce bylo porovnání chemické a elektrochemické redukce G a jeho derivátů. Výsledky
byly prezentovány na příkladu G a 8-azaG. Za elektrochemickou redukci u obou sledovaných
purinů je zodpovědný redukční proces protonů za vývoje vodíku. V obou případech
elektrochemická redukce za vzniku 7,8-dihydrogenderivátu není doprovázena destrukcí
skeletu purinové báze a k jeho oxidaci může dojít i vlivem vzdušného kyslíku. Abychom
zabránili vlivu kyslíku na tuto zpětnou oxidaci při experimentu chemické redukce NaBH4,
navrhli jsme přidat do redukční směsi siřičitan. Bylo zjištěno, že absorpční pás okolo 315 nm,
v minulosti označován jako absorpční maximum redukčního produktu, byl: (a) ovlivněn
přítomností siřičitanu a fosfátového pufru, (b) závislý na poměru složek roztoku a (c) časově
omezený i při nízké teplotě.
Poděkování
Práce byla finančně podporována projekty: INCHEMBIOL (MSM 0021622412), BIO-ANALMED (LC06035) od MŠMT ČR.
Literatura
1. Bixon M., Jortner J.: Chemical Physics 326, 252 (2006).
2. Palecek E., Jelen F., Trnkova L.: General Physiology and Biophysics 5, 315 (1986).
3. Studnickova M., Trnkova L., Zetek J., Glatz, Z.: Bioelectrochem. and Bioenerg. 21, 83
(1989).
4. Trnkova L., Studnickova M., Palecek E.: Bioelectrochem. and Bioenerg. 7, 643 (1980).
5. Palecek E., Talanta 56, 807 (2002).
6. Palecek E., Fojta M., F. Jelen, V. Vetterl: The Encyclopedia of Electrochemistry , A.J.
Bard, M. Stratsmann (Editors), p. 365, Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
7. Palecek E., Jelen F.: Perspectives in Bioanalysis. Vol. 1: Electrochemistry of Nucleic Acids
and Proteins. Towards Electrochemical Sensors for Genomics and Proteomics, p. 74, E.
Palecek, F. Scheller, J. Wang (Editors), Elsevier, New York, 2005.
8. Dracka O.: J. Electroanal. Chem. 402, 19 (1996).
9. Trnkova L.: Chem. Listy 95, 518 (2001).
10. Trnkova L.: J. Electroanal Chem 582, 258 (2005).
11. Trnkova L.: in K.R. Adam V. (Editor), Utilizing of Bio-Electrochemical and
Mathematical Methods in Biological Research, p. 51 Research Signpost, Kerala, India,
2007.
6
Možnosti implementace eliminační voltametrie do elektrochemických analyzátorů
Peter Barath a,b, Kateřina Klosová c, Libuše Trnková c
a
Ústav elektrotechnologie FEKT VUT v Brně, Údolní 53, 602 00 Brno
b
Ústav anorganické chemie AV ČR, v. v. i., 250 68 Řež
c
Ústav chemie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Universita, Kotlářská 2, 611 37 Brno.
Email:[email protected]
Úvod
Potenciálem kontrolované elektrochemické metody poskytují celkový proud, který lze
vyjádřit jako sumu dílčích proudů. Některé dílčí proudy lze eliminovat běžnými
voltametrickými metodami, jako jsou např. pulzní techniky, které snižují kapacitní složku
proudu na zanedbatelnou hodnotu. Eliminační metody, navržené a matematicky zpracované,
experimentálně ověřené a rozvíjené, nám umožňují eliminovat nejen kapacitní proudy, ale i
jiné vybrané proudy. Podstata eliminace dílčích proudů spočívá v matematické transformaci
celkového proudu na proudovou eliminační funkci, která jedny proudy zachová, druhé
eliminuje. Zpočátku byla navržena eliminační polarografie (EP), jejíž eliminační procedura
spočívá na rozdílných časových závislostech dílčích polarografických proudů. Později byla
navržena eliminační voltametrie (EVLS – Elimination Voltammetry with Linear Scan),
využívající rozdílných závislostí voltmetrických proudů na rychlosti polarizace. Oproti EP
EVLS pracuje na jednodušším základě, nepoužívá časových integrálů a derivací, je rychlejší a
lze ji aplikovat i na pevné elektrody 1-5. Bylo zjištěno, že EVLS: a) dává možnost získat
dodatečné informace o probíhajících procesech na povrchu elektrody, zejména porovnáním
různých eliminačních funkcí, b) poskytuje informaci o nejpomalejším (řídícím) kroku
v daném elektrodovém ději, c) umožňuje v případě difúzně řízeného procesu výpočet
koeficientu přenosu náboje, b) prostřednictvím eliminace kinetických proudů odkrývá procesy
skryté za procesem (např. vylučování vodíku), c) upozorňuje na systém vzájemně se
ovlivňujících procesů (katalýza, provázanost, synergie) elektrodových procesů, d) rychle
odhalí elektrodový proces v adsorbovaném stavu zkoumaného analytu, e) odráží drsnost
elektrodových povrchů, f) zvyšuje citlivost voltametrických metod (LSV, CV) a g) snižuje
detekční limit, zejména v případě adsorbující se částice, která v EVLS poskytuje speciální
signál (pík-protipík) a tak může do značné míry pomoci bez opravy na základní proudovou
línii (baseline correction) může být užitečná pro citlivé analytické stanovení anorganických i
organických látek.
EVLS jako matematická transformace celkového voltametrického proudu na tzv. eliminační
funkci, pomocí které lze eliminovat dílčí proudy z naměřených proudo-napěťových křivek.
Tato transformace je založena na dvou předpokladech. Prvním předpokladem je, že se
celkový voltmetrický proud I skládá z dílčích (partikulárních) proudů a je roven jejich
součtu:
n
I = ∑ I j = I d + I c + I k + .......
(1)
j =1
kde Id značí difúzní proud, Ic kapacitní (nabíjecí) proud a Ik kinetický proud.
Druhým předpokladem je, že eliminovaný proud lze vyjádřit jako součin dvou na sobě
nezávislých funkcí – funkce rychlosti polarizace Wj(ν) a funkce potenciálu Yj(E):
neboli
(2)
I j = Y j ( E ) ⋅ W j (ν )
I j = Y j ( E ) ⋅ν x
konkrétně pro jednotlivé dílčí proudy (difúzní, kapacitní, kinetický):
I d = Yd ( E ) ⋅ν 1 / 2
I c = Yc ( E ) ⋅ν 1
I k = Yk ( E ) ⋅ν 0
(3)
Pro studium redukčních i oxidačních procesů je nejvíce používaná EVLS funkce eliminující
kinetickou složku proudu I k a zachovávající složku difúzní I d , přičemž kapacitní složka I c
je buď zkreslena (E1) nebo také eliminována (E4). Potom v případě volby násobku 2:
7
E1. Eliminace I k se zachováním I d ( I c zkreslen):
E4. Eliminace
kde
Ik a
f ( I ) = − 3.4142 I 1 2 + 3.4142 I
I c se zachováním I d : f ( I ) = − 11.657 I 1 2 + 17.485 I − 5.8284 I 2 ,
f ( I ) je označení pro eliminační funkci, I 1 2 a I 2 jsou celkové voltametrické proudy
měřené při poloviční nebo dvojnásobné rychlosti polarizace než je měřen referenční proud I .
V poslední době se naše úsilí zaměřuje na možnost implementace eliminační procedury do
elektrochemických analyzátorů. Pokud to prostřednictvím softwarového balíku GPES pro
elektrochemické analyzátory EcoChemie nebylo možné, předpokládáme, že v případě
softwaru NOVA to bude reálné. Jako representativní experiment byl zvolen redukční proces
vodíku na parafinem impregnované grafitové elektrodě (PIGE).
Materiály a metody
Použité chemikálie byly zakoupeny od Sigma Aldrich Chemical Corp. USA a byly čistoty p.a.
Všechny roztoky byly připravovány v deionizované vodě. Voltametrické křivky byly
registrovány na elektrochemickém analyzátoru AUTOLAB 302N (EcoChemie, Utrecht,
Holandsko) ve spojení se stojanem VA-Stand 663 (Metrohm, Švýcarsko). V
použitém tříelektrodovém zapojení byla pracovní elektroda rtuťová visící kapka (HMDE)
nebo PIGE ( pomocná elektroda platinový drátek a referenční elektroda Ag/AgCl/3M KCl.
NOVA je nový softwarový balíček firmy EcoChemie určený pro všechny elektrochemické
analyzátory Autolab s USB rozhraním 6. Je rozdílná od ostatních voltametrických
softwarových balíků. Přináší pro daný potenciostat/galvanostat více flexibility, která spočívá
v možnosti sestavení procedur, které na sebe mohou navazovat, mohou se opakovat
s volitelným inkrementem, mohou být různě obměňovány tak, aby procedura byla časově
méně náročná a byla jednodušší v obsluze. Procedury mohou být použity jako templáty.
Vhodným prostředkem jsou i opakované smyčky pro vzájemné napojení parametrů, pak volba
inkrementů v různých parametrech, předdefinování souboru dat k rutinní analýze. Jinými
slovy můžeme vytvořit velmi dynamickou proceduru, kdy některé parametry se mění během
elektrochemického experimentu. Pro představu nastavení LSV parametrů pomocí nového
softwarového balíčku NOVA je ukázán Obr. 1.
Obr.1. Nastavení dynamické procedury pomocí softwaru NOVA 1.4.
8
Výsledky a diskuse
Pro testování softwaru NOVA jsme si vybrali experiment redukce kadmia na rtuťové a
grafitové elektrodě v 0.1M KCl. Další obrázek ilustruje analýzu LSV dat v 3D prostoru pro
0.1M KCl.
Obr. 2. Zpracování dat pomocí softwaru NOVA 1.4. LSV křivka (horní obrázek) a Nyquist
graf (dolní obrázek) pro 0.1M KCl na PIGE.
9
Předpokládáme, že implementace EVLS do nového softwarového balíčku NOVA bude
součástí Data presentation – Analysis. Každý algoritmus programu obsahuje několik kroků,
které jsou pojmenovány nejprve pomocí diagramu a pak implementovány pomocí
programového jazyku (práce softwarového inženýra EcoChemie). I algoritmus EVLS může
spočívat v posloupnosti dílčích kroků. Prvním krokem může být výběr rychlostí polarizace,
druhým krokem výběr typu eliminace, rozhodující o tom, který dílčí proud bude zachován a
který eliminován. Podle obou výběrů nastává třetí krok – výpočet koeficientů v lineární
kombinaci celkových voltametrických proudů naměřených při různých rychlostech polarizace
(libovolné), při nichž musíme označit stupeň vyhlazení. Teprve hlazené voltametrické křivky
budou zpracovávány do tvaru žádané eliminační funkce. Další krok odpovídá zobrazení
eliminační funkce v závislosti na potenciálu. Podle průběhů jednotlivých EVLS funkcí
můžeme usuzovat na adsorbovanou částici (pík-protipík), elektrodové procesy řízené difúzí,
kinetikou a adsorpcí, na předřazenou chemickou reakci a na procesy silně ovlivněné i
povrchem elektrody. Doposud byly všechny výše popsané dílčí kroky prováděny
s voltametrickými daty pomocí Excelu nebo pomocí maker v Excelu.
Závěr
V práci byla diskutována implementace eliminační voltametrie (EVLS) jako matematické
úpravy voltametrických dat do elektrochemických analyzátorů. Doposud používaný
excelovský soubor (makra) počítá najednou všech šest EVLS funkcí a též sestrojuje grafy
těchto funkcí. Naším cílem je zavést EVLS jako součást softwaru NOVA, který je nejen
aktuálním produktem firmy EcoChemie s novým rozhraním a s novou variabilitou, ale i
s možností vlastní úpravy analýzy dat v podobě dalších matematických funkcí.
Poděkování
Práce byla finančně podporována projekty od MŠMT ČR: BIO-ANAL-MED (LC06035) a
výzkumné záměry MSM 0021622412 (INCHEMBIOL) a MSM 0021630516.
Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Dračka O.: J. Electroanal. Chem. 402, 19 (1996).
Trnková L., Dračka O.: J. Electroanal. Chem. 413, 123 (1996).
Trnková L.: Chemické Listy 95, 518 (2001).
Trnkova L.: J. Electroanal Chem 582, 258 (2005).
Trnková L.: Application of Elimination Voltammetry with Linear Scan in
Bioelectrochemistry, in Utilizing of Bio-Electrochemical and Mathematical Methods in
Biological Research (Eds.: Adam V., Kizek R.), p. 51. Research Signpost, Kerala, India,
2007.
http://www.ecochemie.nl/?pag=69&PHPSESSID=4d086fbfa8a937751367ad0d1e02dd7d
10
Izotachoforetické stanovení biogenních aminokyselin
Martin Bartoš, Dana Hloušková a Blanka Hyhlíková
Katedra analytické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice,
Nám. Čs. legií 565, 532 10 Pardubice, E-mail: [email protected]
Izotachoforeticky lze stanovit pouze takové látky, které mají dostatečnou pohyblivost v
elektrickém poli (mobilitu) a to v roztocích o nepříliš vysokém či nízkém pH. Funkční
skupiny aminokyselin jsou sice ve vodných roztocích ionizovány, ale celá molekula je téměř
elektroneutrální a její mobilita je příliš nízká. Z biogenních aminokyselin tvoří výjimku pouze
kyseliny asparagová a glutamová, nesoucí dvě karboxylové skupiny, a bazické aminokyseliny
histidin, lysin a arginin (obr. 1), které lze izotachoforeticky stanovit přímo 1,2.
Převahu záporného náboje lze zajistit zablokováním nebo zrušením aminoskupiny. K tomu se
nabízí dvě reakce, které jsou již desítky let využívané při stanovení sumy aminokyselin.
Především jde o reakci primárního aminu s formaldehydem (skupina -NH3+ přejde na
-N=CH2), která je podstatou alkalimetrické tzv. formolové titrace 3 a byla použita i pro
izotachoforetické stanovení aminokyselin 4. Druhou možností je reakce s kyselinou dusitou,
při které vzniká z aminokyseliny příslušná hydroxykyselina a uvolňuje se plynný dusík:
HOOC-CHR-NH2 + HNO2 =
HOOC-CHR-OH + N2 + H2O
Na této reakci je založena van Slykeova metoda stanovení primárních alifatických aminů 5.
V izotachoforéze dosud nebyla, pokud známo, použita.
Celé stanovení lze rozdělit na dvě až tři základní části: převedení (konverzi) aminokyseliny na
hydroxykyselinu, snížení obsahu nežádoucích iontů v roztoku (prodlužují analýzu a snižují
separační kapacitu systému) a vlastní izotachoforetickou separaci.
Rychlost a účinnost konverze jsou ovlivňovány řadou podmínek, především vlastnostmi
konkrétní aminokyseliny, teplotou a intenzitou míchání, koncentrací dusitanu a koncentrací a
charakterem kyseliny použité k převedení dusitanu na kyselinu dusitou. Ukázalo se, že reakce
probíhá rychleji za zvýšené teploty a intenzivního míchání. Zatímco s rostoucí koncentrací
dusitanu roste i účinnost konverze, v případě kyseliny je závislost složitější - s rostoucí
koncentrací silné kyseliny (H2SO4) po počátečním nárůstu signálu následuje jeho pokles,
zatímco při okyselení slabou kyselinou (octovou, valerovou) lze dosáhnout téměř 100%
konverze. K okyselení reakční směsi lze použít i slabě kyselý katex - výhodou je nižší
koncentrace nežádoucích iontů ve směsi. Silně kyselý katex poskytl podobné výsledky jako
silná kyselina, není proto vhodný pro konverzi aminokyseliny na hydroxykyselinu, ale lze jej
použít k částečnému převedení dusitanu na dusičnan, což příznivě ovlivňuje separační
kapacitu při nižších hodnotách pH vedoucího elektrolytu.
K izotachoforetické separaci lze použít i poměrně kyselý systém: vedoucí elektrolyt: HCl +
β-alanin, pH 3,6; koncový elektrolyt: kyselina octová případně valerová.
Nejlépe probíhá konverze u alifatifatických aminokyselin (glycin, alanin, valin, leucin,
izoleucin) za vzniku příslušné hydroxykyseliny. Leucin nelze odlišit od izoleucinu. Výrazné
zóny poskytují hydroxyaminokyseliny serin a threonin, dále fenylalanin, glutamin, asparagin
a kyseliny glutamová a asparagová. Tyrosin a sirné aminokyseliny (cystein, methionin) dávají
složitější signál. Bazické aminokyseliny lysin a histidin je vhodnější analyzovat za pomoci
téměř neutrálního vedoucího elektrolytu, arginin neposkytuje žádný signál. Prolin při reakci s
11
dusitanem neuvolňuje dusík, při separaci dává dvě zóny. Tryptofan povařením s dusitanem
dává sraženinu.
Metoda byla použita ke stanovení alifatických aminokyselin v potravinových doplňcích.
0
2
4
6
8
10
12
14
Glycin
Alanin
Valin
Leucin
Isoleucin
Serin
Threonin
Tyrosin
Fenylalanin
Cystein
Methionin
Asparagin
Glutamin
Asparagová
Glutamová
Prolin
Tryptofan
Histidin
Lysin
Arginin
Obr. 1. Vliv pH na převažující formu biogenních aminokyselin. Svislé čárkování - kladný
iont, vodorovné čárkování - záporný iont, bez výplně - neutrální molekula (svislá čára
uprostřed - izoelektrický bod). Rozhraní mezi oblastmi odpovídají pKA funkčních skupin
(použity konstanty z 6).
Poděkování
Práce vznikla za finanční podpory Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České
Republiky projektu MSM0021627502 a Výzkumného centra LC06035.
Literatura
1. Tesková K.: Diplomová práce. Univerzita Pardubice, Pardubice 2001.
2. Trnková L.: Diplomová práce. Univerzita Pardubice, Pardubice 2005.
3. Davídek J. a kol.: Laboratorní příručka analýzy potravin. SNTL. Praha 1977.
4. Everaerts F.M., van den Put J.M.: J. Chromatogr. 52, 415 (1970).
5. Jureček M.: Organická analysa II. Nakladatelství Československé akademie věd. Praha
1957.
6. Kortlý S., Šůcha L.: Chemické rovnováhy v analytické chemii. SNTL. Praha 1988.
12
Stanovení perorálních antidiabetik pomocí HPLC s elektrochemickou detekcí
Zdenka Bartošová, David Jirovský, Vítězslav Maier a Jana Skopalová
Katedra analytické chemie, Univerzita Palackého, Tř. Svobody 8, Olomouc 771 46
Diabetes mellitus 2. typu je závažné onemocnění, jež v poslední době postihuje stále více lidí
– hovoří se dokonce o epidemii. Tuto metabolickou poruchu doprovází snížená schopnost
tvorby inzulinu spojená s rezistencí cílových buněk na tento hormon. Terapeutická léčba se
snaží tyto defekty potlačit a často k tomuto účelu využívá perorální antidiabetika. K vývoji
nových, účinnějších léčiv či jejich kombinací a inovací je věnováno nemalé úsilí, a společně
se snižujícími se dávkami efektivnějších perorálních antidiabetik rostou požadavky na
dostatečně citlivé analytické metody, které by byly schopné tyto látky sledovat na
terapeutických hladinách v tělních tekutinách.
Vysokoúčinná kapalinová chromatografie ve spojení s elektrochemickou detekcí
(HPLC/ECD) představuje velmi efektivní analytický nástroj k řešení této problematiky.
Jednou z hlavních předností HPLC/ECD je její vysoká selektivita. Díky ní se značně snižují
požadavky na procesy spojené s předběžnými úpravami vzorku, při kterých může docházet ke
ztrátám či dokonce rozkladu analytu.
Je prezentována jednoduchá, rychlá a vysoce citlivá HPLC metoda s coulometrickou detekcí
ke stanovení vybraných elektroaktivních perorálních antidiabetik v krevní plazmě, vhodná k
farmakokinetickým studiím či terapeutickému monitoringu těchto léčiv u pacientů trpících
diabetes mellitus 2. typu.
Poděkování
Autoři děkují za finanční podporu práce výzkumnému záměru MSM 6198959216.
13
Electrochemical Characterization of Water Soluble Fullerenes
Jana Bulíčková, Miroslav Gál, Magdaléna Hromadová and Lubomír Pospíšil
Academy of Sciences of the Czech Republic J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry of
ASCR, v.v.i., Dolejškova 3, 182 23 Prague 8, Czech Republic,
E-mail: [email protected]
Fullerene (C60) is a highly hydrophobic compound and it is considered to be insoluble in
water. Different approaches were described for preparing aqueous solutions of C60. One of the
possibilities is to create an inclusion complex of the C60 inside a cavity of gammacyclodextrin (γCD). Recently, we have shown that such complexes are capable of the
electrochemical conversion of N2 to ammonium ions 1.
Several attempts have been made to dissolve C60 in aqueous medium directly without the need
of inclusion chemistry or chemical modification of the C60 moiety. One possibility is to use an
ultrasonic treatment of a two-phase mixture of water and toluene containing C60. Total
evaporation of toluene from the mixture results in a brownish-yellow aqueous solution
containing C60 2.
The state of C60 in aqueous solutions is still being discussed. Some authors speculate about
the modification of fullerene core by variable number of OH groups leading to the formation
of fullerenols. The measurements of Raman spectra of our aqueous solution containing C60
suggest that the symmetry of C60 in water remains unchanged and further attempts to
characterize „water soluble C60“ are being made.
The most suitable techniques for the electrochemical characterization of the aqueous solution
of C60 is the low-frequency phase-sensitive AC polarography and the steady-state
voltammetry. The redox potential of fullerene in water is not known so far and our
measurements could fill this gap.
The estimation of the formal redox potential of free C60/C60.- couple will be compared in
different solvents. This enables further application of the electrochemical methods for study
of the host-guest interactions with cyclodextrins.
Acknowledgement
A Grant Agency of the Academy of Sciences of the Czech Republic (IAA400400505 and
KJB400400603) and the Ministry of Education (LC510 and COST OC140) are greatly
acknowledgement for financial support.
Reference
1.
Pospíšil L., Bulíčková J., Hromadová M., Gál M., Civiš S., Cihelka J., Tarábek J.: Chem
Commun (Camb). , 2270, (2007).
2.
Andrievsky G.V., Kosevich M.V., Vovk O.M., Shelkovsky V.S., Vashchenko L.A., J.
Chem. Soc., Chem.Commun. (Camb)., 12, 1281, (1995).
14
Crystallic Silver Amalgam Electrode
Ales Danhel a, Bogdan Yosypchuk b and Jiri Barek a
a
Charles University in Prague, Faculty of Science, UNESCO Laboratory of Environmental
Electrochemistry, Hlavova 8, CZ-12843 Prague 2, Czech Republic
E-mail: [email protected]
b
J. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry AV CR, v.v.i.,
Dolejskova 3, CZ-182 23 Praha 8, Czech Republic
The preparation and possibilities of electrochemical behavior and application of the crystallic
silver amalgam electrode are briefly discussed in this work.
The crystallic silver amalgam can be prepared by stepwise addition of silver nitrate solution
into deionized water containing metallic mercury drop. The silver amalgam crystals growing
on the mercury surface (Fig. A) have variable composition (AgxHgy, 50-75 % of Hg) such as
already found in silver amalgam minerals 1. A thin silver wire stucked in to a mercury drop
provides more and better shaped needle crystals 2. Amalgam must be cleaned from nitrate
salts of mercury (colorless crystals of mercury(I) nitrate dihydrate (Hg2(NO3)2·2H2O and
yellow mercury(II) nitrate monohydrate (Hg(NO3)2·H2O)) by decanting of mother liquor and
repeated dissolving by perchloric acid solution and finally cleaning by deionized water 3.
Otherwise it would contaminate supporting electrolytes during voltammetric measurements
and block the usage of silver amalgam. Small and branched amalgam crystals can be
powdered and used for the preparation of modern electrode materials such as: amalgam paste
(amalgam powder mixed with pasting liquids) or composite material (amalgam mixed with
polymeric binder) 4-5.
Fig. (A) Silver amalgam crystals at mercury drop, (B) single needle crystal of silver amalgam
(magnification 200x) and (C) working electrode based on single crystal silver amalgam
(magnification 50x)
Well shaped needle crystals of silver amalgam (Fig. B) can be used for the construction of
“single crystal silver amalgam microelectrodes” (SCAgAE, Fig. C). Contact between the
crystal and silver wire was mediated by silver amalgam paste (Ag(s) in Hg(l) ~15 % Ag w/w)
sucked into 10 μL pipette tip. Crystal sticks out from narrowed part of tip and it is isolated by
film of polystyrene (~ 30 mg of polystyrene dissolved in 1 ml of dichlorethane). Potential
windows measured by DC voltammetry in supporting electrolytes (0.1M HClO4, 0.01M HCl,
0.2M acetate buffer pH 4.8, 0.05M Na2B4O7 pH 9.2, 0.01M NaOH) are compared with
potential windows of hanging mercury drop electrode (HMDE) and polished silver solid
amalgam electrode (p-AgSAE, see Table I). Variable sizes of single amalgam crystals should
provide possibilities of application such as: voltammetric determinations in microvolumes,
amperometric detection in flow systems (capillary and/or microcolumn FIA, SIA, HPLC,
CZE) and detectors for “Lab-on–chip”.
15
Table I. Potential ranges of selected electrodes obtained by DC voltammetry (scan rate
20 mV·s-1, l is length and d is diameter; the potential limits correspond to 1, 5 or 20 µA
current level; reference electrodes: Ag|AgCl 3M KCl for SCAgAE and saturated calomel
electrode for HMDE and p-AgSAE)
Electrodes´ potential ranges , V
0.2M
Electrode (current
0.05M
0.1M
0.01M
Acetate
[μA], proportions )
0.01M HCl
Na2B4O7
HClO4
NaOH
buffer, pH
pH 9.2
4.8
-1.30 ...
-1.42 ...
-1.60 ...
-1.89 ...
-2.20 ...
SCAgAE (20 μA,
+0.50
+0.40
+0.38
+0.30
+0.12
l = 1 mm, d = 50 μm)
-1.20 ...
-1.29 ...
-1.47 ...
-1.72 ...
-2.00 ...
SCAgAE (5 μA,
+0.43
+0.20
+0.34
+0.19
+0.05
l = 1 mm, d = 50 μm)
0.2M
0.05M
0.1M
Acetate
0.1M HCl
Na2B4O7 0.1M NaOH
HClO4
buffer, pH
pH 9.2
4.8
-1.19 ...
-1.27 ...
-1.70 ...
-1.98 ...
-1.97 ... 5
+0.44
+0.11
+0.31
+0.15
0.07
HMDE (1 μA)
p-AgSAE
-1.12 ...
-1.12 ...
-1.51 ...
-1.88 ...
-1.96 ... +0.45
+0.11
+0.31
+0.16
0.06
(1 μA, d = 0.70 mm)5
Still it is necessary to find optimal conditions: how to grow crystal without surface defects
and how to construct working electrodes obtaining less signal noise caused by the defects.
Testing of this electrode material for voltammetric and amperometric methods is main aim of
next research, but suitability of this electrode material is obvious.
Acknowledgment
Financial support from MSMT CR (LC 06035 and MSM 0021620857), GACR (203/07/1195)
and GAUK (6107/2007/B-Ch/PrF) is gratefully acknowledged.
References
1. Zakrzewski M.A., Burke E.A.J.: Mineral. Mag. 51, 360 (1987).
2. Nirmala K.A., Gowda D.S.S.: J. Appl. Cryst. 8, 6 (1975).
3. Greenwood N.N., Earnshaw A.: Chemie prvku. Svazek II. Praha: Informatorium, 1993.
4. Barek J., Fischer J., Navratil T., Peckova K., Yosypchuk B., Zima J.: Electroanalysis 19,
2003 (2007).
5. Yosypchuk B.: PhD Thesis. Faculty of Chemical Technology, University of Pardubice,
Pardubice 2003.
16
Carbon Paste Electrodes Modified by Room-Temperature Ionic Liquid
Hana Dejmková, Marie Švecová, Jiří Zima and Jiří Barek
Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Analytical Chemistry,
UNESCO Laboratory of Environmental Electrochemistry, Albertov 6, 128 43 Prague 2,
Czech Republic, [email protected]
Room temperature ionic liquids (RTILs) are compounds that have recieved great attention
recently. From the chemical point of view, they are salts, composed of bulky organic cations
(usually based on substituted imidazole, pyridine or phosphonium) and smaller anions.
Disproportion in shape and size cause low lattice energy and consecutive liquid state under
the room temperature, while other properties remain those of melted salts. Among them, we
can mention stability both thermal and chemical and low volatility. They are good solvents of
many compounds, mainly of polar or ionic character. They are valued in electrochemistry for
their conductivity, and in biochemistry for maintaining, if not enhancing, the biological
activity of compounds. Their utilization is widespread, reaching from solvents for organic
synthesis to fuel cell electrolytes. They are employed in analytical chemistry as well, in the
role of mobile phase in separation techniques, solvents for spectrometry and in
electrochemistry for preparation of supporting electrolytes or sensors 1, 2.
The first carbon paste electrode modified by ionic liquids (IL-CPE) was prepared in 2005 by
Liu et al. 3 They report higher response of the electrode and fast charge transfer kinetics
together with serious drawback in high background current. Similar results were reported by
Zheng et al. 4 Slight decrease in background current was achieved by Maleki et al. 5 and Sun
et al. 6 by using ionic liquid with higher melting point. On the other hand, the preparation and
handling of the electrode is more difficult. Kachoosangi et al. 7 was trying to reduce the
background current by employing rotating disc electrode. Shul et al 8 and Wang et al 9 present
another advantage of IL-CPE: possibility of analyte accumulation on the electrode, or creating
the conditions for the accumulation, respectively. The most recent works concern on the comodification by ionic liquid and carbon nanotubes. The presence of both modificators seems
to compensate some disadvantages of electrodes modified by any single of them 10, 11.
In our work, we have tested carbon paste electrode composed of graphite powder and pasting
liquid consisting of mineral oil and 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate
(BMIMPF6) in proportion of 0 %, 25 %, 50 % and 100 %, for the determination of model
systems, namely K3[Fe(CN)6], FeSO4, hydroquinone and an pharmaceutical Ambroxol. As
expected, the increasing content of RTIL caused the rapid increase of the background current
(Fig. 1). Peak potentials, however, were not influenced and remained stable for all the
electrodes used. The response of the analyte reached its maxima for RTIL content of 25 %.
Although certain degree of accumulation was observed for the simple analytes, accumulation
of ambroxol was not noticeable, which indicates limited possibilities of the IL-CPE
properties.
Acknowledgement
Financial support of the Czech Ministry of Education, Youth and Sports (projects
MSM 0021620857, RP14/63 and LC06035) is gratefully acknowledged.
17
25
200
40 B
A
I [μA]
I [μA]
0
0
I [μA]
400
C
I [μA]
100
200
0
-40
-25
-50
0
300
600
E [mV]
-80
D
0
-100
-200
-200
0
0
300 600
E [mV]
300 600
E [mV]
0
300 600
E [mV]
Fig. 1. Cyclic voltammograms of K3[Fe(CN)6] (c =5·10−3 mol·L-1) obtained using carbon
paste electrode with pasting liquid containing 0 % (A), 25 % (B), 50 % (C),
100 % (D) of BMIMPF6. Supporting electrolyte 0.5 mol·L-1 KCl, scan rate 100 mV·s-1.
References
1. Koel M.: Crit. Rew. Anal. Chem. 35, 177 (2005).
2. Wei D., Ivaska A.: Anal. Chim. Acta 607, 126 (2008)
3. Liu H., He P., Li Z., Sun C., Shi L., Liu Y., Zhu G., Li J.: Electrochem. Comm. 7, 1357 (2005).
4. Zheng J., Zhang Y., Yang P.: Talanta 73, 920 (2007).
5. Maleki N., Safavi A., Tajabadi F.: Anal. Chem 78, 3820 (2006).
6. Sun W., Yang M., Gao R., Jiao K.: Electroanalysis 19, 1597 (2007).
7. Kachoosangi R.T., Wildgoose G.G., Compton R.G.: Electroanalysis 19, 1483 (2007).
8. Shul G., Sirieix-Plenet J., Gaillon L., Opallo M.: Electrochem. Comm. 8, 1111 (2006).
9. Wang S.F., Xiong H.Y., Zeng Q.X.: Electrochem. Comm. 9, 807 (2007).
18
Voltammetric Determination of 4-Nitrophenol and 5-Nitrobenzimidazole on Different
Amalgam Electrodes
a
Dana Deýlová , Jiří Barek a and Bogdan Yosypchuk b
a
Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Analytical Chemistry,
UNESCO Laboratory of Environmental Electrochemistry, Hlavova 8, 128 43 Prague 2, Czech
Republic
b
Institute of Physical Chemistry J. Heyrovsky of AS CR, v.v.i., Dolejškova 3, 182 23
Prague 8, Czech Republic
Introduction
Nitrophenols coming from pesticide degradation products, car exhausts, and industrial wastes
are listed as priority pollutants by the US Environmental Protection Agency 1,2. Pesticides
based on simple nitrophenols are generally not allowed today but some of than are still used
as growth stimulators in agriculture 3. They are potential carcinogens, terratogens, and
mutagens 4. Because of their toxicity and vast scale distribution in the environment, their
determinations have become one of the important goals of environmental analysis.
5-Nitrobenzimidazole (5-NBIA) belongs to the group of genotoxic nitrated heterocyclic
aromatic compounds. It can damage natural biological functions of living organisms. The
occurrence of 5-NBIA in environment is expected in connection with fossil fuels
combustion 5. 5-NBIA was polarographically determined as a part of photographic processing
solutions 6 and its properties have been studied in the area of metal corrosion protection 7.
5-NBIA is proven carcinogen and mutagen 8.
Both substances were determined using practically non-toxic polished mercury silver solid
amalgam electrode (p-AgSAE), meniscus-modified silver solid amalgam electrode (mAgSAE) and mercury film silver solid amalgam electrode (MF-AgSAE). All electrodes have
a good mechanical stability, simple handling and regeneration including an electrochemical
pre-treatment of their surface.
Materials and methods
5-NBIA and 4-nitrophenol (4-NF) were determined by differential pulse voltammetry (DPV)
and DC voltammetry (DCV) in Britton-Robinson buffer (5-NBIA at pH 8 and 4-NF at pH 6).
Mercury film on a large area p-AgSAE was deposited in a special vessel with mercury bottom
containing mercuric chloride solution. Into this solution we placed p-AgSAE and deposited
mercury film as long as we need.
Before starting the work, as well as after electrode passivation, the electrochemical activation
of electrodes was carried out in 0.2 M KCl at -2200 mV under stirring of the solution for
300 s followed by rinsing with distilled water.
The regeneration was carried out by periodical switching every 0.1 s between potentials
100 mV more negative than the potential of amalgam dissolution (Ereg,1) and 100 mV more
positive than the potential of hydrogen evolution (Ereg,2) in the given base electrolyte, for
optimal values see Table I. Regeneration always ended at more negative potential.
19
Table I.
Experimentally found optimal values of regeneration potentials of p-AgSAE, m-AgSAE and
MF-AgSAE in Britton-Robinson buffer.
p-AgSAE
m-AgSAE
mf-AgSAE
pH
Ereg,1 (mV) Ereg,2 (mV)
Ereg,1 (mV)
Ereg,2 (mV) Ereg,1 (mV) Ereg,2 (mV)
6
0
-1200
-100
-900
-100
-600
8
-100
-600
-100
-600
-100
-600
Results and discussion
Optimal pH for 4-NF was pH 6 for all electrodes 9 and pH 8 for 5-NBIA.
Repeatability of determination of 4-NF on MF-AgSAE was very good on film deposited for
300 s to 3600 s (Fig. 1). Optimal regeneration potentials are listed in Table I.
Linear calibration curves were obtained in the concentration range 2-1000 μmol/l. Their
parameters for the lowest concentration range are summarized in Table II. The determination
limit was calculated as ten times the standard deviation for ten determinations of the analyte
at a concentration corresponding to the lowest point of the appropriate calibration graph. It
can be seen than MF-AgSAE gives the highest pike (slopes of calibration curves). However,
the repeatability is worse than for p-AgSAE or m-AgSAE.
-300
Ip (nA)
-250
-200
film 3600s RSD = 2,0 %
film 1800s RSD = 1,4%
film 900s RSD = 2,5%
-150
film 300s RSD = 0,3 %
-100
-50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
repetetion rate
Fig. 1. Repeatability of DPV determination of 4-NF (c = 1·10-5 mol/l) in BR-buffer pH 6 on
MF-AgSAE with different deposition times.
Conclusions
It has been shown that DPV at m-AgSAE gives reliable results for 4-NF. For 5-NBIA the
results are less reliable probably because of complex formation of 5-NBIA with mercury ions.
Lowest calibration range DCV and DPV for bothe substances and all electrodes were (210)·10-7 mol/l.
20
Table II.
Parameters of the calibration straight lines for the determination of 4-NF and 5-NBIA in the
concentration range (2-10)·10-7 mol/l using DCV and DPV at m-AgSAE p-AgSAE and
MF-AgSAE (deposit time 3600 s) in a Britton-Robinson buffer (for 4-NF pH 6 and for
5-NBIA pH 8).
Slope
Intercept
LQ
Electrode
Substance Methods
R
(10-7 mol/l)
(nA.mol/l)
(nA)
DCV
-1.17·10+6
1.1
0.9987
3.69
4-NF
DPV
-2.19·10+6
1.7
0.9990
3.15
p-AgSAE
+6
DCV
-1.95·10
0.5
0.9904
7.68
5-NBIA
DPV
-2.09·10+6
1.2
0.9969
4.74
+6
DCV
-1.25·10
-1.3
0.9636
1.36
4-NF
-1.3
0.9997
8.14
DPV
-2.68·10+6
m-AgSAE
+6
DCV
-4.94·10
5.6
0.9993
3.17
5-NBIA
-0.8
0.9930
6.04
DPV
-4.91·10+6
3.6
0.9899
8.76
DCV
-3.02·10-6
4-NF
3.1
0.9986
3.68
DPV
-3.47·10+6
MF-AgSAE
9.3
0.9897
9.73
DCV
-4.48·10+6
5-NBIA
DPV
-4.71·10+6
9.3
0.9954
7.06
Acknowledgement
This research was supported by the Ministry of Education, Youth and Sports of the Czech
Republic (projects LC 06035 and MSM 0021620857) and Grant Agency of the Czech
Republic (No. 203/07/1195).
References
1. U.S. Environmental Protection Agency, Federal Register 52, 131 (1989).
2. Luttke J., Scheer V., Levsen K., Wunsch G., Cape J.N., Hargreaves K.J., StoretonWest
R.L., Acker K., Wieprecht W., Jones B.: Atmos. Environ. 31, 2637 (1997).
3. SRS, List of the Registered Plant Protection Products. 3, The state phytosanitary
administration, Brno, Czech Republic 2006.
4. ATSDR, Toxicological profile for nitrophenols, Agency for Toxic Substances and
Disease Registry, Atlanta 1992.
5. Barek J., Cvacka J., Muck A., Quaiserova V., Zima J., Electroanalysis 13, 779 (2001).
6. Canterford D.R.: J. Photogr. Sci. 26, 65 (1978).
7. Popova A., Christov M., Raicheva S., Sokolova E.: Corros. Sci. 46, 1333 (2004).
8. Rosenkranz H.S., Karol M.H.: Mutat. Res. 431, 81 (1999).
9. Fischer J., Vanourkova L., Danhel A., Vyskocil V., Cizek K., Barek J., Peckova K.,
Yosypchuk B., Navratil T.: Int. J. Electrochem. Sci. 2, 226 (2007).
21
Voltammetric Determination of Picric Acid Using Silver Amalgam Paste Electrode and
Carbon Paste Electrode
a
b
Jan Fischer , Abdul Niaz , Jiří Barek a, Bogdan Yosypchuk c, Sirajuddin b and
Muhammad Iqbal Bhanger b
a
Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Analytical Chemistry,
UNESCO Laboratory of Environmental Electrochemistry, Hlavova 2030, 12843 Prague 2,
Czech Republic, E-mail: [email protected]
b
National Centre of Excellence in Analytical Chemistry, University of Sindh,
Jamshoro 76080, Pakistan
c
J. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry of ASCR, v. v. i.,
Dolejškova 3, 182 23 Praha 8, Czech Republic
Introduction
Picric acid (2,4,6-trinitrophenol) is an important organic compound which is used in wide
number of products such as basic chemicals for paints, agrochemicals, plastics, it has also
numerous applications in pharmaceuticals and others industry. It is also used as a booster
for other explosives and rocket fuel. Besides its importance it has hazardous potential to
humans and the environment 1. The presence of this compound in water causes pollution
problems 2. Therefore, the monitoring of this compound is essential for environmental
control. Similarly, there is an ever increasing demand for electrochemical determination of
trace amounts of nitrated explosives for which new types of electrodes are actively sought.
Due to easy instrumentation and low equipments costs, voltammetric techniques are
particularly useful for the analysis of a wide variety of organic compounds 3. Most of
polarographic and voltammetric methods for the determination of picric acid use mercury
electrode 4, 5. So far there are no direct methods available in the literature for the
determination of picric acid using solid or paste electrodes, excluded sonogel-carbon
electrode 6.
Recently, a silver amalgam paste electrode (AgA-PE) for the reduction processes has been
developed by our research group 7,8. Due to easily mechanically or electrochemically
renewable surface, good mechanical stability, broad potential window and high rate of
electrode processes, the AgA-PE is suitable for electrochemical measurements. Therefore, the
present study aimed to investigate a differential pulse voltammetric (DPV) method for the
determination of trace amounts of toxic picric acid in drinking and river water using a nontoxic silver amalgam paste electrode and to compare the results at this electrode to that at
carbon paste electrode.
Experimental
All reagents were of analytical grade. A stock solutions of 1.10-3 mol.l-1 picric acid was
prepared by dissolving 0.02291 g of the substance (C. A. S. Registry Number: [88-89-1];
99%, Sigma-Aldrich, Germany) in 100 ml of deionized water. Britton–Robinson buffer was
used as a supporting electrolyte. De-ionized water was produced by a Milli-Q plus system.
Other chemicals were obtained from Lachema Brno (Czech Republic) in p. a. purity. All the
chemicals were used without any further purification.
DPV experiments were performed using computer controlled Eco-Tribo Polarograph. The
working electrode was silver amalgam paste electrode (AgA-PE) with 10% silver and carbon
paste electrode (CPE). The way of preparation of AgA-PE was described in previous paper 8.
A small amount of electrode material was put inside the small pipette tip (hole size
600±25 µm), an electrical connection with the steel wire was made and then the surface was
22
smoothed on a glass surface. The silver amalgam was made by mixing of mercury and 10 %
of fine silver powder (particle size 2 – 3.5 μm, Aldrich). The glassy carbon paste was
prepared by mixing 250 mg of glassy carbon micro particles (Alfa Aesar, Germany) and 100
uL of mineral oil (Fluka). After mixing, a small amount of the amalgam paste or carbon paste
was put inside the pipette tip and an electrical connection with the steel wire was made and
then the surface of AgA-PE was smoothed on a glass surface and of CPE on a filter paper.
Before starting the experiment for each new surface of AgA-PE the electrochemical activation
was carried out in 0.2 mol.L-1 KCl at –2200 mV under stirring of the solution for 300 s
followed by rinsing with distilled water. Work with AgA-PE or CPE was carried out at a scan
rate of 20 mV.s-1, pulse amplitude of –50 mV, pulse duration of 100 ms, sampling time of
20 ms beginning 80 ms after the onset of the pulse and interval between pulses of 100 ms.
Results and discussion
The influence of pH on the differential pulse voltammograms of picric acid on AgA-PE and
CPE is represented by Fig. 1 and Fig. 2. It can be seen from the Fig. 1 that at pH 2 the highest,
best developed and therefore most easily evaluated peak at AgA-PE was obtained. At CPE
optimal pH 3 was selected because at this pH signal was more stable than at pH 2 where the
peak was highest. The calibration curves were measured for picric acid in the concentration
ranges of (2 – 10).10-5, (2 – 10).10-6 and (2 – 10).10-7 mol.l-1 for AgA-PE and (2 – 10).10-5
and (2 – 10).10-6 mol.l-1 for CPE. The peak currents were linearly proportional to the
concentrations of picric acid over the entire ranges. The proposed method was tested for
model samples of picric acid in drinking and river water at both AgA-PE and CPE. Highly
linear calibration curves were obtained for drinking and river water at AgA-PE and CPE,
these results show the applicability of presented methods. The parameters of thus obtained
calibration curves at both electrodes are summarized in Table I.
Table I.
Parameters of calibration straight lines for the determination of picric acid in the
concentration range of 2.10-7 – 1.10-4 mol.l-1 using DPV at both AgA-PE and CPE in a
Britton-Robinson buffer.
Slope
Intercept
R
LOQ
Matrix
Conc. range
-1
-1
[nA.mol l]
[nA]
[mol.l-1]
Electrode pH
[mol.l ]
AgA-PE
2.0
Buffer
AgA-PE
AgA-PE
CPE
2.0
2.0
3.0
Drinking w.
River water
Buffer
CPE
CPE
3.0
3.0
Drinking w.
River water
(2-10)·10-5
(2-10)·10-6
(2-10)·10-7
(2-10)·10-7
(2-10)·10-7
(2-10)·10-5
(2-10)·10-6
(2-10)·10-6
(2-10)·10-6
23
-4.20·106
-7.36·106
-3.60·107
-2.1·107
-1.7·107
-1.16·106
-1.20 106
-0.66·106
-0.42·106
-77.75
-26.65
-3.90
-1.05
-1.50
-5.68
-0.16
-0.38
-0.27
0.9970
0.9976
0.9976
0.9999
0.9991
0.9999
0.9998
0.9998
0.9975
––
––
5.6·10-8
9.5·10-8
1.2·10-7
––
4.7·10-7
8.2·10-7
1.3·10-6
pH=2
-400
I, nA
3
4
5
-200
6
12
7
8
9
11
10
0
0
-300
-600 E, mV
-900
Fig. 1. Differential pulse voltammograms of picric acid at AgA-PE in Britton-Robinson buffer
pH 2 to 12 (numbers above curves correspond to given pH), c(picric acid) = 1.10-4 mol.l-1.
pH=2
-160
3
4
I, nA
10 11
-80
5
12
6
78
0
0
9
-600
E, mV
-1200
Fig. 2. Differential pulse voltammograms of picric acid at CPE in Britton-Robinson buffer pH
2 - 12 (numbers above curves correspond to given pH), c(picric acid) = 1.10-4 mol.l-1.
Conclusions
The AgA-PE showed good electrochemical response towards picric acid with good
reproducible results without any surface passivation. This indicated that AgA-PE is a suitable
sensor for the determination of micromolar and submicromolar concentrations of picric acid.
Picric acid could also be reduced at CPE with RSD 1.1%. The limit of determination of picric
acid using DPV at AgA-PE is lower than that for CPE. The easy renovation of electrode
surface makes the method easier than the use of other solid electrodes and thus it represents
an effective and simple alternative to the HMDE. It can be expected that AgA-PE will be
useful for determination of trace amounts of nitrated pollutants.
24
Acknowledgment
This work was financially supported by the Ministry of Education, Youth and Sports of the
Czech Republic (projects RP 14/63, LC06035 and MSM 0021620857), and by the Grant
Agency of the Czech Republic (project 203/07/1195). A. N. thanks for the financial support
of the Higher Education Commission Pakistan.
References
1. Health Council of the Netherlands: Committee on Updating of Occupational Exposure
Limits. Picric acid; Health-based Reassessment of Administrative, Occupational
Exposure Limits. Health Council of the Netherlands, The Hague 2002.
2. Windholz, M., ed.: The Merck Index, Tenth edition. Merck & Co.Inc., Rahway 1989.
3. Barek J., Cvacka J., Muck A., Quaiserova V., Zima J.: Fresenius J. Anal. Chem. 369, 556
(2001).
4. Morales A., Toral M. I.: Bol. Soc. Chil. Quim. 27, 274 (1982).
5. Zimmermann Y., Broekaert J. A. C.: Anal. Bioanal. Chem. 383, 998 (2005).
6. Cordero-Rando M. D., Naranjo-Rodriguez I., Palacios-Santander J. M., CubillanaAguilera L. M., Hidalgo-Hidalgo-de-Cisneros J.L.: Electroanalysis 17, 806 (2005).
7. Yosypchuk B., Sestakova I.: Electroanalysis 20, 426 (2008).
8. Niaz A., Fischer J., Barek J., Yosypchuk B., Sirajuddin, Bhanger M. I.: Electroanalysis,
In press.
25
Electrochemical and Capillary Zone Electrophoresis Study of Pyrimidine Residues
Modification by Osmium Tetroxide, 2,2’-Bipyridine. Detection of Unpaired and
Mispaired Thymines in DNA Heteroduplexes
Miroslav Fojta a, Pavel Kostečka a, Miroslava Bittová b, Martin Bartošík a, Luděk Havran a,
Tibor Hianik c, Libuše Trnková b and Emil Paleček a
a
Institute of Biophysics AS CR, v.v.i., Královopolská 135, CZ-612 65 Brno; e-mail:
[email protected]
b
Faculty of Science, Masaryk University, Kotlářská 2,CZ-611 37 Brno
c
Faculty of Mathematics, Physics and Informatics, Comenius University, Mlynska dolina F1,
SK-842 48 Bratislava
Osmium tetroxide complexes (Os,L) have been used as chemical probes of DNA structure
due to their preferential reactivity towards thymine residues in single-stranded or
conformationally distorted regions in DNA 1. The DNA-Os,L adducts are electrochemically
active and owing to this feature they have been utilized for facile DNA labeling,
electrochemical detection of DNA hybridization 2 as well as for monitoring DNA damage1.
Recently a complex of osmium tetroxide with 2,2’-bipyridine (Os,bipy) was used for covalent
modification of tryptophan residues in proteins and for monitoring of interactions of avidin or
streptavidin with biotin 3.
In this work we used capillary zone electrophoresis (CZE) in combination with square-wave
voltammetry (SWV) at a pyrolytic graphite electrode (PGE) to study reactivity of different
pyrimidine residues, thymine (T), uracil (U), cytosine (C) and 5-methyl-cytosine (meC), within
a pentanucleotide AAAAY (where Y stands for the pyrimidine residue), towards Os,bipy.
Since adenine practically does not react with Os,L, Y residues represent the only reactive
centre within the pentamers and their reactivity can thus be easily compared. Both techniques
revealed the order of the Y reactivities as follows: T>>MeC~U>C. Hence, our results
confirmed (a) highly preferential modification of T among all Ys and (b) increased reactivity
of MeC, compared to C that was reported by other authors4. However, despite recent papers
presenting Os,L modification as useful tool for MeC detection in DNA4, the strong
modification of T within natural DNA (where T is much more abundant than MeC) makes this
approach hardly applicable for real analyses of DNA methylation.
Further, we applied Os,bipy as a probe for the detection of unpaired or mispaired T residues
in DNA heteroduplexes. Using SWV at PGE we observed increased reactivity of thymines
within abasic sites5, single-base insertions as well as T•T or G•T mispairs, compared to
thymines forming the canonical A•T pairs. Conditions for reliable discrimination between
perfectly matched duplexes and heteroduplexes involving the reactive T residues were
optimized. Our results suggest that a single mispaired thymine can easily be recognized
among at least 25 base pairs, making Os,bipy modification, followed by electrochemical
analysis, in principle useful for the detection of abasic sites (representing a kind of DNA
damage), as well as detection of sequence polymorphisms involving T residues within short
DNA fragments.
Acknowledgements
This work was supported by MEYS CR (LC06035, MSM0021622415), Czech Science
Foundation (203/07/1195, 203/08/P598) and to Slovak Grant Agency (VEGA 1/4016/07).
26
References
1. Havran L., Vacek J., Cahova K., Fojta M.: Anal. Bioanal. Chem. 391, 1751 (2008).
2. Fojta M., Kostecka P., Trefulka M., Havran L., Palecek E.: Anal. Chem. 79, (2007).
3. Fojta M., Billova S., Havran L., Pivonkova H., Cernocka H., Horakova P., Palecek E.:
Anal. Chem. 80, 4598 (2008).
4. Tanaka K., Tainaka K., Kamei T., Okamoto T.: J. Am. Chem. Soc. 129, 5612 (2007).
5. Bartosik M., Gajdos V., Kostecka P., Fojta M., Palecek E., Volkov E., Oretskaya T.,
Hianik T.: Electroanalysis 21, 295 (2009).
27
Monitoring of In Vvitro DNA Synthesis and PCR Amplification Using 7-Deaza-Purines
as Electroactive Markers
a,b
Miloslava Fojtová , Petra Horáková b,c, Hana Pivoňková b, Eva Šimková a,b,
Zdenka Vychodilová a,b, Luděk Havran b and Miroslav Fojta b
a
Faculty of Science, Masaryk University, Kotlářská 2,CZ-611 37 Brno
b
Institute of Biophysics AS CR, v.v.i., Královopolská 135, CZ-612 65 Brno
c
Faculty of Chemical Technology, University of Pardubice, Nám. Čs. Legií 565,
CZ-532 10 Pardubice
In vitro DNA synthesis by primer extension (PEX) or polymerase chain reaction (PCR)
belongs to the current methodological arsenal of molecular biology, being used for DNA
cloning, sequencing, SNP genotyping as well as monitoring of gene expression. Detection
techniques applied in connection with the PEX or PCR approaches encompass gel or capillary
electrophoresis, fluorescence techniques including those applied in the quantitative real-time
PCR, as well as various types of biosensors and microarrays. Electrochemical approaches
have also been applied to analyze products of PEX or PCR. These electrochemical techniques
include both label-free (utilizing intrinsic electrochemical properties of nucleic acids or their
constituents)1 and label-based ones. Various types of DNA labels have been introduced into
the PEX or PCR product by polymerases, including biotin (for subsequent attachment of
streptavidin-enzyme conjugates applied in enzyme-linked electrochemical detection systems)2
or different electrochemically active groups such as ferrocene3, nitro- or aminophenyl4, and
[M3+/2+(bpy)3] complexes of osmium or ruthenium5. Specific electrochemical signals related
to the labels are produced by the synthesized DNA but not by primers or the starting DNA
templates, which helps one to monitor reliably the PEX or PCR reactions.
Besides the above mentioned external DNA tags, also some nucleobase analogues differ
remarkably from the natural nucleobases by their redox potentials, making thus possible to
distinguish between DNA containing only the natural bases and PEX or PCR products with
the analogues incorporated. For example, 7-deaza-guanine and 7-deaza-adenine have been
shown to be electrochemically oxidized at considerably less negative potentials than guanine
and adenine, respectively5. These bases, which are known to be unable of Hoogsteen pairing
due to the absence of nitrogen atom at the 7-position, are used in PCR analysis of some
specific sequences (such as G-rich repeats) to prevent formation of alternative secondary
structures (e.g., G-tetraplexes) during amplification. We utilized the 7-deaza-purines as
electroactive markers (incorporated into DNA by polymerases) for monitoring of PEX using
synthetic oligonucleotides, as well as of PCR of natural genomic sequences, including some
repetitive elements. Using biotinylated primers, separation of synthesized DNA strands at
magnetic beads and ex situ voltammetric analysis, a simple technique for the DNA in vitro
synthesis was proposed.
Acknowledgements
This work was supported by MEYS CR (LC06035, MSM0021622415), Czech Science
Foundation (203/07/1195) and GA ASCR (IAA400040901).
References
1. Hason S., Pivonkova H., Vetterl V., Fojta M.: Anal. Chem. 80, 2391 (2008).
2. Horakova-Brazdilova P., Fojtova M., Vytras K., Fojta M.: Sensors 8, 193 (2008).
3. Brazdilova P., Vrabel M., Pohl R., Pivonkova H., Havran L., Hocek M., Fojta M.: ChemEur. J. 13, 9527 (2007).
28
4. Cahova H., Havran L., Brazdilova P., Pivonkova H., Pohl R., Fojta M., Hocek M.:
Angew. Chem. Int. Edit. 47, 2059 (2008).
5. Vrabel M., Horakova P., Pivonkova H., Kalachova L., Cernocka H., Cahova H., Pohl R.,
Sebest P., Havran L., Hocek M., Fojta M.: Chem-Eur. J. 15, 1144 (2009).
29
Modern Thermoelectrochemistry
Peter Gründler a, Andreas Kirbs b and Lothar Dunsch a
a
Institut f. Festkörper- u. Werkstoffforschung Dresden, Elektrochemie u. Leitfäh. Polymere,
Helmholtzstr. 20, D-01069 Dresden, Germany. E-Mail: [email protected]
b
Atotech Deutschland GmbH, Erasmusstr. 20, Berlin, D-10553, Germany,
E-mail: [email protected]
Introduction
The term „thermoelectrochemistry“ exists since the fifties of the last century, but unlike other
combined branches of electrochemistry like photoelectrochemistry or spectroelectrochemistry
there did not exist an independent scientific subject of this name. The temperature dependence
of electrochemical quantities has been traditionally considered more or less like a tedious duty
or factum.
The situation changed when, within the last decades, new techniques appeared which allowed
to vary the quantity „temperature“ as an independent variable, i.e. arbitrarily and fast.
Temperature modulation as well as fast temperature jumps generated by Joule heating, by
laser irradiation, and by related techniques allowed the access to kinetic information.
Acceleration of kinetic and transport processes, together with thermal convection, resulted in
novel electrochemical sensors.
This contribution intends to sketch the latest achievements of new techniques using thermal
impact on electrodes and to try a first approach to form a scientific subject „Modern
Thermoelectrochemistry“.
Experimental
Most important experimental techniques of modern thermoelectrochemistry are Joule heating
of wire or band electrode structures 1, 2, laser irradiation 3-5, and microwave heating of nearelectrode solution spots 6. Inductive electrode heating 7 and Joule heating of near-electrode
regions 8 have been also proposed. The latter two techniques are more or less in an
experimental stage. For chemical sensor applications, continuous Joule heating proved to be
useful, since, by minimal effort; a high intensity thermal stirring can be achieved combined
with a rather precise temperature control of the electrode interface. For kinetic investigations,
thermal modulation by fast heat pulses is preferred. Joule heating of thin wire electrodes
allowed high-temperature voltammetry above the boiling point of the solvent by repetitive
application of heat pulses 1.
Results and discussion
Fig. 1 shows the phenomena occurring at a heated wire electrode in a solution containing a
reversible redox couple when short heat pulses are overlaid to a potential staircase.
Periodically repeated measurements can be combined to form high-temperature
voltammograms (Fig. 2). This method has been named Temperature-Pulse Voltammetry
(TPV).
Thin wire electrodes proved to be useful for many tasks since they possess extremely fast
heating-up and cooling-down periods. Problems are encountered with surface modification of
such microelectrodes upon heating. Recently, the surface of a 25 µm gold wire has been
modified with a layer of carbon nanotubes by means of an electrophoretic procedure 9.
Thermal modulation by lasers has been evaluated by definition as a „thermoelectrochemical
impedance“ 10-11. The relaxation period following a laser-induced fast temperature jump
30
provides information on fundamental properties like maximum entropy of double layer
formation and related quantities 12.
Fig. 1. Current response of a heated wire electrode (Pt, 25 µm) with heat pulses of 0.1 s
duration overlaid to an electrode potential staircase excitation
Continuously Joule-heated wires have been made the basis of numerous chemical sensors,
among them enzyme sensors 13 and DNA probes 14-15. Simultaneous determination of two or
more bioactive substances (e.g. different carbohydrates) has been enabled by evaluating
different temperature functions of individual voltammetric signals 16. TPV, i.e. electric pulse
heating, also was designed for analytical voltammetry. Fig. 2 gives an example.
Laser activation of voltammetric electrodes has found broad range of analytical application 5.
This holds true also for microwave activation methods 6.
Fig. 2. Temperature pulse voltammograms for a 5 mM equimolar solution of ferrocyanide and
ferricyanide in 0.1 M KCl.
31
Conclusions
Modern thermoelectrochemical methods open the route to use the temperature as a really
independent variable. The main application field of Joule electrode heating, laser illumination
and microwave activation of electrodes is analytical chemistry. Fundamental kinetic
information is obtained by fast temperature changes as well as by thermal modulation of
electrochemical processes.
References
1. Voss T., Kirbs A., Gründler P.: Fresenius‘ J. Anal. Chem. 367, 320 (2000).
2. Chen Y. T., Jiang Y. Y., Lin Z. Y., Sun J. J., Zhang L., Chen G. N.: Luminescence 23, 63
(2008).
3. Valdes J. L., Miller B. J.: Phys. Chem. 92, 525(1988).
4. Climent V., Coles B. A., Compton R. G.: J. Phys. Chem. B 105, 10669 (2001).
5. Akkermans R. P., Suarez M. F., Roberts S. L., Qiu F. L., Compton R. G.: Electroanalysis
11, 1191 (1999).
6. Cutress I.J., Marken F., Compton R.: Electroanalysis 21, 113 (2009).
7. Qiu F., Compton R., Coles B., Marken F.: J. Electroanal. Chem. 492, 150 (2000).
8. Baranski A. S.: Anal. Chem. 74, 1294 (2002).
9. Gründler P., Frank O., Kavan L., Dunsch L.: Chemphyschem 10, 559 (2009)
10. Olivier A., Merienne E., Chopart J. P., Aaboubi O.: Electrochim. Acta: 37, 1945 (1992).
11. Rotenberg Z. A.: Electrochim. Acta 42, 793 (1997).
12. Climent V., Coles B. A., Compton R. G.: J. Phys. Chem. B 106, 5258 (2002).
13. Lau C., Borgmann S., Maciejewska M., Ngounou B., Gründler P., Schuhmann W.:
Biosens. Bioelectronics 22, 3014 (2007).
14. Wang J., Flechsig G. U., Erdem A., Korbut O., Gründler P.: Electroanalysis 16, 928
(2004).
15. Peter J., Reske T., Flechsig G. U.: Electroanalysis 19, 1356 (2007).
16. Lau C., Reiter S., Schuhmann W., Gründler P.: Anal. Bioanal. Chem. 379, 255 (2004).
32
Electrochemical Behavior of Oligonucleotides Gontaining Guanine Stretches
Luděk Havran, Pavlína Vidláková, Hana Pivoňková, Iva Kejnovská, Michaela Vorlíčková a
Miroslav Fojta
Institute of Biophysics ASCR,v.v.i., Kralovopolská 135, 612 65 Brno, Czech Republic,
E-mail:[email protected]
DNA is an electro- and surface-active substance producing at mercury, carbon or some other
electrodes analytically useful signals 1. At mercury electrodes, adenine and cytosine in nucleic
acids produce a cathodic peak CA (due to its reduction). Guanine gives anodic signal G,
which is obtained in cyclic voltammetry (CV) or in anodic stripping modes (due to oxidation
of a reduction product of guanine that is reduced at very negative potentials). At carbon
electrodes guanine and adenine in NAs undergo oxidation at positive potentials and produce
oxidation signals Aox and Gox 2. At the mercury-based electrodes nucleic acids yield several
capacitive (non-faradaic) signals due to adsorption/desorption or reorientation of their
molecules at the electrode surface.
The DNA, depending on its nucleotide sequence and external conditions, can undergo a
variety of conformational transitions and adopt different secondary structures such as
hairpins, cruciforms, left-handed Z-DNA, triplexes or quadruplexes. Some of them may occur
in natural DNAs as local structures stabilized by negative DNA supercoiling and it is
generally accepted that (at least) some of them have biological (regulatory) functions 3. In
vitro some of these “non-B” structures can be modeled using synthetic oligonucleotides
(ON) 4. G-rich ONs easily form G-quadruplexes, mainly in the presence of K+ ions.
In this contribution we studied electrochemical behavior of ONs with possessing G-stretches
of different lengths at the hanging mercury drop electrode (HMDE). Set of 15-mer ON
containing 0 – 15 G was used for this study. For ONs with 0 to 3 G residues intensity of the
peak G linearly increased with the number of G. On the contrary, for ONs with 5 to 15
guanines the peak G height decreased with expanding length of the G stretch. Gel
electrophoresis and CD specrophotometry data revealed formation of stable tetraplex
structures by ONs exhibiting the apparently anomalous electrochemical behavior. Our result
suggests that accessibility of guanine residues involved in the quadruplex structure for
electrode processes at HMDE is strongly restricted, making thus possible to monitor
electrochemically the quadruplex formation.
Acknowledgements
This work was supported by grants of the GA ASCR IAA400040903, MEYS CR (LC06035),
and institutional research plans Nos. AV0Z50040507 and AV0Z50040702.
References
1.
E. Paleček, Naturwiss. 45, 186 (1958).
2.
E. Paleček, F. Jelen, v Electrochemistry of nucleic acids and proteins Towards
electrochemical sensors for genomics and proteomics (Eds: E. Paleček, F. Scheller, J.
Wang), Elsevier, Amsterdam, 2005, Vol. 1, pp 74-174.
3.
Paleček, E. Crit. Rev. in Biochem. Mol. Biol. 26, 151 (1991).
4.
Blackburn, G. M.; Gait, M. J. Nucleic acids in chemistry and biology; Oxford university
press: Oxford, 1996.
33
Voltammetric Displays of Reactivity of Electroactive Species in Different States of
Dispersion
(Review)
Michael Heyrovský a and Andrey V. Korshunov b
a
J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry of AS CR, v.v.i., Dolejškova 3, 182 23
Prague 8, Czech Republic; e-mail: [email protected]
b
Department of General and Inorganic Chemistry, Tomsk Polytechnic University, Lenin
Avenue 30, 634050 Tomsk, Russian Federation; e-mail: [email protected]
The authors of early polarographic papers sometimes described particular disturbances of
polarographic curves, which they connected with the presence of insoluble or colloidal
particles in the solution 1-4. After years of experience with polarographic research it can be
now concluded that electrolysis with mercury electrodes allows us to specify nearer the state
of dispersion of the studied liquid medium. According to electrochemical behavior four
different degrees of dispersion can be distinguished.
In true solutions the redox process generates concentration gradients of the oxidized and the
reduced forms of the electroactive species on surface of the working electrode. The
electroactive molecules or ions are then brought to the electrode by a diffusion flux and after
they have undergone the electrode reaction the products are transported by diffusion back to
the bulk of the solution. Their electroactivity is characterized in polarographic/voltammetric
methods in a specific region of potentials by cathodic or anodic current of intensity given by
concentration of the species. Reproducibility of polarographic/voltammetric curves of true
solutions is excellent. The theory of diffusion-controlled currents has been worked out for
various electrochemical methods.
Next degree of aggregation after true solutions is the colloidal state where the average sizes
of particles may vary between 1 and 100 nm. The electrode reactions of colloidal particles are
not identical with those of the same species in true solutions, however, the reagents are
brought to the working electrode and the products transported from it by diffusion. The
electroactivity of colloidal solutions is therefore characterized by reduction or oxidation
diffusion-controlled currents, like that of true solutions, only the potential and the parameters
of the currents are different 5, as the properties of particles (their size and structure) depend on
the agglomeration of the primary ions or molecules.
According to experimental conditions the aggregation of chemical species in solution can
continue to a certain degree and then it stops. At that stage the formed particles are usually of
a certain variety of shapes and sizes and the system is polydisperse. Under certain
precautions and complex procedures, particles of equal shape and size can be prepared, the
well defined monodisperse colloids 6. In polarography/voltammetry the slopes of the curves
of monodisperse colloids are steeper than those of the polydisperse ones.
Aggregates of electroactive species consisting of particles sized between about 100 nm and 1
μm in diameter form fine suspensions which show certain stability in solution. Their particles
move in the medium by the thermal Brownian motion which acts as motor of their
electroactivity by making them approach and then leave the working electrode – no stirring is
needed for display of electroactivity. Diffusion flux of reagents and products to and from the
working electrode does not occur in fine suspensions. The exchange of electrons with the
working electrode occurs during fortuitous impingements on it by the particles, and the
resulting current – potential curve has the form of sharp irregular cathodic or anodic flares 7-9.
34
The voltammetric curves are not well reproducible; they can give only certain qualitative
information about electrode reactions of the dispersed particles, which differ from the
reactions of the species in true solutions. If on the polarographic/voltammetric curve of a
mixture of electroactive compounds appear superimposed irregular sharp peaks, it is a sign
that some of the species in the mixture is in form of suspended particles.
When the electroactive species in solution occurs in form of coarse suspension settled on
bottom of the cell, its electroactivity can be seen only by stirring the solution which brings
individual particles into contact with the electrode 10-12. The electroactivity is expressed by
peak-shaped polarographic or voltammetric curves occurring over relatively wide range of
potentials, as the impingements of the particles upon the electrode depend on the stirring.
Hence the reproducibility of the curves is poor. The electrode reactions of big particles differ
essentially from those of single ions or molecules, as the sizes and the electronic and spatial
structures are basically different.
Acknowledgement
The authors thank the Czech GAAV for the grant No IAA 400400806, GA ČR for the grant
No. 203/07/1195 and the Russian Fund for Basic Research for the grant No 08-08-12077.
References
1. Sanigar E. B. : Rec. Trav. Chim. Pays-Bas 44, 549 (1925).
2. Shikata M., Hozaki N.: J. Soc. Chem. Ind. Japan 32, 1135 (1929).
3. Majer V.: Chem. Listy 37, 202 (1943).
4. Bowers R. C., Kolthoff I.M.: J. Am. Chem. Soc. 81, 1836 (1959).
5. Heyrovský M., Jirkovský J.: Langmuir 11, 4288 (1995).
6. Matijevic' E.: Langmuir 10, 8 (1994).
7. Korshunov A., Heyrovský M.: Electroanalysis 18, 423 (2006).
8. Korshunov A., Heyrovský M., Bakardjieva S., Brabec L.: Langmuir 23, 1523 (2007).
9. Korshunov A., Heyrovský M.: J.Electroanal.Chem. 629, 23 (2009).
10. Micka K. in Advances in Polarography (Longmuir I.S., ed.) p.1182. Pergamon Press,
Oxford, 1960.
11. Micka K.: Chem.Listy 49, 1144 (1955); Collect.Czech.Chem.Commun. 21, 647 (1956).
12. Micka K.: Chem.Listy 55, 852 (1961).
35
Electrochemical Detection of Single Nucleotide Polymorphisms Using
Enzyme-Linked Assay
a,b
Petra Horáková , Eva Šimková a,c, Zdenka Vychodilová a,c, Marie Brázdová a,
Karel Vytřas b and Miroslav Fojta a
a
Institute of Biophysics AS CR, v.v.i., Královopolská 135, 612 65 Brno, Czech Republic.
b
Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemical Technology, University Of
Pardubice, Nám. Čs. Legií 565, 532 10 Pardubice, Czech Republic.
c
Faculty of Science, Masaryk University, Kotlářská 2, 611 37, Brno, Czech Republic.
E-mail: [email protected]
Single-nucleotide polymorphism (SNP) (point mutation) is the most common type of
alterations in DNA sequence. It occurs when a single nucleotide is replaced with another.
Two of every three SNPs found in genes involve the replacement of cytosine (C) with
thymine (T). SNPs in noncoding regions of the genome may have no effect on cell function,
but in coding or regulating regions of genes they may predispose people to disease and
influence their response to drugs, bacteria, viruses, and other substances.
The p53 protein is a transcription factor important in humans and animals. It regulates the cell
cycle and, as a tumor suppressor, it plays a role in cancer prevention. The p53 controls many
anti-cancer mechanisms 1. If the p53 gene is mutated in specific “hot-spots“, tumor
suppression is severely reduced. It was found, more then 50 % of human tumors contain
mutation of the p53 gene.
Molecular biologists proposed a lot of methods for SNP typing based on primer extension
(PEx) or polymerase chain reaction (PCR) combined with electrophoresis or fluorescence
detection. Here we present a method utilizing PEx connected with electrochemistry, enzyme
linked assay 2,3 and magnetic beads 4.
In electrochemical sensing of DNA, responses of modified (labeled) DNAs are often utilized.
The DNA can be modified by different electroactive groups (e.g. ferrocene 5, nitro- or
aminophenyl 6, complexes of osmium or ruthenium 7, and others) or by enzymes. Labeling
with enzymes is widely applied due to the advantages of inherent biocatalytic signal
amplification. Electrochemical enzyme-linked assays require conversion of a substrate into a
products differing from the substrate by its electrochemical properties. When
electrochemically inactive substrate is converted into an active product, appearance of the
latter and changes in its concentration can easily be monitored.
In the primer extension scheme used in this work, the primer is hybridized with
complementary sequence of target DNA and treated with DNA polymerase and biotinylated
dNTP. The extension of the primer by the labeled dNTP occurs (or does not occur) according
to complementarity of the first free nucleobase on target DNA template following the primer
corresponding sequence (Fig.1A). Duplex DNA (consisting of the target strand and primer
with dA20 overhang on its 5´ end) is immobilized onto magnetic beads bearing dT25 strands. If
the biotinylated dNTP was introduced, the streptavidin alkaline phosphatase conjugate is
bound to the biotin tag and after washing, the product of enzymatic reaction, 1-naphthol, is
formed from the substrate 1-naphthyl phosphate. Than the 1-naphthol-containing solution is
separated from the magnetic beads, added to background electrolyte (0,5 M K2CO3 and 0,5 M
NaHCO3 pH 9,5) and analyzed by linear sweep voltammetry (initial potential -0,5 V, end
potential +0,9 V, scan rate 1 Vs-1, potential step 5 mV) at a basal-plane PGE.
36
Fig.1. (A) Scheme of primer extension by SNP typing of p53- G245S hot-spot. In the wild
type p53 gene nucleobase guanine occurs within the position corresponding to the mutation
hot-spot. During the PEx reaction with a sequence-specific primer, DNA polymerase and a
biotinylated dCTP (Cbio) or dUTP (Ubio), only the Cbio is attached to 3’-end of the primer
according to the G-C complementarity, while Ubio is not For the G245S mutant (in which the
guanine is replaced by adenine) the primer is extended by Ubio, but not by Cbio. (B) Real
voltammograms observed after PEx of samples described in A and enzyme-linked assay using
magnetic beads.
We utilized the primer extension combined with enzyme-linked assay on magnetic beads and
electrochemical detection for the SNP typing. This method was successfully applied in model
experiments with synthetic oligonucleotides as well as in analysis of PCR products of human
p53 gene.
Acknowledgement
This work was supported by MEYS CR (LC06035) and by GACR (203/07/1195).
References
1. Petitjean A., Achatz M. I., Borresen-Dale A. L., Hainaut P., Olivier M.: Oncogene 26,
2157 (2007).
2. Fojta M., Brázdilová P., Cahová K., Pečinka P.: Electroanalysis 18, 141 (2006).
3. Horáková-Brázdilová P., Fojtová M., Vytřas K., Fojta M.: Sensors 8, 193 (2008).
4. Paleček E. and Fojta M..: Talanta 74, 276 (2007).
5. Brázdilová P., Vrábel M., Pohl R., Pivoňková H., Havran L., Hocek M., Fojta M. :
Chem. Eur. J. 13, 9527 (2007).
6. Cahova H., Havran L., Brázdilová P., Pivoňková H., Pohl R., Fojta M., Hocek M. :
Angew. Chem. 120, 2089 (2008).
7. Vrábel M., Horáková P., Pivoňková H., Kalachova L., Černocká H., Cahová H., Pohl R.,
Šebest P., Havran L., Hocek M., Fojta M. : Chem. Eur. J. 15, 114 (2009).
37
Porézní grafit a jeho využití jako elektrochemického senzoru
Terezie Kašparová a, Iva Jelínková a, Aleš Horna a,b, Vojtěch Adam c,d, René Kizek d
a
Radanal s.r.o., Okružní 613, CZ-530 03 Pardubice, E-mail: [email protected]
b
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Univerzitní institut, Centrum výzkumu potravin,
Nad Ovčírnou 3685, CZ-760 01 Zlín
c
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Ústav výživy zvířat a pícninářství,
Zemědělská 1, CZ-613 00 Brno
d
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Ústav Chemie a Biochemie,
Zemědělská 1, CZ-613 00 Brno
Porézní grafit jako pracovní elektroda je v současné době v elektrochemii velmi zajímavým
fenoménem. Oproti pevným pracovním elektrodám s povrchy vyžadujícími mechanické
čistění, skrývají průtokové elektrody, vyrobené z porézního grafitu ohromné aplikační
možnosti. Coulometrická elektroda vyrobená z porézního grafitu má daleko větší povrch a
difuze tedy není určujícím krokem rychlosti redoxní reakce jak je tomu u klasické pevné
elektrody. Oxidačně redukčním reakcím na povrchu coulometrické elektrody podléhá 100%
přítomného analytu. Selektivitu a citlivost detekce lze ještě více zvýšit sériovým propojením
dvou a více elektrod. Dochází tak k vytvoření elektrodového pole, přičemž na každé elektrodě
je vloženo rozdílné napětí.
Obr. 1. Porézní grafitová elektroda o velikosti pórů 0,22 μm
Takto vytvořené elektrodové pole z porézního grafitu může sloužit jako vysoce selektivní
nástroj k identifikaci látek. Volbou složení mobilní fáze a vhodného potenciálu, při kterém
bude mít stanovovaná látka nejvyšší proudovou odezvu (tzv. dominantní pík), lze dosáhnout
maximální citlivosti stanovení každé látky. Látky podléhající redoxním dějům při nižším
potenciálu budou zcela oxidovány a nebudou už poskytovat signál při nastaveném vyšším
potenciálu. To je zásadní rozdíl od amperometrického uspořádání, kde je rychlost reakce
limitována difuzí k povrchu elektrody. Pokud se chromatograficky nedaří rozdělit dvě látky,
které se liší svými elektrochemickými vlastnostmi, je možné je rozlišit voltametricky. Porézní
grafitové elektrody se tak staly základem aplikací nejúspěšnějších komerčně dostupných
elektrochemických detektorů Coulochem® a CoulArray®. Pomocí detektoru CoulArray®,
který pracuje s porézními grafitovými elektrodami řazenými za sebou v blocích vždy po
čtyřech, můžeme získat třídimenzionální pohled na vzorek a navíc v případě, že máme
k dispozici standardy elektroaktivních látek, může látky identifikovat na základě jejich
elektrochemické charakteristiky, pro kterou se využívá poměrů tří nejdominantnějších píků
(obr. 2).
V následující Tabulce I je uveden přehled komerčně dostupných elektrochemických cel
s počtem elektrod z porézního grafitu. Dalším zde uvedeným parametrem je mrtvý objem
cely, což je objem od vstupu po první senzor a celkový objem cely, což je objem od vstupu po
výstup. Posledním uvedeným parametrem je maximální pracovní tlak jednotlivých cel.
38
Voltamogram
2. Pre‐Dominant 3. Dominant 4. Post‐Dominant
Obr. 2: A: blok čtyř sériově řazených průtočných coulochemických elektrod. B, D: predominantní, dominantní a post-dominantní píky v CoulArray chromatografickém záznamu.
C: voltamogram získaný z CoulArray Softwaru
Tabulka I.
Vnitřní objemy a maximální pracovní tlak coulochemických cel s elektrodami z porézního
grafitu
5010A Standard Analytical Cell
2
Mrtvý
objem*
[μl]
6,8
5011A High Sensitivity Analytical Cell
2
6,8
24,8
42
5014B Microdialysis Cell
2
-
19
42
5020 Guard Cell
1
-
40
422
5021A Conditioning Cell
1
6,7
17
41
5030 Low Volume (LC/MS) Cell
1
0,3
3,1
41
5125 Synthesis Cell
1
71
225
200
5150 Synthesis Cell
1
356
1032
200
Elektrochemická cela
Počet
elektrod
Celkový
vnitřní
objem [μl]
34,4
Maximální
pracovní
tlak [bar]
42
*Objem od vstupu po první senzor
Jednokanálová elektrochemická cela model 5030 (Low Volume LC/MS Cell) o objemu od
vstupu k senzoru 0,3μl, je využitelná pro aplikace využívající spojení elektrochemie a
hmotnostní spektrometrie. Tento senzor vyhovuje průtoku využívaného ve spojení LC/MS.
Jeho využití spočívá v postkolonové derivatizaci analytu, který sám dává malý celkový
iontový proud a není tudíž pomocí MS detekovatelný.
Nejvíce používanými jsou dvoukanálové coulochemické cely ESA, modely 5010 (Standard
Analytical Cell) a 5011 (High Sensitivity Analytical Cell), které se používají pro detekci
celého spektra elektroaktivních látek s výjimkou cukrů. V současné době nejvýznamnější a
vlastně první aplikací, pro kterou byly vůbec coulochemické cely vyvinuty, je klinické
stanovení hladin plasmatických katecholaminů. Pro toto stanovení se využívá spojení
analytické cely 5011 (High Sensitivity Analytical Cell) s kondicionační celou 5021
39
(Conditioning Cell), která slouží jako předřazený postkolonový reaktor. Při tomto uspořádání
se využívá vlastností katecholaminů se cyklicky oxidovat a redukovat. Na rozdíl od
doprovodných elaktroaktivních látek způsobujících šum se katecholaminy nerozkládají.
Další významnou aplikací porézního grafitu je konstrukce tzv. ochranné cely 5020 (Guard
Cell), která slouží k odstranění elektroaktivních látek z mobilní fáze před nástřikem analytu.
To výrazně snižuje šum základní linie a zlepšuje citlivost detekce jako poměru signálu k
šumu. Konstrukce guard cely je pozoruhodná v tom, že je to jediná elektrochemická cela,
která snáší tlak až 400 barů a tudíž je v HPLC systému umístěna hned za chromatografickou
pumpou. Společným rysem všech coulochemických cel je využití suché referentní H/Pd
elektrody, která skutečně nevyžaduje žádnou údržbu a uživatel o ní prakticky ani nemusí
vědět. Používání H/Pd referentní elektrody neznamená, že by se nedalo použít
coulochemickou celu s referentní Ag/Cl elektrodou. Pro tento účel je komerčně dostupná
5014 (Mikrodialysis Cell), která je obecně používána pro analýzu mikrodialyzátu, tedy silně
zasolených médií.
Od roku 2007 jsou komerčně dostupné dva typy preparativních cel 5125 a 5150 (Synthesis
Cell), které využívají porézní grafit jako heterogenní reaktor pro syntézu metabolitů
odvozených od aktivních komponent v biologických testech. Uplatnění mají hlavně
v analytických laboratořích, které se zabývají ADME-TOX (Absorption, Distribution,
Metabolism, and Excretion) a predikcí oxidační stability toxicity látek. Ke spolehlivému
určení chemické struktury látky je často potřebná syntéza dostatečného množství daného
metabolitu, který však zpravidla není komerčně dostupný. Tyto cely jsou schopny
syntetizovat řádově mikrogramy produktů. V syntéze porézní grafit simuluje práci enzymů
schopných vyvolat několik chemických reakcí jako například N- a O-dealkylaci, aromatickou
hydroxylaci, N-oxidaci, deaminaci a dehydrogenaci.
Poděkování
Práce byla podpořena z projektu KAN208130801 a projektu VITAMINY2000.
Literatura
1. Matson W. R.., Langlais P., Volicer L., Gamache P. H., Bird E., Mark K. A.: Clin. Chem.
30, 1477 (1984).
2. Flanagan R. J., Perett D., Whelpton R.: Electrochemical Detection in HPLC. Analysis of
Drugs and Poisons. The Royal Society of Chemistry, Cambridge 2005.
40
Reduction of Pesticide Bifenox in the Presence of Cyclodextrin Cavities
Magdaléna Hromadová a, Lubomír Pospíšil a, Romana Sokolová a, Miroslav Gál a and
Stefania Giannarelli b
a
J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry, v.v.i., Academy of Sciences of the Czech
Republic, Dolejškova 3, 18223 Prague, Czech Republic, E-mail: [email protected]
b
Department of Chemistry and Industrial Chemistry, University of Pisa, Via Risorgimento
35, 56100 Pisa, Italy
Bifenox (methyl 5-(2,4-dichloro-phenoxy)-2-nitrobenzoate), trade name Modown, is used in
the control of broad-leaved weeds and grasses to increase the production of commercially
important foodstuffs like cereals, maize, rice or beans. Bifenox is activated by solar radiation
and its herbicidal action is directly linked to the production of reactive free radicals in the
foliar tissue, where they inhibit the photosynthetic process and cause the cell damage. In this
work we investigated the effect of cyclodextrins of different cavity sizes on the reduction of
bifenox focusing primarily on the fate of a primary nitro anion radical and the reactive
intermediates.
Cl
O
C
Cl
O
OCH 3
NO 2
Fig. 1. Bifenox.
The reduction of bifenox was studied in aprotic solvents in the absence 1,2 and presence of
cyclodextrin molecules of different cavity sizes (αCD, βCD and γCD). Protection of the
active groups of bifenox was investigated by electrochemical, UV-VIS, FTIR, EPR and GCMS methods. UV-Vis spectroscopy confirmed the 1:1 complex formation of bifenox with
βCD and γCD.
In acetonitrile and dimethylsulfoxide (Fig. 2, curve a, 0.5 mM bifenox) the model compound
yields the anion radical, which is further reduced by an overall addition of three electrons and
four protons to the corresponding phenyl-hydroxylamine. In the presence of β-cyclodextrin
the first reduction wave is shifted towards more positive potentials, the reduction process
becomes irreversible (curve c, 0.05M βCD) and the total uptake of two electrons is observed.
On the contrary, the first reduction step of bifenox is not affected by an addition of glucose
(curve b, 0.35 M). Therefore, a simple availability of protons from the OH groups is not the
main factor in the further transformation of the bifenox anion radical in the presence of
cyclodextrins. The complex formation with βCD facilitates the proton transfer to the bifenox
radical anion and affects the product distribution of an exhaustive electrolysis at –1.0 V. For
example, a yield of dichlorophenol decreases with the ability of cyclodextrins to form a
complex with bifenox, i.e. in the order βCD, γCD and αCD.
41
-4
-3
0.5 V/s
-2
-3
c
a
-1
i / μA
0
1
-0.5
-1.0
-2
c
b
-1
a
−
1e
0
-0.5
-1.0
E/V
-1.5
-2.0
Fig. 2. DC polarograms of 0.5 mM bifenox in 0.1M tetrabutylammonium
hexafluorophosphate and dimethyl sulfoxide in the absence (curve a) and after addition of
0.35 M glucose (curve b) or 0.05M βcyclodextrin (curve c), respectively. The inset shows
cyclic voltammograms of 0.5 mM bifenox in the absence (curve a) and presence of 0.05M
βCD (curve c) at the scan rate 0.5V/s.
Acknowledgements
A Grant Agency of the Academy of Sciences of the Czech Republic (IAA400400802), Grant
Agency of the Czech Republic (GACR 203/08/1157 and 203/09/1607) and Ministry of
Education (COST OC140) are greatly acknowledged for the financial support.
References
1. Hromadová M., Mořkovská P., Pospíšil L., Giannarelli S.: J. Electroanal. Chem. 582, 156
(2005).
2. Mořkovská P., Hromadová M., Pospíšil L., Giannarelli S.: Langmuir 22, 1896 (2006).
42
Voltametrické stanovení antioxidantů ve vybraných palivech a mazivech
Jaromíra Chýlková a, Renáta Šelešovská a, Jaroslava Michalíková b,
Libor Dušek a a Zdenka Zoubková a
a
Ústav environmentálního a chemického inženýrství,
Fakulta chemickotechnologická, Univerzita Pardubice, Studentská 95, 532 10 Pardubice 2
Česká republika, E-mail: [email protected]
b
Katedra dopravních prostředků a diagnostiky, Dopravní fakulta Jana Pernera,
Univerzita Pardubice, Studentská 95, 532 10 Pardubice 2
Úvod
Jednou z hlavních příčin stárnutí motorových olejů je jejich oxidace. Projevuje se tmavnutím
olejů vlivem vzniku barevných oxidačních produktů, dále tvorbou pryskyřic, které jsou
výsledkem polymeračních reakcí oxidačních zplodin, zvyšováním viskozity olejů a jejich
rostoucí kyselostí. Tyto skutečnosti vedou k celé řadě negativních jevů. Především dochází
k ucpávání úzkých profilů, a tedy ke zhoršování rozvodu oleje, kyselé oxidační produkty
zvyšují korozi mazaných kovových součástí 1,2. Výše popsaným pochodům lze zabránit
přídavky vhodných antioxidantů, které se v systému oxidují přednostně; zpomalují degradaci
oleje a zvyšují jeho užitnou hodnotu. Jsou chráněna jak maziva, tak mazané součásti, což
vede k ekonomickým úsporám i k ochraně životního prostředí vlivem snižování produkce
kapalných i pevných odpadů. Jako nízkoteplotní antioxidanty, které působí při teplotách do
120 °C, se používají buď různě substituované fenoly, např. 2,6-di-t-butyl-4-methylfenol
(BHT) nebo sekundární aromatické aminy, jako je N-phenyl-1-nafthyl amin. V řadě produktů
se kombinují oba typy.
Obsah antioxidantů v olejích se v průběhu používání oleje v provozu snižuje, až dojde k jejich
vymizení a tedy ke ztrátě ochranných vlastností. V této fázi je nutno olej vyměnit. Vzhledem
k tomu, že opotřebovaný motorový olej představuje poměrně složitou matrici, je třeba vyvíjet
spolehlivé a snadno proveditelné metody analýzy jeho aditiv, které jsou vhodné pro použití
v široké odborné praxi.
Proti oxidaci je nutno chránit i bionaftu, protože přírodní antioxidant – vitamin E, který
obsahuje, nedokáže zabránit jejímu žluknutí. Jedná se o oxidační proces, při němž vznikají
nižší mastné kyseliny a nerozpustné polymery, které mohou poškodit motor v důsledku
koroze a vzniku úsad. Oxidační stabilita bionafty se zvyšuje rovněž přídavky syntetických
antioxidantů na podobné bázi jako u olejů 3.
Materiály a metody
Podmínky voltametrického stanovení antioxidantů fenolického typu byly testovány na
modelových roztocích 2,6-di-t-butyl-4-methylphenolu (BHT) připravených vážením pevné
substance čistoty min 99 % (AppliChem) a rozpuštěním v redestilované vodě. Rušivý vliv
antioxidantů na bázi sekundárních aromatických aminů byl připraven vážením pevné látky Nphenyl-1-nafthyl aminu o čistotě 98 % (Acros Organics) a rozpuštěním opět v redestilované
vodě. Koncentrace zásobních roztoků se pohybovaly okolo 4,5 g/l. Roztoky byly uchovávány
v době mezi měřením v chladu při teplotě 4 °C a v temnu.
Veškerá měření byla realizována pomocí elektrochemického analyzátoru EP 100 (HSC
Servis, Bratislava). Elektrodový systém se skládal ze tří elektrod − zlaté indikační elektrody,
referentní argentchloridové elektrody opatřené kapalinovým můstkem s náplní nasyceného
roztoku NaNO3 a pomocné platinové elektrody. Elektrochemická oxidace BHT probíhala
v rozsahu potenciálů 0 až 1200 mV metodou DC. Stanovení bylo prováděno v kyselém
43
prostředí4 za přítomnosti organických rozpouštědel, a to ethanolu, acetonitrilu a jejich směsi.
K eliminaci rušivého vlivu aminických antioxidantů sloužil roztok dusitanu sodného o
koncentraci přibližně 1 mol.l-1.
Výsledky a diskuse
Vzhledem ke struktuře analyzovaných látek bylo třeba kvůli zajištění jejich rozpustnosti
provádět stanovení v prostředí organického rozpouštědla. V důsledku velké reaktivity fenolů
v alkalickém prostředí hrozil pokles jejich koncentrace vlivem rekcí s dalšími složkami
vzorku; proto bylo stanovení BHT nutno realizovat v kyselém prostředí.
Vhodné složení základního elektrolytu – směs ethylakoholu a acetonitrilu (9 : 3) za
přítomnosti 0,2 M H2SO 4 bylo nalezeno na základě celé řady experimentů. V tomto prostředí
poskytuje oxidace BHT dobře vyhodnotitelné vlny (E1/2 ∼970 mV), jejichž výška lineárně
závisí na stanovovaném množství (obr 1).
Obr.
Obr. 1. Voltametrické stanovení BHT metodou DC v prostředí 0,2 M H2SO4, za přítomnosti
směsi EtOH: acetonitril 9 : 3 (stanovované množství v rozsahu 0,096 mg/15 ml až
0,866mg/15 ml).
Probíhá-li oxidace pouze v kyselém roztoku samotných rozpouštědel, je linearita rovněž
zachována (obr.2), ale za přítomnosti EtOH nastává oxidace základního elektrolytu již při
potenciálu cca 1000 mV, což může u reálných vzorků znesnadňovat vyhodnocení. V prostředí
acetonitrilu je sice dosahováno vyšší citlivosti stanovení, ale půlvlnový potenciál, příslušející
v tomto prostředí oxidaci BHT (1110 mV), je blízko potenciálu začínající oxidace acetonitrilu
(1210 mV) a opět se hůře vyhodnocuje výška vlny BHT.
44
Kalibrace BHT
8
y = 8,4162x - 0,0254
7
6
5
ETOH + ACET
ACET
ETOH
Lineární (ACET)
Lineární (ETOH + ACET)
uA
y = 5,2112x + 0,0792
4
3
2
1
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
mg/15 ml
Obr. 2. Závislost mezi výškou vlny oxidace BHT, vyjádřené velikostí proudu, a
stanovovaným množstvím v prostředí 0,2 M H2S04 za přítomnosti různých organických
rozpouštědel.
V reálných vzorcích olejů se může vyskytovat více typů antioxidantů. Bylo proto zkoumáno,
jak je stanovení BHT ovlivněno přítomností N-phenyl-1- napthyl aminu (PNA).
Bylo zjištěno, že významná koncentrace tohoto sekundárního aminu, cca 2,5 x vyšší než
koncentrace BHT, stanovení ovlivňuje. Jak je zřejmé z obr. 3, vyhodnotí-li se výška vlny
BHT ve směsi s PNA pomocí metody standardního přídavku, získá se výsledek s chybou
-56 %. Je to dáno superpozicí obou vln, kdy zvláště vlna PNA vykazuje výrazné maximum.
Pokles proudu za maximem se sčítá s narůstajícím proudem oxidace BHT. Výsledkem je nižší
výška vlny tohoto fenolického antioxidantu. Existuje několik způsobů, jak výše uvedený
problém řešit. V této práci bylo využito reakce sekundárních aromatických aminů s kyselinou
dusitou, kdy vznikají N- nitrosaminy5.Této reakce je možné posléze využít k selektivnímu
stanovení těchto antioxidantů. Rušivý vliv kyseliny dusité na vlnu odpovídající oxidaci BHT
lze eliminovat asi 5 minutovým stripováním HNO2 z kyselého prostředí základního
elektrolytu inertním plynem. Na obr. č. 3 je také dokumentováno stanovení BHT po eliminaci
vlny PNA. Výsledek v tomto případě vykazuje odchylku od správné hodnoty o -1,4 %.
45
b
a
d
c
Obr. 3. Voltametrické stanovení BHT v přítomnosti 2,5x vyšší koncentrace PNA metodou DC
(základní elektrolyt: 0,2 M H2SO4, EtOH : acetonitril 9 :3)
a – 0,481 mg BHT/15 ml a 1,115 mg PNA/15 ml
b − přídavek 0,481 mg BHT/15 ml
c – 0,962 mg BHT /15 ml po eliminaci PNA
d – přídavek 0,481 mg BHT/15 ml
Na základě těchto výsledků lze u reálných vzorků doporučit v případě výskytu vlny
aminických antioxidantů (E1/2 mezi 600 až 700 mV) vždy jejich vlnu potlačit přídavkem
dusitanu sodného.
Izolace antioxidantů z olejů již byla řešena4 − spočívá v extrakci definovaného množství oleje
roztokem ethanolu za spolupůsobení ultrazvukového pole.
Závěr
Navržená metoda voltametrického stanovení antioxidantů může být alternativou
k spektrometrickému stanovení pomocí FTIR. Díky cenové dostupnosti elektrochemických
analyzátorů jistě najde uplatnění v široké odborné veřejnosti, zabývající se analýzou olejů.
Poděkování
Tato práce vznikla v rámci výzkumného záměru MSM0021627502 „Pokročilé analytické a
separační metody a jejich aplikace v diagnostice a technologii živých a neživých materiálů“.
Literatura
1. http://oleje.cz/index.php?left=main&page=clanky_vlastnosti_oleju7. staženo 3. března
2009.
2. http://oleje.cz/index.php?left=main&page=clanky_vlastnosti_oleju4. staženo 3. března
2009.
3. http://www.chemagazin.cz/Texty/CHXVII_6_cl12.pdf. staženo 3. března 2009.
4. Chýlková J., Šelešovská R., Machalíková J., Dušek L., Weidlich T.: 12th International
Conference on Electroanalysis, ESEAC 2008, June 16 -19 , Praha 2008.
5. Černý V. J. a kol.: Organická synthesa – Organikum, ACADEMIA, Praha 1971, str. 349.
46
Usage of Carbon Paste Electrode Modified by SWNT
Zuzana Jemelkova, Jiri Zima and Jiri Barek
Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Analytical Chemistry,
Albertov 6, 128 43 Prague 2, Czech Republic
Carbon nanotubes (CNT), discovered in 1991 1, are a new type of carbon material with unique
structural, geometric, mechanical and chemical properties. There are two types of CNT,
single-wall (SWNT) and multi-wall carbon nanotubes (MWNT). SWNT, consisting of hollow
cylindrically wound grapheme sheet, are real single large molecules. CNT can behave as
metals or semiconductors depending on the structure and their unique properties make them
very attractive for the design of electrochemical biosensors 2. MWNT are more often used for
the preparation of carbon paste electrode 3-6.
Epinephrine is an adrenal medulla hormone. It occurs also in sympathetic postganglionic
terminal and in some parts of central nervous system. It is sympathicus activator and humoral
transmitter of sympathetic excitement to target tissue 7. Epinephrine falls into the
catecholamines group. The principal catecholamines are norepinephrine, epinephrine and
dopamine. Catecholamines include compounds with a dihydroxyphenyl group and an amino
group. By electrochemical oxidation, catecholamines are easily converted into quinone
species 8. Catecholamines oxidation is electrochemically reversible and this fact eliminates or
limits the interference from compounds whose oxidation is not chemically reversible, e.g.
from oxygen. ED also enables to obtain high sensitivity without derivatization. Other methods
for epinephrine assay and study are capillary electrophoresis 9,10 and flow injection
analysis 11-13. Very often used detection methods are fluorescence, chemiluminescence and
mass spectrometry.
Epinephrine was purchased from Zentiva (Prague, Czech Republic) as a solution containing
epinephrini hydrochloridum 1.2 mg (epinephrinum 1 mg) in 1 cm3 of injection solution. All
experiments were carried out in Britton-Robinson (B-R) buffer solution prepared by mixing
0.2 mol⋅dm-3 sodium hydroxide with acidic solution (0.4 mol·dm-3 each of boric acid,
phosphoric acid and acetic acid – all p.a., Sigma Aldrich, USA). Carbon nanotubes were
purified by a treatment with a concentrated nitric acid as written in literature 14. The modified
carbon paste was prepared by mixing the carbon powder with CNT and then with mineral oil.
The paste was carefully hand-mixed for about half an hour in a mortar. A 4330 Conductivity
& pH Meter (Jenway Ltd., Essex, UK) fitted with the combined glass electrode was employed
to measure the pH of the solutions. Differential pulse voltammograms were obtained with
PalmSens (Palm Instruments BV) controlled by PalmSensPC software (Ivium Technologies,
Netherland). Appropriate measurements were carried out in the three-electrode system
consisting of working miniaturized carbon paste electrode, (University of Pardubice, Czech
Republic), silver/silver chloride, 3 mol⋅dm-3 KCl reference electrode RE-5B (BASi, USA) and
a platinum wire as the auxiliary electrode (Monokrystaly, Turnov, Czech Republic).
Instrumental parameters were: applied potential range 0 to +1000 mV; scan rate 20 mV·s-1;
pulse amplitude +50 mV, pulse time 0.070 s.
The carbon pastes containing 0, 10, 20, 30, 50 and 100 % (m/m) of SWNT were used as an
electrode material for voltammetric determination of epinephrine. The influence of pH on
voltammetric behaviour of epinephrine in B-R buffer pH 2 – 12 was studied. Concentration of
measured epinephrine solution was 1·10-5 mol·dm-3. In B-R buffer media pH 2 - 7 was
obtained one peak of epinephrine, that broadened in more alkaline media. In B-R buffer pH
11 and 12, no peak of epinephrine was recorded and the potential window narrowed down. B-
47
R buffer pH 6 was chosen for the following calibration measurements with all kinds of carbon
paste. Curve parameters and correlation coefficients for dependency of epinephrine peak
height on epinephrine concentration obtained using linear regression method are shown in
Table I. The Figure 1 shows the comparison of peak heights obtained with different kinds of
carbon paste. The carbon pastes containing 20 or 30 % of SWNT afford the lowest peaks and
the best results are obtained with carbon paste modified with 50 % of SWNT. Also adsorptive
stripping differential pulse voltammetry was used for determination of epinephrine, but
epinephrine did not accumulate on the carbon paste. The peak heights and areas did not
change significantly with increasing accumulation time tacc.
4000
I, nA
3000
2000
1000
0
2
4
6
8
10
12
pH
Fig. 1. The comparison of peak height (IP) of 1·10-5 mol·dm-3 solution of epinephrine in B-R
buffer with different pH; carbon paste modified with 0 % SWNT (■); 10 % SWNT (□); 20 %
SWNT (●); 30 % SWNT (○); 50 % SWNT (▲); 100 % SWNT (∆).
Table I
Curve parameters and correlation coefficients for dependency of epinephrine peak height on
epinephrine concentration obtained using linear regression method; in B-R buffer pH 6.
Concentration
Slope
Intercept
Correlation
Type of carbon
(µA·µmol-1·dm3)
paste
(µA)
coefficient
range (mol⋅dm-3)
0 % SWNT
1⋅10-6 – 1⋅10-5
0.018
+ 0.009
0.998
10 % SWNT
6⋅10-6 – 1⋅10-4
0.028
+0.094
0.997
20 % SWNT
1⋅10-6 – 5.5⋅10-5
0.014
+0.001
0.993
30 % SWNT
4⋅10-6 – 5.5⋅10-5
0.016
+0.024
0.997
50 % SWNT
4⋅10-7 – 5.5⋅10-5
0.022
+0.012
0.992
100 % SWNT
4⋅10-6 – 1⋅10-5
0.014
+0.077
0.990
Carbon paste modified by 10, 20, 30 or 50 % (m/m) of SWNT was tested for determination of
epinephrine and compared with bare carbon paste and carbon paste made of SWNT only. B-R
48
buffer pH 6 was chosen as optimal media for measurement with all types of carbon paste
electrode. The limits of detection were 1·10-6, 6·10-6, 1·10-6, 4·10-6, 4·10-7 and 4·10-6 mol·dm-3
for carbon paste modified with 0, 10, 20, 30, 50 and 100 % of SWNT, respectively. The
results show, that the higher amount of SWNT did the carbon paste contained the higher peak
of epinephrine was obtained. The carbon paste containing 50 % of SWNT was chosen for
following measurements with several catecholamines (dopamine, norepinephrine, epinephrine
and DOPA).
Acknowledgment
The work was financially supported by Grant Agency of Charles University (project No.
34607/2007/B) and Ministry of Education, Youth and Sports of Czech Republic (projects No.
LC 06035, project No. RP 14/63 and No. MSM 0021620857).
References
1. Ijima S.: Nature 354, 56 (1991).
2. Zhao Q., Gan Z., Zhuang O.: Electroanalysis 14, 1609 (2002).
3. Rivas G. A., Rubianes M. D., Pedano M. L., Ferreyra N. F., Luque G. L., Rodriguez M.
C., Miscoria S. A.: Electroanalysis 19, 823 (2007).
4. Zheng L., Song J.: Talanta 73, 943 (2007).
5. Chicharro M., Sanchez A., Bermejo E., Zapardiel A., Rubianes M. D., Rivas G. A.: Anal.
Chim. Acta 543, 84 (2005).
6. Rubianes M. D., Rivas G. A.: Electroanalysis 17, 73 (2005).
7. Wenke M. Farmakologie, Avicenum, Praha 1984.
8. Koštíř J. Biochemie, Avicenum, Praha 1974.
9. Sabbioni, C.; Saracino, M.A.; Mandrioli, R.; Pinzauti, S.; Furlanetto, S.; Gerra, G.; Raggi,
M.A.: J. Chromatogr. A 1032, 65 (2004).
10. Kumarathasan, P.; Vincent, R.: J. Chromatogr. A 987, 349 (2003).
11. Sanger-van de Griend, C.E.; Ek, A.G.; Widahl-Nasman, M.E.: J. Pharm. Biomed. Anal.
41, 77 (2006).
12. Wei, S.L.; Song, G.Q.; Lin, J.M.: J. Chromatogr. A 1098, 166 (2005).
13. Zhao, C.; Shao, C.; Li, M.; Jiao, K.: Talanta 71, 1769 (2007).
14. Valentini F., Amine A., Orlanducci S., Terranova M. L., Palleschi G.: Anal. Chem. 75,
5413 (2003).
49
Voltammetric Determination of a Mixture of Aminoquinolines Using Carbon Film
Electrode
Ivan Jiránek and Jiří Barek
Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Analytical Chemistry,
UNESCO Laboratory of Environmental Electrochemistry, Hlavova 2030, 128 43 Prague 2,
Czech Republic, E-mail: [email protected]
Introduction
Concern about environmentally friendly behavior led in the field of analytical chemistry to
the concept of so called “Green analytical chemistry”. One of trends connected with this idea
is an effort of substitution of mercury electrodes in the field of electrochemistry. Therefore
several types of various electrodes were developed, among them also carbon film electrode
(CFE) used in this study 1.
CFE itself consists of a carbon film covering surface of any solid electrode (AgSAE in this
case) which serves as a conductor only. Carbon film is created by immersing surface of solid
electrode into the carbon ink prepared by mixing carbon powder with polystyren dissloved in
some solvent. Electrochemical properties of the electrode are connected with the film, it
means with carbon material which is advantageous from this point of view for its wide
potential window (cca 3 V), high sensitivity and low noise together with its low price.
For the sake of study of CFE’s properties, aminoquinolines - namely 5-aminoquinoline (5AQ), 6-aminoquinoline (6-AQ) and 8-aminoquinoline (8-AQ) (previously determined by
different types of electrodes 2-4) were chosen as a model substances. Aminoquinolines
represent a group of environmentally dangerous compounds 2-5 easily anodically oxidizable
thanks to presence of amino group attached to the quinoline skelet. Structurally are closely
related to NPAHs (nitrated polycyclic aromatic hydrocarbons) known as carcinogenic and
mutagenic substances. Aminoquinolines are also known as a structure base of drugs used
against malaria and were tested as anticancer agents 6-8.
Materials and methods
Differential pulse voltammetry (DPV) at carbon film electrode (CFE) was used for
determination of a mixture of aminoquinolines using Eco-Tribo Polarograph driven by
software PolarPro version 5.1 (Polaro-Sensors, Prague) under the operational system
Microsoft Windows XP (Microsoft Corp.). All measurements were carried out in a threeelectrode system. Platinum wire as an auxiliary electrode, silver/silver chloride reference
electrode RAE 113 (1 mol·L-1 KCl, Monokrystaly Turnov, Czech republic) and CFE (AgSAE,
disk diameter 0.55 mm, covered by carbon ink film) as a working electrode were used. Unless
stated otherwise, the scan rate 20 mV·s-1, the pulse amplitude 50 mV and pulse width 80 ms
were used. Electrochemical regeneration of CFE by application of 300 potential jumps
between +100 mV (initial) and +600 (final) mV, each for 0.05 s. CFE was created by
covering AgSAE's surface by a carbon film. The film is formed after immersing electrode's
surface in conductive ink (the active part of the electrode just touch the surface of the ink).
The ink was prepared by mixing 0.01 g of polystyrene and 0.09 g of carbon powder
(crystalline graphite 2 μm, CR 2 Maziva Týn, Czech Republic) in 0.5 mL of dichlorethane
and was thoroughly homogenized by intensive agitation for 5 minutes. Two minutes after
immersing dichlorethane evaporates and the film, resp. CFE is ready to use. When it is
necessary to renew the old film (for example because of passivation) it can be easily removed
by wiping it off with a filter paper. New film is created by procedure described above.
50
Results and discussion
A mixture of 5-AQ, 6-AQ and 8-AQ was analyzed DPV. Preliminary investigation showed up
that only peaks of 6-AQ and 8-AQ are separated enough (Figure 1 and 2). For measurement
of concentration dependences, BR buffer of pH 4 was chosen because of optimal combination
of a good resolution and satisfactory height of peaks of both substances (6-AQ and 8-AQ;
Figure 1 and 2). Calibration dependences of 6-AQ in the presence of 8-AQ and of 8-AQ in
presence of 6-AQ in the concentration range (2 – 10)·10-6 mol·L-1 were measured. Constant
concentration of the other substance was 0, 2, 4, 6, 8 and 10·10-6 mol·L-1, respectively.
Appropriate parameters of all calibration dependences are summarized in Table 1. For the
sake of illustration selected voltammograms of calibration dependences of 8-AQ in the
presence of 6-AQ and 6-AQ in the presence of 8-AQ are depicted in Figures 3 and 4.
1000
Ep [mV]
1
2
800
3
600
400
2
4
6
8
10
12
pH
I [nA]
Fig. 1. Dependence of DPV peak potential of 6-AQ (1), 5-AQ (2) and 8-AQ (3) on pH of BR
buffer medium.
8
50 nA
7
6
5
4
2
3
1
300
600
900
1200
E [mV]
Fig. 2. DP voltammograms of BR buffer pH 4 (1), substances and mixtures: 8-AQ (2); 5-AQ
(3); 6-AQ (4); 8-AQ and 5-AQ (5); 6-AQ and 5-AQ (6); 8-AQ and 6-AQ (7) and 8-AQ, 5-AQ
and 6-AQ (8) in BR buffer pH 4. Concentration of all substances (individually or in mixtures)
was 1.10-5 mol.L-1.
51
8-AQ
200
6-AQ
7
I [nA]
6
5
4
3
150
2
1
100
400
600
800
1000
E [mV]
Fig. 3. DP voltammograms of a mixture of 8-AQ and 6-AQ at CFE in BR buffer pH 4.
Concentration of 8-AQ was 0 (1), 2.10-6 (2), 4.10-6 (3), 6.10-6 (4), 8.10-6 (5)
and 10.10-6 (6) mol.L-1, concentration of 6-AQ was constant 2.10-6 mol.L-1.
350
7
6-AQ
I [nA]
6
5
8-AQ
4
3
300
2
1
250
400
600
800
1000
E [mV]
Fig. 4. DP voltammograms of a mixture of 8-AQ and 6-AQ at CFE in BR buffer pH 4.
Concentration of 6-AQ was 0 (1), 2.10-6 (2), 4.10-6 (3), 6.10-6 (4), 8.10-6 (5)
and 10.10-6 (6) mol.L-1, concentration of 8-AQ was constant 6.10-6 mol.L-1.
52
Table I.
Parameters of calibration dependences of 8-AQ in the presence of 6-AQ and of 6-AQ in the
presence of 8-AQ.
Slope
Intercept
Correlation
Concentration of Concentration of
6-AQ [mol·L-1]
[µA·mol-1·L]
[µA]
coefficient
8-AQ [mol·L-1]
-6
6
(2 – 10)·10
0
4.44·10
4.98
0.9977
-6
-6
6
(2 – 10)·10
2·10
3.40·10
4.27
0.9980
-6
-6
6
4·10
2.73·10
5.66
0.9817
(2 – 10)·10
-6 *
-6
6·10
(2 – 10)·10
-6 *
-6
8·10
(2 – 10)·10
-6 *
-5
1·10
(2 – 10)·10
-6
6
0
(2 – 10)·10
4.51·10
6.29
0.9967
2·10-6
(2 – 10)·10-6
3.92·106
2.58
0.9986
-6
-6
6
(2 – 10)·10
3.59·10
2.27
0.9958
4·10
-6
-6
6
(2 – 10)·10
2.90·10
1.96
0.9950
6·10
-6
-6
6
(2 – 10)·10
1.97·10
3.94
0.9848
8·10
-5
-6
6
(2 – 10)·10
1.31·10
1.45
0.9903
1·10
* - These dependences are not linear
Conclusion
The newly developed method is suitable for the determination of 8-AQ in the presence of
6-AQ in the concentration range of 8-AQ 2 – 10·10-6 mol·L-1 in the presence of 6-AQ of
concentration from 0 to 4·10-6 mol·L-1 and for determination of 6-AQ in the presence of 8-AQ
in the concentration range of 6-AQ 2 – 10·10-6 mol·L-1 in the presence of 8-AQ at
concentration from 0 to 10·10-6 mol·L-1. With increasing concentration of remaining substance
(6-AQ, resp. 8-AQ) the sensitivity of determination is decreasing and it is more difficult to
evaluate corresponding voltammograms.
Acknowledgement
This work was financially supported by the Czech Ministry of Education, Youth and Sports
(project LC06035 and project MSM 0021620857).
References
1. Yosypchuk B., Barek J., Fojta M.: Electroanalysis 18, 1126 (2006).
2. Barek J., Fischer J., Navrátil T., Pecková K., Yosypchuk B., Zima J.: Electroanalysis 19,
2003 (2007).
3. Zima J., Stoica A. I., Zítová A., Barek J.: Electroanalysis 18, 158 (2006).
4. Stoica A. I., Zima J., Barek J.: Anal. Lett. 38, 149 (2005).
5. http://monographs.iarc.fr/monoeval/crthgr02a.html, downloaded 10th March 2005.
6. Green N., Hu Y. H., Janz K., Li H. Q., Kaila N., Guler S., Thomason J., Joseph-McCarthy
D., Tam S. Y., Hotchandani R., Wu J. J., Huang A. R., Wang Q., Leung L., Pelker J.,
Marusic S., Hsu S., Telliez J. B., Hall J. P., Cuozzo J. W., Lin L. L.: J. Med. Chem. 50,
4728 (2007).
7. Aragon P. J., Yapi A. D., Pinguet F., Chezal J.M., Teulade J.C., Chapat J. P., Blafne Y.:
Chem. Pharm. Bull. 52, 659 (2004).
8. Vlahov R., Parushev, Vlahov J.: Pure Appl. Chem. 62, 1303 (1990).
53
Amperometrická detekce v HPLC s využitím BDD elektrody
David Jirovský a, Zdenka Bartošová a, Aleš Horna b
a
Katedra analytické chemie, Univerzita Palackého, Tř. Svobody 8, Olomouc 771 46
b
Univerzita Tomáše Bati, Univerzitní institut, Centrum výzkumu potravin, Zlín
& Radanal s.r.o., Okružní 613, Pardubice, Česká republika
HPLC s elektrochemickou detekcí (HPLC/ECD) sehrává dnes nezastupitelnou roli při analýze
zejména biologicky aktivních látek. Selektivita těchto detekčních systémů je dána skutečností,
že pouze molekuly podléhající za daných podmínek oxidaci nebo redukci dávají proudovou
odezvu.
Během několika dekád, během nichž se z HPLC/ECD vyvinula špičková moderní
instrumentální technika, se rutinně využívaly především elektrodové materiály, které se
osvědčily v klasických voltmetrických technikách, tj. zejména platina, zlato a různé formy
uhlíku.
Přes celou řadu výhodných vlastností těchto materiálů je jedním z omezujících faktorů jejich
využitelný potenciálový rozsah, vymezující současně jejich aplikovatelnost na látky, které
v tomto rozmezí podléhají elektrochemické konverzi.
Borem dopovaná diamantová elektroda (BDD) je nový typ amperometrické elektrody pro
HPLC/ECD, který v sobě spojuje výhody v současnosti používaných tuhých elektrod
s výhodami materiálu, který vyniká rozšířeným potenciálovým rozsahem, excelentní
inertností a nízkým šumem. Současně má velmi malé sklony k pasivaci, a to i při vysokých
kladných potenciálech. Díky těmto unikátním vlastnostem umožňuje detekci látek, které
nebylo dosud možné elektrochemicky detekovat a posunuje tím výrazně analytické hranice
techniky HPLC/ECD.
Poděkování
Autoři děkují za finanční podporu práce výzkumnému záměru MSM 6198959216.
54
A New Type of Capacitive Transducer for the Determination of Ions
Kurt Kalcher a, Anchalee Samphao b and Franc Svegl c
a
Institute of Chemistry – Analytical Chemistry, Karl-Franzens-University, Universitaetspl. 1,
A-8010 Graz, Austria; E-mail: [email protected]
b
Ubon Ratchathani University, Department of Chemistry, Faculty of Science, Ubon
Ratchathani, 34190 Thailand; E-mail: [email protected]
c
National Institute of Civil Engineering, ZAG, Dimiceva 4, SI-1000 Ljubljana, Slovenia,
E-mail: [email protected]
Introduction
A new type of capacitive transducer, which can be used as a base for chemical sensors, is
presented here. In contrast to classical capacitive sensors which rely on the change of the
dielectric property of the capacitor we have worked out a design, where the effective change
of the surface is the parameter responsible for the capacity change.
Compared to ion selective field effect transistors where also a capacitive effect causes the
measurable effect the new sensors are simpler in practical setup because they do not require a
reference electrode.
Experimental
On glass lamellas (20 x 20 mm, thickness 0,2 mm) a self adhesive circular paper (diameter 8
mm) was attached centrically. Gold was sputtered on both sides (usual thickness 24 nm or
more) with a sputter device (BAL TEC SCD 005). The paper was removed afterwards, and
gold on the edges was removed with a fine sand paper. Contact wires were attached on both
sides of the capacitor, which was finally sealed with a glue (two components) leaving the
spare circular area and a small brim of the gold layer uncovered. The capacitor was soldered
parallel with an inductor (470 µH).
The general scheme of the experimental set-up employed for measurements is shown in Fig.1.
The oscillator was combined with an excitation circuit and a frequency counter (MXC-1600
universal counter, VoltCraft) connected to a personal computer via its RS 232 interface for
recording the data.
The evaluation of data was done with a personal computer by a laboratory-written software
written in Visual Basic. The software read one data point per second.
circuit
sensing Area
inductor
excitation
capacitor
frequency
counter
PC
Fig.1. Basic measuring configuration to determine the capacitance of the sensor
Results and discussion
By using the measuring device as described in the experimental part the capacity is measured
via the resonance frequency of the LC oscillator with known and constant inductivity L.
The model of the working principle is shown in Fig. 2. If ions are present in the solution
applied to the spare area of the transducer (sensing area) the capacitor plate dimensions are
increased leading to an increase of capacitance.
55
Au + + + + + +
Glass
Au
++++ + +
a
solution applied
+
+
Au + + + + + +
Glass
Au
+
+
+
+
+
++++++
b
Fig. 2. Plate polarizations in the absence (a) and the presence (b) of a solution containing ions
Figure 3 shows some exemplary results as obtained with sodium, potassium and calcium
chloride. The sensors give exploitable responses in the range from 2⋅10-2 to 10-4 mol/L of ion
equivalent concentration.
220
218
216
Capacitance (pF)
CaCl2
KCl
NaCl
214
212
210
208
206
204
2
3
4
5
6
7
pX
Fig. 3. Dependence of the capacitance on the type and concentration of electrolytes; sensing
area 28 mm2; gold layer 24 nm; glass thickness 0,2 mm; total size 20 x 20 mm; inductance
470 µH; applied volume 200 µL; batch operation.
Conclusions
The capacitive transducer is simple, reliable, and has a long operational and storage lifetime.
It has promising features for application as sensor to detect ions.
Acknowledgements
This research was supported by the Royal Thai Government.
56
Měření koncentrací významných iontů v živých buňkách pomocí fluorescenčních sond
Jan Krůšek
Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i., Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4, Česká republika,
E-mail: krusek@biomed. cas. cz
Měření koncentrací iontů v roztocích je častá úloha, ke které se používá řada různorodých
metod a přístupů. Speciální úloha měření koncentrací iontů uvnitř živých buněk v reálném
čase je velmi zajímavá pro výzkumníky z mnoha různých oborů biologie a biomedicíny.
Elektrochemická metoda využívající iontově selektivní mikroelektrody s kapalným
iontoměničem byla rozvinuta v 70. letech 1 a asi největších úspěchů zaznamenala při měření
draselných iontů a pH. Nevýhodou metody při měření uvnitř buněk je nutnost zavést
mikroelektrodu do buňky, což se zvláště u malých buněk neobejde bez značného poškození a
zkreslení výsledků.
V současné době je asi nejrozšířenější metodou měření změn intracelulárních koncentrací
iontů použití speciálních fluorescenčních sond. Stále se rozšiřuje sortiment molekul, které
mění své spektrální vlastnosti po navázání určitého ligandu. Zvlášť významnou skupinou
mezi nimi jsou fluorescenční molekuly, jejichž excitace nebo emise se mění po navázání
určitého iontu. Změny se mohou týkat jak intenzity fluorescence, tak průběhu excitačního a
emisního spektra i doby života fluorescence. Byl syntetizován sortiment barviv, která
pokrývají širokou škálu iontů. Jednotlivá barviva vhodná pro jeden ion se ještě dále odlišují
v použitých spektrálních rozsazích excitace a emise a v rozsahu koncentrací, ve kterém jsou
schopné efektivně detekovat změny. Některé z iontů se projevují zhášením fluorescence.
Asi nejširší sortiment fluorescenčních sond byl vyvinut pro měření koncentrace volného Ca2+,
protože tento ion funguje jako důležitý vnitrobuněčný signál a proto je v centru zájmu.
Zásadní výhodou, která usnadňuje měření změn vnitrobuněčného Ca2+ je to, že očekávaně
fyziologické změny jsou často i o několik řádů koncentrace. V současné době se nejčastěji
používají sondy Fura-2 a Fluo-3 a Fluo-4. Tyto sondy jsou použitelné v rozsahu přirozené
vnitrobuněčné koncentrace Ca2+ 10-8 – 10-6 M; mimo tuto oblast jejich citlivost silně klesá.
Emitují v oblasti modrozeleného světla ale Fura-2 se excituje v ultrafialové oblasti, zatímco
obě sondy Fluo se budí v modré oblasti spektra. Celá skupina fluorescenčních sond na měření
koncentrace Ca2+ pokrývá celé optické spektrum a rozsah koncentrací jde až do milimolárních
hodnot.
U ostatních dvojmocných iontů existují více nebo méně selektivní sondy pro Mg2+, Mn2+,
Zn2+, Cu2+, Fe2+, Ni2+, Co2+, ale i pro těžké kovy, jako Hg2+, Pb2+, Ba2+ a Cd2+.
Experimentálním problémem je, že protože selektivita sond mezi těmito ionty není většinou
dostatečná, je potřeba předem vědět, který ion chceme detekovat a zajistit, aby se pozadí
ostatních iontů neměnilo.
Sledování trojmocných iontů jako Fe3+, Al3+, La3+ a Tb3+ je také možné, ale většinou se
k němu používají sondy jinak používané pro měření dvojmocných iontů, takže je nutné zajistit
konstantní iontové podmínky.
Ze sond pro jednomocné kationty jsou používány sondy pro měření pH, Na+ a K+. Selektivita
mezi ionty K+ a Na+ ale není příliš veliká a také očekávané změny koncentrace jsou mnohem
menší než u vápníku.
57
Ze sond pro anionty jsou používány sondy pro chloridové ionty, z nichž některé mohou
detekovat i ostatní halogenidy.
Přehled o dosažitelném sortimentu sond a jejich vlastnostech je možné získat z katalogů
výrobců, například Invitrogen/Molecular Probes 2.
Bylo vyvinuto několik metod, jak dopravit dostatečnou koncentraci vhodné sondy do
cytoplasmy studovaných buněk. Nejčastější je použití tzv. AM-forem sond
(acetoxylmethylesterové). Molekula sondy je ve funkční podobě většinou elektricky nabitá a
neprochází buněčnou membránou. Chemicky modifikovaná sonda má nabité skupiny
maskovány tak, že nenese žádný náboj a může vstupovat do buněk. V buňce jsou působením
vhodných enzymů (esteráz) maskující skupiny odštěpeny, molekula sondy získává zpět
elektrický náboj a nemůže již z buňky uniknout. Tímto způsobem může dojít i
k několikanásobnému navýšení koncentrace funkční sondy v cytoplasmě proti původní
koncentraci prekurzoru v okolním roztoku.
Postupně bylo rozvinuto několik technik měření. Parametry fluorescence celé populace buněk
můžeme měřit pomocí fluorescenčního spektrometru. Výhodou je, že můžeme měřit změny
jak v emisi, tak v excitaci bez spektrálního omezení. Rychlost časových měření je někdy
omezena, pokud chceme měřit celá spektra. Pokud se omezíme na měření jen určitých
vlnových délek, měření se může výrazně zrychlit. Největším omezením tohoto způsobu
měření je že sledujeme průměrné hodnoty signálů z celé populace buněk a individuální
rozdíly nám unikají.
Signály z jednotlivých buněk a statistiku v rámci populace poskytuje průtoková cytometrie.
Na vhodně zvolených vlnových délkách emise sledujeme signály z jednotlivých buněk
v suspenzi posupně rychle protékajících paprskem excitačního laseru. Na moderních
přístrojích můžeme současně sledovat i větší počet různých fluoroforů. Nevýhodou metody je
nutnost používat buňky v suspenzi, což u některých, zejména přisedle rostoucích buňkách,
může být zdrojem artefaktů.
Různé metody fluorescenční mikroskopie touto nevýhodou netrpí. Použití klasického nebo
konfokálního fluorescenčního mikroskopu umožňuje sledovat v čase chování jednotlivých
identifikovaných buněk. Různé modifikace mikroskopů umožňují i měřit excitační a emisní
spektra i doby života fluorescence. Limitace metody vyplývají z kombinace tří parametrů:
intenzity fluorescence z jedné buňky, obrazového rozlišení použité kamery a časové rychlosti
snímání. Vysoká citlivost kamer umožňuje rychlé snímání. Citlivost a obrazové rozlišení silně
závisejí na kvalitě kamery a použité optiky, které se významně projevují v ceně přístroje.
Rychlost snímání ale zásadním způsobem závisí i na intenzitě fluorescence. Tvůrci nových
fluorescenčních sond se snaží o co nejintenzivnější emisi a fotostabilitu molekul. Intenzita
záření samozřejmě závisí na koncentraci fluorescenční sondy v cytoplasmě, což je faktor,
který je omezen potenciálními škodlivými účinky cizorodé molekuly na studované funkce
buněk. U některých digitálních kamer můžeme rychlost měření výrazně zvýšit i omezením
rozlišovací schopnosti.
Jednou z nevýhod fluorescenčních barviv je častá nerovnoměrnost v obarvení různých buněk i
nestejnoměrnost v intenzitě obarvení z různých částí jedné buňky. To může být způsobeno
buď skutečně různou koncentrací barviva v cytoplasmě, ale i nestejnou výškou sloupce
obarvené cytoplasmy v různě silných buňkách nebo částech buněk, kterou není schopen
klasický mikroskop rozlišit. Protože detekované změny optického signálu závisejí přímo i na
58
původní koncentraci barviva, byly vyvinuty metody, jak tuto závislost odstranit. U některých
sond je spektrální poloha maxima excitace nebo fluorescence jiná u volné molekuly a u
molekuly obsazené detekovaným iontem. Změna fluorescence vyvolaná navázáním
studovaného iontu se pak projevuje ve změně tvaru spektra. V takovém spektru je pak
výhodné vyhledat různé oblasti, ve kterých je znaménko iontem vyvolaných změn opačné,
nebo oblast, kde je změna nulová. Vydělením signálů získaných z vhodně vybraných částí
spektra můžeme dosáhnout toho, že výsledný signál není závislý na koncentraci fluorescenční
sondy, ale jen na vazbě detekovaného iontu. Tomu se říká poměrové měření a je možné jak
v emisi, tak v excitaci. Jinou možností, jak odstranit nežádoucí závislost na koncentraci
fluorescenční sondy je měření dob života excitovaného stavu. U některých sond je navázání
sledovaného iontu provázeno změnou doby života excitovaného stavu a tím i změnou
rychlosti dohasínání fluorescence. Tato změna je nezávislá na koncentraci sondy, ale závisí
jen na koncentraci studovaného iontu a je možné ji měřit pomocí speciálních přístrojů 3.
Porovnání a výběr vhodných sond z hlediska jejich spektrálních vlastností usnadňují
informace buď v katalogu výrobce 2, nebo na webu 4.
Největší nevýhodou měření změn koncentrací pomocí fluorescenčních sond je ne vždy
dostatečná selektivita a přesnost kalibrace. Řada sond reaguje podobně na různé chemicky
podobné ionty, i když často s různou citlivostí. Pokud si nejsme jisti, který ion se ve
studovaném preparátu mění, je možné použít kombinaci různých vhodně vybraných sond,
které nám částečně mohou pomoci změnu lépe identifikovat.
Kalibrace sond je nedokonalá zejména proto, že citlivosti sond mírně závisí i na přítomnosti
ostatních iontů, které v cytoplasmě živé buňky nemůžeme přesně kontrolovat. Proto je lépe
údaje o absolutních koncentracích iontů považovat spíše za orientační. Naproti tomu detekce
změn koncentrací iontů bývá mnohem spolehlivější.
Z hlediska selektivity se jako perspektivní se jeví použití geneticky kódovaných sond.
Molekuly známých fluoreskujících proteinů mohou být metodami molekulové biologie
vhodně propojeny s bílkovinnou molekulou selektivně vážící studovaný ion (nebo jinou
molekulu). Vhodně zkonstruovaný fúzní protein si může zachovat vysokou selektivitu vazby
propojenou s vhodnou změnou opticky detekovatelných vlastností fluoroforu. Takovou sondu
si studovaná buňka může vyrobit sama na základě genetické informace dopravené do
cytoplasmy. U takových sond můžeme dokonce vložením „adresy“ určit, ve které části buňky
budou měřit. Rostoucí množství informací o unikátních vazebných vlastnostech různých
proteinů dává naději na nové generace selektivnějších detekčních systémů založených na
fluorescenci.
Literatura
1. Koryta J., Štulík K.: Iontově selektivní elektrody, Academia Praha 1984
2. Haugland R. P.: Handbook of Fluorescent Probes and Research Products 9th Edition
Molecular Probes Inc.(2002).
3. Lakowicz J. R.: Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third Edition, Springer; 2006
invitrogen.
com/site/us/en/home/support/Research-Tools/Fluorescence4. http://www.
SpectraViewer. html staženo 7. 4. 2009.
59
Electrochemical Nucleic Acid-Based Biosensors: Terms and Methodology
Jan Labuda
Institute of Analytical Chemistry, Faculty of Chemical and Food Technology, Slovak
University of Technology in Bratislava, 812 37 Bratislava, Slovakia;
E-mail: [email protected]
This work reports on the IUPAC project 2006-026-1-500 “Electrochemical nucleic acidsbased biosensors: terms and methodology” solved within the Analytical Chemistry Division
from 2007 to 2009. The previously published IUPAC technical report “Electrochemical
biosensors: recommended definitions and classification”1 did not deal extensively with
nucleic acids as the biological recognition element but considered the work on other types of
biosensors. Since that time a significant progress in the development and application of
electrochemical sensors based on deoxyribonucleic acid (DNA) and other nucleic acids
(including aptamers and peptide nucleic acids) has been achieved. On the other hand, so far
there have been no efforts to essential classification in this dynamically developing field.
An electrochemical nucleic acid-based biosensor is defined as the biosensor which integrates
a nucleic acid as the biological recognition element and an electrode as the electrochemical
signal transducer. In this regard, the previous IUPAC report on electrochemical biosensors1 is
fully acceptable for electrochemical nucleic acid-based biosensors including the biosensor
definition and information obtained. From the point of view of electroanalytical chemistry,
the electrochemical nucleic acid-based biosensor represents a nucleic acid modified electrode
which is used mostly in voltammetric and chronopotentiometric detection modes. Recently,
measurements of electrochemical impedance have become increasing application for the NAbased biosensors.
A sensor is a device that responds to some stimulus by generating a functionally related
output2. NA-based biosensors belong to the family of chemical sensors. In this case, these
analytical devices transform (bio)chemical stimulus from an analyte in relation to NA into the
analytically useful information (analyte concentration, NA chemical structure and/or its
change, etc.). Terms of sensor and sensing or assay are sometimes puzzled. Here, it is
necessary to distinguish strictly between the NA biosensors and NA sensing. While at the
electrochemical NA biosensor, the NA has to be in an intimate contact with the electrode
prior to and during the NA interaction with an analyte, the NA electrochemical sensing is of
broader meaning when the interaction of any NA with an analyte or NA itself is detected
/measured electrochemically.
According to1, the biosensors can be classified considering biological specificity – conferring
mechanism, mode of signal transduction and analytes or reactions that they monitor. The
classification of the biosensors according to the 3rd point of view i.e., analytes or reactions, is
also acceptable for the electrochemical nucleic acid-based biosensors, only the ratio of the NA
biosensors utilization is shifted from analytes more to reactions of NA when compared to the
enzyme- and immuno-sensors. Specificity of the biosensor response1 can be also accepted as a
typical feature of the device. DNA-based sensors take advantage of the DNA strands’ lock
and key properties to achieve their selectivity3. Typically, specificity/selectivity is induced by
both a selective nucleic acid surface film and chemical properties of an analyte. The NA
based biosensors are specific either to the analyte (nucleotide bases sequence, protein) or to
NA itself (its damage). Contrary to analytical selectivity, this specificity covers also the
response to a group/family of analytes.
60
The report provides terms and methodology related to biorecognition elements, detection
principles, type of interactions to be addressed, construction and performance of the
electrochemical nucleic acids biosensors including their critical evaluation which should be
valuable for a wide audience from academic, biomedical, environmental and food-testing,
drug-developing etc. labs to sensors producers.
Acknowledgement: The author as the task group chairman thanks the task group members
Prof. Ana Maria Oliveira Brett, Prof. Gennady Evtugyn, Prof. Miroslav Fojta, Prof. Marco
Mascini, Prof. Mehmet Ozsoz, Prof. Ilaria Palchetti, Prof. Emil Palecek, and Prof. Joseph
Wang for the colaboration. The work was supported by the IUPAC (ACD project No. 2006026-1-500) and the Grant Agency VEGA (Project No. 1/0852/08) of the Ministry of
Education of Slovakia.
References
1. Thévenot D. R., Toth K., Durst R. A., Wilson G.S.: Pure Appl. Chem. 71, 2333 (1999).
2. Göpel W., Hesse J., Zemel J. N.: Sensors: A Comprehensive Survey. WCH, Weinheim
(1991).
3. Kalantar-zadeh K., Fry B.: Nanotechnology-Enabled Sensors. Springer Science+Business
Media, LLC, New York (2008).
61
Využití derivátů bis(thio)močoviny jako ionoforů při přípravě fosforečnanových
iontově-selektivních elektrod
a
E. Khaled , H. N. A. Hassan a, A. Girgis b a Radovan Metelka c
a
Microanalysis Laboratory, National Research Centre, Dokki, Cairo, Egypt
b
Department of Pesticide Chemistry, National Research Centre, Dokki, Cairo, Egypt
c
Katedra analytické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Universita Pardubice,
nám. Čs. legií 565, 532 10 Pardubice
Úvod
Rychlé a jednoduché určení obsahu fosforečnanových aniontů je důležité např. při sledování
kvality vod, potravin a životního prostředí. Použití fosforečnanových iontově-selektivních
elektrod představuje jednoduchou a levnou možnost stanovení s přijatelnou přesností a
selektivitou. Při hledání vhodných ionoforů se v současné době věnuje pozornost sloučeninám
obsahujícím ve své struktuře thiomočovinu, jejíž přítomnost významně zvyšuje selektivitu pro
fosforečnanové anionty 1. Různými organickými řetězci navázanými na thiomočovinu lze
ovlivňovat sílu vodíkové vazby mezi ionoforem a sledovanými anionty a lze tak
přizpůsobovat vlastnosti ionoforu daným požadavkům na selektivitu. Podobně působí i změna
vzdálenosti mezi aktivními místy v molekule nebo zavedení cyklických struktur.
Příspěvek popisuje syntézu a možnosti použití vybraných derivátů bismočoviny a
bisthiomočoviny jako neutrálních ionoforů v iontově-selektivních elektrodách (ISE) pro
potenciometrické sledování hydrogenfosforečnanů. Připravené ionofory byly spolu
s vhodným změkčovadlem smíchány s uhlíkovým práškem pro přípravu uhlíkové pastové
elektrody nebo s přídavkem polyvinylchloridu (PVC) do formy tištěné elektrody. Bylo
optimalizováno složení jednotlivých typů elektrod a testovány potenciometrické
charakteristiky připravených senzorů, které byly porovnány s klasickou PVC membránovou
iontově-selektivní elektrodou. Zjištěné údaje o selektivitě, detekčním limitu, času odezvy a
době použitelnosti jednotlivých typů senzorů byly příznivé pro tištěné elektrody.
Materiály a metody
K přípravě senzorů byl použit vysokomolekulární polyvinylchlorid a uhlíkový prášek
(syntetický 1 – 2 µm, vše Aldrich). Jako plastifikátory sloužily o-nitrofenyloktylether
(o-NPOE, Sigma), dibutylftalát (DBP, BDH), dioktylftalát (DOP, Sigma), dioktylsebakát
(DOS) a trikresylfosfát (TCP, Fluka). Všechny chemikálie byly analytické čistoty a ke všem
experimentům byla použita redestilovaná voda.
Všechna měření byla realizována na pH-metru Metrohm 692 s využitím Ag/AgCl referentní
elektrod s dvojitým můstkem (Metrohm 6.0726.100) a kombinované pH měrné skleněné
elektrody (Metrohm 6.0202.100). Odpor připravených senzorů byl kontrolován multimetrem
46-Range Digital Multimeter (Radioshack) s propojením na osobní počítač. Body tání
připravených ionoforů byly určeny na přístroji Electrothermal 9100 (Electrothermal
Engineering Ltd.), jejich elementární analýza na Vario EL (Elementar Analysensysteme
GmbH) a IČ spektra v KBr tabletách na spektrofotometru FT/IR 300E (Jasco, Inc.). 1H-NMR
spektra byla zaznamenána na přístroji Varian Mercury 300 (Varian, Inc.).
62
Obr. 1. Schéma syntézy ionoforů na bázi derivátů bis(thio)močoviny.
Výchozí sloučenina 1 (2,2'-[1,2-ethanediylbis(thio)]bisbenzenamin) byla připravena syntézou
podle 2. Směs 1 (5 mmol) a odpovídajícího isokyanátu nebo isothiokyanátu (10 mmol) byla
míchána určitou dobu v 25 ml bezvodého tetrahydrofuranu (THF) při pokojové teplotě.
Vzniklá pevná fáze derivátu 2 (viz obr. 1) byla oddělena a krystalizována z vhodného
rozpouštědla. V případě 2e byla reakční směs vakuově odpařena do sucha, odparek následně
rozmělněn v 5 ml diethyletheru a rekrystalizován.
Tištěné uhlíkové elektrody (SPE) byly připraveny vytištěním směsi (viz Tabulka I) na substrát
z PVC, ponechány 2 h při 60 °C a po vytvrdnutí byla izolační vrstvou definována elektrodová
plocha 5 × 5 mm. Uhlíková pasta (CPE) byla naplněna do pístového držáku a uchována
v 0,001 M HPO42– ztitrovaném NaOH na pH 7,2. V případě PVC membránové elektrody byla
směs nalita do Petriho misky a po odpaření rozpouštědla vyseknuta kruhová membrána o
tloušťce 0,1 mm, která byla umístěna na změkčený konec PVC trubičky naplněné 0,001 M
HPO42– o pH 7,2 a na den ponořena do stejného roztoku.
Tabulka I.
Příprava jednotlivých senzorů.
Senzor
Optimální složení elektrodového materiálu
SPE
6 mg 2d + 1,8 g o-NPOE + 5 g PVC 8 % + 3 g uhlíkového prášku
CPE
12,5 mg 2d + 500 mg uhlíkového prášku + 200 µl o-NPOE
PVC membrána
1,8 mg 2d + 240 mg o-NPOE + 120 mg PVC + 6 ml THF
Výsledky a diskuse
Po přimíchání syntetizovaných ionoforů do různých elektrodových materiálů reagovaly takto
připravené iontově-selektivní elektrody změnou jejich potenciálu v závislosti na množství
hydrogenfosforečnanů. Z testovaných aniontů významně rušil octan, thiokyanatan a
hydrogenuhličitan, jejich kalibrační závislosti ale byly nelineární se směrnicemi od 30,5 až po
42,0 mV dekádu aktivity–1 (Obr. 2). Vyšší selektivitu pro HPO42– poskytoval ionofor na bázi
fenylsubstituované bisthiomočoviny (2d), kdy na rozdíl od derivátů s jinou funkční skupinou
nebo na bázi bismočoviny vznikají silnější vodíkové vazby se sledovanými anionty.
63
Po nalezení optimálního množství ionoforu v jednotlivých typech elektrodového materiálu byl
testován vliv použitých plastifikátorů s různou dielektrickou konstantou, ovlivňujících
polaritu elektrodové fáze, mobilitu ionoforu a tvorbu komplexů s analyzovanými ionty.
Nejlepších výsledků bylo dosaženo s o-NPOE, u ostatních látek byly zaznamenány nízké
hodnoty směrnic kalibračních závislostí. Výsledná složení jednotlivých typů iontověselektivních elektrod jsou uvedena v Tabulce I. Závislost potenciometrické odezvy
hydrogenfosforečnanových senzorů na pH byla sledována v rozmezí pH 6 – 10. Připravené
elektrody vykazovaly stabilní Nernstovské odezvy při pH 6 – 8, při nižších hodnotách se
zhoršovaly detekční limity. Všechna následující měření byla prováděna při pH 7,2.
Obr. 2. Potenciometrické odezvy PVC membránové elektrody s ionoforem 2d a o-NPOE při
pH 7,2 v přítomnosti různých aniontů.
Zjištěné analytické parametry hydrogenfosforečnanových ISE jsou shrnuty v Tabulce II.
Příznivé údaje pro tištěné elektrody podtrhuje i dlouhá doba jejich použitelnosti; při
uchovávání při 4 °C je lze použít po přípravném měření i za 4 měsíce, kdy dojde pouze
k mírné změně směrnice kalibrační závislosti.
Tabulka II.
Analytické parametry ISE s ionoforem 2d.
Senzor
PVC
*
Rovnice lineární regrese
Směrnice, mV/dekádu aktivity
-28,0 ± 2,0
Úsek, mV
-2,7 ± 2,9
Korelační koeficient
0,9980
1,0 × 10–5
Detekční limit, mol l–1
Čas odezvy, s
6
Doba použitelnosti, týdny
2–3
*
Parametry regrese určeny z pěti kalibračních závislostí.
64
CPE
-29,0 ± 1,1
27,7 ± 4,6
0,9979
4,4 × 10–6
3
4
SPE
-32,8 ± 0,5
199,4 ± 1,5
0,9997
4,0 × 10–6
2,2
16
Závěr
Příspěvek shrnuje možnosti konstrukce hydrogenfosforečnanových ISE s využitím nově
syntetizovaných ionoforů na bázi substituované bisthiomočoviny a bismočoviny. Tiskovou
technologií s uhlíkovými materiály lze tyto elektrody připravit snadno, rychle a ve velkých
sériích, přičemž stačí pouze malé množství speciálních chemikálií; 6 mg ionoforu postačí
k tisku 80 elektrod. Jejich hlavní výhodou oproti jiným konfiguracím je relativně dlouhá doba
použitelnosti.
Poděkování
Autoři děkují za podporu z bilaterálního projektu mezi Českou republikou a Egyptem (projekt
č. 27). R. M. děkuje za finanční podporu Ministerstvu školství, mládeže a tělovýchovy
(projekty MSM0021627502 a LC06035).
Literatura
1. Khaled E., Hassan H. N. A., Girgis A., Metelka R.: Talanta 77, 737 (2008).
2. Cannon R. D., Chiswell B., Venanzi L. M.: J. Chem. Soc. A 1967, 1277.
65
Tenkovrstvý bezkontaktní vodivostní detektor pro kapalinovou chromatografii
Jiří Míka, František Opekar a Pavel Coufal
Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta, Katedra analytické chemie, Hlavova 8,
128 43 Praha 2, Česká republika
E-mail: [email protected]; [email protected]
1. Úvod
V záplavě všech dnes používaných detekčních metod v kapalinové chromatografii (HPLC),
dalo by se říci, se detekce založené na měření změn impedance poněkud ztrácejí. Přitom se
však jedná o velmi elegantní a spolehlivé metody. Jak dokazuje práce 1 a citace v ní uvedené,
jsou v HPLC velmi dobře použitelné. Běžně je detekční cela tvořena tubulárními elektrodami
umístěnými vně trubičky s analyzovaným roztokem. Cílem tohoto příspěvku je dokázat, že
detekční celu lze navrhnout i s využitím thin-layer uspořádaní. Detektor s takto nově
zkonstruhovanou celou je velmi dobře použitelný pro detekci v kapalinové chromatografii i
jiných průtokových systémech. A je tak přinejmenším schopen konkurovat rozsáhle
používaným spektrofotometrickým detektorům.
2. Experimentální část
2.1. Základní testování
Samotný detektor (obr. 1.), jakožto základní stavební kámen celého výzkumu je vhodné
představit hned na úvod. Vodivostní cela je tvořena skleněnou destičkou (a) s elektrickými
kontakty, k nimž přiléhá vrstva Mylaru (b), což je polymerní fólie pokrytá tenkou vrstvou
hliníku. Odleptáním přebytečného hliníku ohřátou H3PO4 vznikají vlastní elektody. Rozměry
elektrod jsou 10 mm délka, 1mm šířka a vzájemná vzdálenost též 1 mm. Mylar přiléhá
polymerní částí k detekčnímu kanálku, čímž jsou elektrody izolovány od testované kapaliny
polymerem o tloušťce 20 μm. Detekční kanálek je vytvořen vyříznutím 1x8 mm kanálku do
vrstvy Nescofilmu (c) o tloušťce 0,24 mm. Shora je detekční kanál uzavřen teflonovým
blokem (d), kterým prochází dvě teflonové hadičky pro přívod a odvod kapaliny. Takto
připravená cela je připojena k elektronickému obvodu a tím je vytvořen detektor. Detektor (4)
je zapojen do aparatury (obr. 2) jenž se sestává z lineárního čerpadla (1) s nastavitelným
průtokem, jako zásoba mobilní fáze slouží 100 ml polyethylénová nádobka (2) opatřená
filtrem pevných částic. Vzorek je do proudu mobilní fáze dávkován šesticestným ventilem
s 10 µl smyčkou (3). Po průchodu detektorem vytéká kapalina do odpadní nádobky (5).
Důležitou součástí detektoru je zdroj střídavého elektrického napětí (6) s nastavitelnou
hodnotou amplitudy a frekvence. Pro sběr a vyhodnocování dat slouží osobní počítač (7)
opatřený měřící kartou PCI 6034 a programem LabView. Jako mobilní fáze je používána
deionizovaná voda a jako analyt chlorid draselný.
Obr. 1. Schéma detekční cely. Popis viz text.
66
2.2. Použití v HPLC.
Při tomto experimentu byla základní aparatura z obr. 2. modifikována. Lineární čerpadlo bylo
nahrazeno reciproční pumpou, změněny byly zásobní nádoby pro mobilní fázi, přidán byl
odplynovač a 10 µl dávkovací smyčka byla nahrazena smyčkou 20 µl. Po průchodu těmito
součástmi je mobilní fáze, tvořená roztokem acetonitrilu a deionizované vody, vedena do
separační kolony (MAG1; 4,6x150 mm; Biospher PSI 100 C18 5 µm). K detekci přítomnosti
analytu v mobilní fázi je používán výše popsaný vodivostní detektor a UV detektor, pracující
při 220 nm. Ke sběru a vyhodnocování dat je opět používán osobní počítač, tentokrát
vybavený programem CSW. Vzorek pro analýzu je tvořen směsí čtyř látek – kyselinou
oktansulfonovou (OCTS), mléčnou (ML), benzoovou (BEN) a kapronátem sodným (KAPR).
Obr. 2. Blokové schéma používané aparatury. Detaily v textu.
3. Výsledky a diskuze
3.1. Základní testování
a) Optimalizace hodnoty průtokové rychlosti mobilní fáze byla provedena pouze rychlým
předběžným testem. Tímto testem bylo zjištěno, že zvyšující se hodnota průtokové rychlosti
má vliv na zvýšení odezvy přístroje, avšak při průtocích vyšších než 150 µl/min je tento efekt
téměř zanedbatelný. Tudíž se jako nejvhodnější průtoková rychlost, i z hlediska rychlosti
analýzy, jevila rychlost 150 µl/min.
b) Jelikož bylo možné na zdroji střídavého napětí měnit hodnotu frekvence procházejícího
signálu, byla provedena optimalizace této frekvence. Testovány byly frekvence 50, 100, 200,
300 a 400 kHz, při maximální amplitudě 10V. Jako analyt sloužily roztoky KCl o
koncentracích od 1.10-3 do 1.10-8 mol/l. Naměřená data byla vyhodnocena, graficky
zpracována a pro přehlednost rozdělena do dvou obrázků, viz obr. 3. a obr. 4. Z důvodu
nejlepší stability signálu a dobrého poměru S/N při nízkých koncentracích analytu, byla jako
optimální zvolena hodnota 100 kHz.
10000
9000
8000
odezva
[mV]
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
50
100
150
200
250
frekvence
[kHz]
300
350
400
Obr. 3. Závislost odezvy přístroje na frekvenci vstupního střídavého napětí pro vyšší
- 1.10-4 mol/l ,
- 5.10-5
koncentrace KCl. Symboly: - 1.10-3 mol/l , - 5.10-4 mol/l,
mol/l, - 1.10-5 mol/l.
67
400
350
odezva
[mV]
300
250
200
150
100
50
0
50
100
150
200
250
frekvence
300
350
400
450
[kHz]
Obr. 4. Závislost odezvy přístroje na frekvenci vstupního střídavého napětí pro nízké
- 5.10-7 mol/l ,
- 1.10-7
koncentrace KCl. Symboly: - 5.10-6 mol/l , - 1.10-6 mol/l,
mol/l, - 5.10-8 mol/l , - 1.10-8 mol/l .
3.2. Použití v HPLC
a) Předběžným testem systému byla, s přihlédnutím ke spotřebě rozpouštědel, rozlišení píků a
malým rozměrům cely, určena optimální průtoková rychlost, 0,8 ml/min. Zároveň bylo
nalezeno i optimální složení mobilní fáze – 60% acetonitrilu, 40% deionizované vody.
b) Jak je uvedeno výše v textu, jsou pro detekci používány dva detektory zapojené v sérii.
Jelikož UV detektor pracuje v oblasti vlnových délek, při kterých intenzivně absorbuje velké
množství látek, zdá se být porovnání testovaného detektoru s UV detektorem jako dobré
kritické hledisko. Během měření byla na kolonu nastřikována směs čtyř výše zmíněných látek
o koncentracích 1; 0,5; 0,2; 0,1; 0,08; 0,05; 0,02; 0,01 mmol/l. Chromatogramy registrované
oběma detektory jsou zobrazeny na obr. 5.
B
A
4
600
600
500
500
[mV]
300
400
2
odezva
[mV]
odezva
1
400
3
3
200
300
200
100
4
1
100
0
0
0
1
2
čas
0
3
1
2
čas
[min]
3
[min]
Obr. 5. Chromatogramy analyzovaného vzorku. A – impedanční detektor, B – UV detektor.
Legenda: 1 – kyselina oktansulfonová, 2 – kyselina mléčná, 3 – kyselina benzoová,
4 – kapronát sodný. Mobilní fáze: 60%AcN, průtok – 0,8 ml/min, kolona: MAG1, 4,6x150
mm, Biospher PSI 100 C18 5 µm, v.č. 2071, rok 2006. Nástřik: 20 µl, koncentrace složek:
2,5.10-4M kys. oktansulfonová, 5.10-4M kys. mléčná, 1,25.10-3M kys. benzoová, 2,5.10-3M
kapronát sodný.
Jak je z těchto chromatogramů patrné, UV detektor není schopen registrovat všechny
procházející látky. Na obr. 6. jsou zobrazeny závislosti výšek píků na koncentraci složek
68
vzorku pro detekované látky. Lineárními částmi kalibračních závislostí byly proloženy
lineární regresní přímky, jejichž parametry jsou uvedeny v tab. I. Na základě těchto hodnot
byly pro každou složku vzorku vypočteny limity detekce jak pro impedanční detektoru, tak
pro UV detektor.
A
B
kys. oktansulfonová
700
kys. benzoová
500
600
400
300
[mV]
[mV]
400
odezva
500
odezva
kys. mléčná
200
kys. benzoová
100
300
200
100
kapronát sodný
kapronát sodný
0
0
0,0
0,2
0,4
0,6
koncentrace
0,8
1,0
0,0
[mmol/l]
0,2
0,4
koncentrace
0,6
0,8
1,0
[mmol/l]
Obr. 6. Závislost odezvy vodivostního detektoru na koncentraci složky v nástřiku.
A – impedanční detektor, B – UV detektor.
Tabulka I.
Parametry regresních přímek: B – směrnice [mV.dm3/mmol], A - úsek [mV], R - korelační
koeficient, SD – standardní chyba, N – počet bodů, LOD – limit detekce [μmol/dm3].
Analyt
B
A
OCTS
622,3 ± 9,8
0,9 ± 3,9
0,9993
8,91
8
1,45
ML
284,6 ± 4,7
4,6 ± 1,9
0,9992
4,25
8
3,16
BEN
127,6 ± 1,6
-1,3 ± 0,7
0,9997
1,36
6
7,05
KAPR
54,0 ± 4,2
-1,1 ± 0,5
0,9969
0,54
3
16,67
BEN*
2277,4 ± 111,8
39,7 ± 11,1
0,9952
17,36
6
R
SD
N
LOD
0,03
* platí pro UV detektor
4. Závěr
Byl sestaven bezkontaktní impedanční detektor zcela nové konstrukce. Pro tento detektor byly
nalezeny optimální detekční parametry na modelovém systému. Závislosti odezvy na
frekvenci bylo možno velmi dobře modelovat s použitím standardního náhradního obvodu
detekční cely. Následně byl detektor vyzkoušen pro HPLC separace, kde se velmi dobře
osvědčil. Tento detektor je vhodný především pro detekci nabitých látek, které jen slabě
absorbují záření. Pro detekci dobře absorbujících látek se jako vhodnější jeví použití
standardního UV detektoru, který má pro tyto látky vyšší citlivost a nižší LOD.
Poděkování
Poděkování za finanční podporu patří Grantové agentuře České republiky, grant č.
203/07/0896 a MŠMT ČR, výzkumný záměr č. 0021620857.
Literatura
1. Hamplová A., Coufal P., Bosáková Z., Opekar F., Kubíček V.: Chem. Listy 102, 194
(2008).
69
Elektrochemická studie HOMO/LUMO energií derivátů difenyl-pyrrolo-pyrolu
Tomáš Mikysek a, Jiří Ludvík b, Jiří Klíma b, Jan Vyňuchal c
a
Katedra analytické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice
Nám. Čs. legií 565, 532 10 Pardubice, E-mail: [email protected]
b
Ústav fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AVČR, Dolejškova 3, 182 23, Praha 8
c
VUOS a.s., Rybitví 296, 533 54, Rybitví
Tento příspěvek se zabývá elektrochemií nově navržených a syntetizovaných derivátů 3,6difenyl-2,5-dihydro- pyrrolo-[3,4-c]-pyrrol-1,4-dionu (DPP) 1. Chlorovaný derivát DPP je od
roku 1986 vyráběn švýcarskou firmou Ciba jako HPP (High Performance Pigment) a našel
uplatnění v celé řadě odvětví. Tyto látky vykazují elektroluminiscenci, která je důležitým
předpokladem pro jejich využití v oblasti OLED (Organic Light Emitting Device) diod a
světelných panelů 2. Pomocí cyklické voltametrie lze popsat základní elektrochemické
chování látek a také lokalizovat HOMO/LUMO energetické hladiny.
Pro elektrochemickou charakterizaci byly vybrány tři „základní“ deriváty (U10, U12 a U29 –
obr. 1), které byly zkoumány pomocí cyklické voltametrie (CV) a voltametrie s rotující
diskovou platinovou elektrodou (RDV) v nevodném prostředí (acetonitril).
N
O
O
C4H9
N
N
O
C4H9
C7H15
O
N
N
C7H15
O
C4H9
N
N
C4H9
O
N
U10
U12
Obr. 1. Strukturní vzorce vybraných derivátů DPP.
U29
Z výsledků cyklické voltametrie vyplývá, že zkoumaný systém se skládá ze dvou oxidačněredukčních procesů, přičemž oba vykazují reverzibilní chování a počet přenesených nábojů
odpovídá jednomu elektronu. Strukturní podobnost nabízí sledování vlivu substituentů, z CV
bylo zjištěno, že délka alkylového řetězce nemá zásadní vliv na elektrochemické chování
látek, zatímco pirimidinové skupiny, prodlužující délku molekuly, mají vliv na potenciál píků
oxidace i redukce. Oxidace je posunuta přibližně o 500 mV k méně pozitivním potenciálům a
zároveň redukce se posouvá o 200 mV k negativnějším potenciálům. Ze závislosti velikosti
odezvy na druhé odmocnině změny polarizačního napětí vylývá, že elektrodový proces je
řízen převážně difúzí i když v tomto případě jde o organické pigmenty a tudíž se nabízí i
možný vliv adsorpce zkoumaných derivátů na elektrodu, tento jev však během měření nebyl
pozorován.
Dalším krokem při vyhodnocení dat z CV bylo stanovení HOMO/LUMO energií, teré bylo
stanoveno pro derivát U10 na 2,34 eV, pro U12 2,36 eV zatímco u U29 2,0 eV (obr. 2). Tyto
výsledky jsou v souladu s teoreticky vypočteným modelem.
70
Obr. 2. Cyklické voltamogramy látek U10, U12 a U29; c = 5.10-4 mol dm-3, v=100 mV s-1.
Na základě předběžných výsledků bude možné navrhnout optimální substituenty a využití
derivátů pro další elektronické aplikace. V současné době jsou některé DPP chromofory
využívány a patentovány jako OLED, vlhkostní čidla.
Poděkování
Tato práce vznikla za finanční Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České Republiky
projektu MSM0021627502 a výzkumného centra LC 510. Autoři by rovněž rádi poděkovali
za podporu v rámci projektu Ministerstva průmyslu a obchodu (FT-TA3/048).
Literatura
1. Zollinger H.: Color Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2003.
2. http://www.OLED100.eu, staženo 12.února 2009.
71
Pulse Voltammetric Determination of 2-Nitrophenol, 4-Nitrophenol and
2,4-Dinitrophenol in Drinking and River Water Using Boron-Doped Diamond Film
Electrode
Jana Musilová a, Jiří Barek a, Pavel Drašar b and Karolina Pecková a
a
Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Analytical Chemistry,
UNESCO Laboratory of Environmental Electrochemistry, Hlavova 8, 128 43 Prague 2, Czech
Republic, E-mail: [email protected]
b
Institute of Chemical Technology, Faculty of Food and Biochemical Technology,
Technická 5, 16628 Prague 6, Czech Republic
Boron doped diamond (BDD) is versatile electrode material, which have gained popularity in
a variety of electrochemical applications 1-3. BDD film electrodes (BDDFE) possess excellent
electrochemical properties, such as extreme hardness, low and stable background current over
a wide potential range, microstructural stability at extreme cathodic and anodic potentials,
high current densities, good responsiveness for many redox analytes without pretreatment,
and resistance to electrode fouling 4. BDDFE can be used to determine a wide variety of
inorganic and organic compounds using electrochemical reduction and oxidation.
Nitrophenols coming from pesticide degradation, car exhausts, and industrial wastes are listed
as priority pollutants by the US Environmental Protection Agency (US EPA), as they are
considered to be potentially carcinogenic and mutagenic. Pesticides based on simple
nitrophenols are used as growth stimulators in agriculture 5. US EPA has restricted the
concentration of 2-nitrophenol (2-NP), 4-nitrophenol (4-NP) and 2,4-dinitrophenol (2,4-DNP)
in natural water to be less than 10 μg/L 6. Moreover, nitrophenols are a suitable model of
nitrated explosives.
A differential pulse voltammetric method was developed for the determination of 2-NP 7,
4-NP 8 and 2,4-DNP 9 at BDDFE. The method was successfully applied for the direct
determination of these compounds in drinking and river water. Limits of detection were about
4.10-7 mol L-1 using electrochemical reduction and 1.10-6 mol L-1 using electrochemical
oxidation. The calibration dependence of direct determination of 2,4-DNP in river water in
(2-10).10-6 mol L-1 range using electrochemical reduction is depicted in Fig.1.
Acknowledgements
This work was financially supported by the Ministry of Education, Youth and Sports of the
Czech Republic (projects LC06035, MSM 0021620857 and RP 14/63) and by the NATO
grant CBP.EAP.CLG.982972.
72
I, nA
Ip,nA
-300
-100
6
-50
5
-240
0
0,0
4
-6
-5
5,0x10 1,0x10
-1
c, mol.L
3
-180
2
1
-120
-400
-600
-800
E, mV
Fig. 1. Cathodic DP voltammograms and calibration dependence for 2,4-DNP at BDDFE in
model samples of river water and BR buffer pH 4 (1:1), c(2,4-DNP): 0 (1), 2.10-6 (2), 4.10-6
(3), 6.10-6 (4), 8.10-6 (5), 10.10-6 (6) mol L-1.
References
1. Chailapakul O., Siangproh W., Tryk D. A.: Sens. Lett. 4, 99 (2006).
2. Pleskov Y. V.: Russ. J. Electrochem. 38, 1275 (2002).
3. Compton R. G., Foord J. S., Marken F.: Electroanalysis 15, 1349 (2003).
4. Xu J. S., Chen Q. Y., Swain G. M.: Anal. Chem. 70, 3146 (1998).
5. Kolektiv autorù SRS: List of the Registered Plant Protection Products, The state
phytosanitary administration, Brno 2006.
6. Jinadasa K., Mun C. H., Aziz M. A., Ng W. J.: Water Sci. Technol. 50, 119 (2004).
7. Musilova J., Barek J., Drasar P., Peckova K.: Proc. 4th International Student Conference,
Prague, 28.-29.1.2008 (Opekar F., Svobodova E., ed.), p. 147. Sevcik Consultancy,
Prague 2008.
8. Musilová J., Barek J., Drašar P., Pecková K.: Moderní elektrochemické metody,
Jetřichovice, 26.-29.5.2008 (Barek J., Navrátil T., ed.), p. 69. Praha 2008.
9. Musilová J., Barek J., Drašar P., Pecková K.: 12th International Conference on
Electroanalysis, Prague, 16.-19.6.2008 (Czech Chemical Society), p. 118. Prague 2008.
73
Electrochemical Impedance Spectroscopy of Lecithin Bilayers Supported on Porous
Membranes
Tomáš Navrátil, Ivana Šestáková and Vladimír Mareček
J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry of AS CR, v.v.i., Dolejškova 3, 182 23 Prague,
Czech Republic, E-mail: [email protected]
Introduction
The cell surrounded by a plasma membrane is an essential element of all living organisms.
With lipid bilayer as a fundamental structure of the membrane, multiple functions are
performed: permeability barrier of ions and molecules, ion accumulation and active transport,
phagocytosis and pinocytosis. Biological membrane contains among others a heterogeneous
mixture of lipids, differing in their head-group structure, hydrocarbon chain length, degree of
unsaturation of acyl chain and mode of attachment of the hydrocarbon chain. Model
membranes with different stability were studied in the past – lecithin membranes 1, 2 solid
supported membranes 3, 4 or lipid bilayers on porous material 5. Electrochemical Impedance
Spectroscopy (EIS) is often used for characterization of artificially prepared membranes and
for active ion transport through the membrane. Some membrane proteins have been
successfully reconstituted on solid supported membranes. Porous membranes were used for
reconstitution of ion channels 6. In the presented work, polycarbonate porous membrane
served as support for lecithin bilayer formation and the effect of ionophore valinomycin has
been examined.
Experimental
Lecithin (1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) and Valinomycin were purchased
from Sigma, KCl „suprapure“ from Merck, CaCl2.6H2O, p.a. (Penta, Czech Republic). Water
used throughout the work was from Mili-Q-system (Mili-Q-Gradient, Milipore) (conductivity
< 0.5 µS.cm-1). Polycarbonate membrane with 8µm pores was from Milipore.
Two equivalent Ag/AgCl electrodes and Pt wire were used for AC Impedance measurement.
Electrochemical measurement was performed with CHI660C Electrochemical Workstation,
HCH Instruments, UK. 5 or 10 mV amplitude sine – wave signal perturbation was applied in
the 0.1 - 1000 Hz frequency range. Impedance data were analyzed using CHI660C software
v. 8.1.
Two types of experimental adjustment were applied:
1) U_Cell. The part of polycarbonate membrane (alone or with lecithin solution) was placed
between two parts of glass U_shaped cell, which were then filled with 0.1 M KCl;
2) Insert – made from polythene tube cup with hole 0.3 cm2, on which polycarbonate
membrane was sealed with epoxy resin. On both side of polycarbonate membrane covering
the hole, lecithin solution was added and left to evaporate for 30 minutes. Then the modified
membrane was immersed into 0.1 M KCl.
Concentration of lecithin was 40 mg.mL-1 in n-heptane with 5 % of EtOH or But-OH.
In experiment with valinomycin, its 1·10-6 M solution in EtOH was added together with
lecithin solution.
Results
The dependence of an imaginary part (Z´´) on the real part (Z´) over a frequency range of
0.1 Hz to 1000 Hz for lecithin membrane in U_cell arrangement is shown in Fig.1.
74
Fig. 1. Nyquist graph showing formation of lecithin bilayer within pores of polycarbonate
membrane. Free membrane - polycarbonate membrane without lecithin.
Form the electrochemical point of view, the formed lecithin bilayer within pores of
polycarbonate membrane can be simulated by equivalent circuits depicted in Fig. 2. As it is
demonstrated in Fig. 1, rather stable phospholipids membrane is formed about 1 hour after
immersing into KCl solution. The time variation corresponded to an increase in the membrane
capacitance, i.e., thinning of the lipid structure 5. Similar results were obtained in case of the
second experimental arrangement.
C1
A
Rs
Rp
B
C1
C2
R
R1
R2
Fig. 2. Equivalent circuits applied for simulation of lecithin bilayer within pores of
polycarbonate membrane.
75
Successful incorporation of valinomycin, i.e., ionophore, which selectively permits potassium
cation transfer through the phospholipid membrane, is confirmed by low capacitance of the
lecithin membrane and sudden increase of capacitance, when KCl electrolyte was changed for
0.1 M CaCl2 solution (Fig. 3).
3000
C
2500
C [u F ]
2000
CaCl2
C1
C2
Cfree
1500
1000
500
0
0:00
1:00
2:00
Time [h]
Fig. 3. Changes of capacitances of lecithin bilayer within pores of polycarbonate membrane.
Free membrane - polycarbonate membrane without lecithin.
Conclusions
Using electrochemical impedance spectroscopy, formation and stability of lecithin bilayer on
porous polycarbonate membrane was examined. Suitability of this system as a perspective for
incorporation of ion channels has been demonstrated on experiment with ionophore
Valinomycin.
Acknowledgements
The authors gratefully acknowledge financial support by the GA AV CR, project
No. IAA400400806.
References
1. Tien H. T.: Bilayer Lipid Membranes Marcel Dekker, Inc., New York 1974.
2. Janchenova H., Stulik K., Marecek V.: J. Electroanal. Chem. 612, 186 (2008).
3. Ye J. S., Ottova A., Tien H. T., Sheu F. S.: Electrochem. Commun. 3, 580 (2001).
4. Rose L., Jenkins A. T. A.: Bioelectrochemistry 70, 387 (2007).
5. Ikematsu M., Iseki M., Sugiyama Y., Mizukami A.: J. Electroanal. Chem. 403, 61 (1996).
6. Dhoke M. A., Ladha P. J., Boerio F. J., Lessard L. B., Malinowska D. H., Cuppoletti J.,
Wieczorek D. S.: Biochimica Et Biophysica Acta-Biomembranes 1716, 117 (2005).
76
Determination of 5-Amino-6-Nitroquinoline on Carbon Paste Electrode
Lenka Němcová, Jiří Barek and Jiří Zima
Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Analytical Chemistry,
UNESCO Laboratory of Environmental Electrochemistry, Albertov 6, 128 43 Prague 2,
Czech Republic, E-mail: [email protected]
5-Amino-6-nitroquinoline (5A6NQ) belongs to the group of nitro- and aminoderivates of
heterocyclic hydrocarbons (HHC), which are due to their chemical composition, properties
and occurrence similar to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) 1. PAHs accompanied by
HHCs occur in a variety of complex matrices including petroleum and petroleum distillates,
smoked and flame-broiled foods 2, effluents from a variety of industrial facilities 3, municipal
waste-waters, cigarette smoke, creosote leachate, and airborne emissions from waste
incinerators and internal combustion engines 4. Usually, methods for the determination of the
HHCs and PAHs are gas chromatography connected with mass spectrometry or other
detection technique, liquid chromatography with fluorescent, spectrophotometric or
electrochemical detection 5. Heterocyclic amines (HCA) are group of very baleful
compounds, which are often mutagenic and carcinogenic 6. They are produced when meats
are heated above 180 °C for long periods of time 7. We can found them as products of
incineration of fossil fuel 8 and also in cigarette smoke 9. Nevertheless, numerous derivates of
quinoline are used in pharmaceutical industry. Dichloroderivate of 8-hydroxyquinoline is
used under the name Endiaron for treatment of intestinal infections. 4-Aminoquinoline
(chloroquine) 10 and 8-aminoquinoline (primaquine) 11 are used for treating malaria. The
compound under investigation was not shown to have carcinogenic or mutagenic properties
up to now (it is not included in the IARC, NTP, OSHA list). However, its toxicological
properties were studied on Tetrahymena pyroformis, and were shown to be comparable to 4amino-2-nitrophenol 12, which shows carcinogenic effects in animals. Still, 5A6NQ was also
used for preparing the new type of radioligands 13 and local anesthetics 14. The main
advantage of modern electrochemical methods is their high sensitivity and low cost of
analysis. The advantages of the carbon paste electrode 15 are low background current, broad
potential window 16, the ease of biological or chemical modification of the paste
composition 17 and the ease of the renewal of the working surface of the carbon paste
electrode (CPE) 18.
Materials and methods
For the voltammetric measurements, a computerized voltammetric analyzer Eco-Tribo
Polarograph with software PolarPro 4.0 (all Polaro Sensors, Prague, Czech Republic) was
used. The voltammetric parameters used: scan rate 20 mV s-1, for pulse techniques the pulse
amplitude of 50 mV (for cathodic reactions -50 mV). The surface of working carbon paste
electrode (2 mm in diameter for voltammetric methods) was renewed mechanically by
protruding the piston and smoothing the surface with a piece of wet filter paper. The reference
electrode was silver/silver chloride electrode RAE 113 (Monokrystaly, Turnov, Czech
Republic) filled with 3 M KCl. Platinum wire served as auxiliary electrode. For voltammetric
methods based on the reduction, the samples were deaerated with nitrogen before analysis.
Two HPLC systems were used for analysis of 5A6NQ. For oxidation of 5A6NQ, the system
consisted of a piston high pressure pump HPP 5001, LCI 30 sample injector with 20 μl
sample loop and LCD 2040 UV/VIS spectrophotometric detector (all Laboratorní přístroje,
Praha, Czech Republic). The reverse-phase column Lichrospher® C18, 100 (5 μm), 125 × 4
mm was used (LichroCART, Merck). Whole system operated under CSW 1.7 program
(DataApex, Czech Republic). For reduction of 5A6NQ, the system consisting of Beta 10
serial dual piston pump, DG–3014 solvent degasser, valve D with 20 μl sample loop and
77
Sapphire 800 UV/VIS spectrophotometric detector (all Ecom, Czech Republic). The reversephase column Kromasil B C18 (7 μm), 250 × 4.6 mm was used (Prochrome). The mobile
phase flow rate was 0.5 ml min-1 and the CPE was working in the wall-jet configuration. The
system operated under Clarity 2.3.0 program (DataApex, Czech Republic). An ADLC 2
amperometric detector was used with both systems. As working electrode the same CPE as in
case of voltammetric methods was used (3 mm in diameter). An ultrasonic bath PS02000A
(Powersonic, USA) was used to facilitate dissolution of the analytes. pH of the solutions was
measured with a conductivity and pH meter Jenway 4330 (Jenway, UK) with a combined
glass electrode. Spectrophotometer PU 8800 (Philips, UK) was used to study the stability of
the stock solution. All experiments were carried out at a laboratory temperature. 5-Amino-6nitroquinoline was obtained from Aldrich. Its stock solution (1 × 10-3 mol l-1) was prepared by
dissolving the accurately weighted amounts of the substance in methanol (Lach-Ner,
Neratovice, Czech Republic). Working solutions of lower concentrations were prepared by
further dilution of the stock solution with methanol. Spectrophotometric study of the stability
of the stock solution demonstrated that it was stable for at least four months. BrittonRobinson (BR) buffers were prepared in a usual way (i.e. by mixing a solution which was
0.04 mol l-1 phosphoric acid, 0.04 mol l-1 acetic acid and 0.04 mol l-1 boric acid with the
appropriate amount of 0.2 mol l-1 sodium hydroxide). All the chemicals used were of
analytical reagent grade (Lachema, Brno, Czech Republic). For model samples BR buffers
(pH 11) were used, which were prepared from 0.2 mol l-1 phosphoric acid, 0.2 mol l-1 acetic
acid and 0.2 mol l-1 boric acid with the appropriate amount of 0.2 mol l-1 sodium hydroxide.
For model samples, tap drinking water was used and a sample of river water was taken from
the river Vltava in the centre of Prague. The mobile phase for HPLC contained methanol for
HPLC (Chromservis, Praha, Czech Republic) and BR or phosphate buffer. Phosphate buffers
were prepared from 0.01 mol l-1 sodium dihydrogen phosphate with the appropriate amount of
concentrated phosphoric acid. Carbon paste contained 250 mg of glassy carbon spherical
microparticles with a diameter of 0.4–12 μm (Alpha Aesar, USA) and 90 μl of mineral oil
(Fluka Biochemica, Switzerland). All aqueous solutions were prepared using deionized water
obtained from a MilliQ Plus system (Millipore, Molsheim, France). The volume of measured
solution when using batch voltammetric methods was always 10 ml. The model sample was
prepared by mixing 1 ml of BR buffer pH 11 (0.2 mol l-1), 4 ml sample of drinking or river
water sample, respective amount of the 5A6NQ stock solution and finally adjusted by
methanol to 10 ml. The limit of determination (LQ) was calculated as the amount of 5A6NQ,
which gave the signal which was three times the background noise (S/N).
Results and Discussion
Voltammetric Study
At first, the influence of pH of the supporting electrolyte on the voltammetric behavior of the
test substance was investigated. Because of the low solubility of tested 5A6NQ in water, a
mixture of BR buffer with methanol 1:1 (v/v) was used as the supporting electrolyte. At first,
anodic direct current (DC) and differential pulse (DP) voltammetry were studied for the
analyte determination based on the oxidation of the amino group. The effect of pH on peak
(wave) current is summarized in Fig. 1 (Fig. 2). Both figures show the shift of peak (wave)
potential to less positive values with increasing pH thus reflecting the easier oxidation of the
amino group in more alkaline medium. As the optimum for measuring the anodic 5A6NQ
calibration dependence the medium of BR pH 11 and methanol (1:1) was chosen.
Then, cathodic direct current (DC) and differential pulse (DP) voltammetry were used to
study the reduction of the nitro group. The effect of pH on peak (wave) current is summarized
in Fig. 3 (Fig. 4). Both figures show the shift of peak (wave) potential to less positive values
78
with decreasing pH as the reduction of the nitro group becomes easier when protonation of
the substance takes place in more acidic medium. The measurement of the reduction reaction
on CPE is complicated by the presence of oxygen, which is included not only in the measured
solution from which it could be easily removed by nitrogen purging but also in the carbon
paste where it often severely interferes with the reaction under study making sometimes the
measurement impossible. As the optimum for measuring the cathodic 5A6NQ calibration
dependences the medium of BR pH 11 and methanol (1:1) was chosen.
Optimum conditions for the voltammetric determination 5A6NQ are summarized in Table I.
The calibration curves were measured in the concentration range 2×10-6–1×10-4 mol l-1. The
practical applicability of the voltammetric methods was demonstrated by the determination of
5A6NQ in model samples of drinking and river water (Table II). Slopes of the calibration
lines in drinking and river water correspond to the values in deionized water. The achieved
limits of detection are slightly higher, which is caused by higher noise in model samples.
1200
I, nA
2
12
11
3
8
10
9
900
6
5
7
4
600
300
1
0
400
600
800
1000
1200
1400
E, m V
Fig. 1. Anodic DP voltammograms of 5A6NQ (1 × 10-4 mol l-1) in BR buffer and methanol
(1:1) medium with pH values of BR buffer matching the curve´s number (2 to 12), (1).
2
I , nA
1600
3
9 8
1200
12
10
7
5
11
800
6
4
1
400
0
400
800
1200
1600
E, m V
Fig. 2. Anodic DC voltammograms of 5A6NQ (1 × 10-4 mol l-1) in BR buffer and methanol
(1:1) medium, with pH values of BR buffer matching the curve´s number (2 to 12), (1).
-6 5 0 0
I , nA
12
8
10
-4 5 0 0
6
2
-2 5 0 0
1 .6
4
1
-5 0 0
-2 0 0
-4 0 0
-6 0 0
-8 0 0
-4
E , mV
-1
-1 0 0 0
Fig. 3. Cathodic DP voltammograms of 5A6NQ (1 × 10 mol l ) in BR buffer and methanol
(1:1) medium, with pH values of BR buffer matching the curve´s number (2 to 12), (1)
supporting electrolyte 0.1 mol l-1 H3PO4 pH 1.6 and methanol (1:1) medium, (pH 1.6).
79
-6 5 0 0
I , nA
6
10
8
1 .6
-4 5 0 0
12
2
4
-2 5 0 0
1
-5 0 0
-2 0 0
-4 0 0
-6 0 0
-8 0 0
-4
E , mV
-1 0 0 0
-1
Fig. 4. Cathodic DC voltammograms of 5A6NQ (1 × 10 mol l ) in BR buffer and methanol
(1:1) medium, with pH values of BR buffer matching the curve´s number (2 to 12), (1)
supporting electrolyte 0.1 mol l-1 H3PO4 pH 1.6 and methanol (1:1) medium, (pH 1.6).
HPLC study
5A6NQ could occur in more complicated matrices, where for its determination it is not
possible to use the batch voltammetric methods without preceding separation step. One of the
possibilities is the utilization of HPLC with amperometric detection, which was studied
further. The aim of this work was not the separation of a mixture of compounds, but only the
study of the optimum conditions for the detection of 5A6NQ. Thus, the mobile phase
containing 90% methanol was used to achieve low retention time. The amperometric detector
of the wall-jet type was placed in the series behind UV/VIS detection (295 nm). At first,
optimum pH value of the mobile phase was found from the region enabled by the column
used. For this reason, the hydrodynamics voltammograms were measured in BR buffers pH 3,
5 and 7, always in a mixture with methanol (1:9) for potentials from 0 to +1.4 V, when
studying the oxidation of the amino group, and in 0.01 mol l-1 phosphate buffer pH 2, 4 and 6,
always in a mixture with methanol (1:9) for potentials from 0 to -1.4 V, when studying the
reduction of the nitro group. Table III summarizes the parameters of the measured calibration
lines and optimal media. The calibration curves were measured in the concentration range 2 ×
10-7 – 1 × 10-4 mol l-1. Electrochemical detection using reduction of 5A6NQ was less sensitive
and more complicated then the determination based on the oxidation of 5A6NQ. When
working with negative potentials, higher noise during the amperometric detection complicated
the analysis.
Table I.
Parameters of the calibration lines for voltammetric determination of 5A6NQ on CPE.
Intercept,
LQa,
Slope,
2
R
Method
Base electrolyte
nA
10-6mol l-1
mA mol l-1
Anodic, DPV
MeOH–BR pH 11 (1:1)
6.89
8.1
0.9959
2.0
Anodic DCV
MeOH–BR pH 11 (1:1)
8.73
21.7
0.9963
3.1
MeOH–0.1 mol l-1 H3PO4 pH
-18.3
-33.1
0.9959
1.3
Cathod., DPV
1.6 (1:1)
Cathod., DPV
MeOH–BR pH 11 (1:1)
-16.2
-95.7
0.9933
1.9
-1
Cathodic,
MeOH–0.1 mol l H3PO4 pH
-24.7
-81.0
0.9963
1.5
1.6 (1:1)
DCV
a
2
LQ limit of determination, R coefficient of determination
80
Table II.
Parameters of the calibration lines for voltammetric determination of 5A6NQ in model
samples of drinking and river water, measured in BR buffer pH 11 and methanol (1:1).
Slope,
LQa,
Intercept,
Concentration
R2
Method
-1
-1
-6
mA mol l
nA
10 mol l-1
range mol l
Drinking water
Anodic DPV
6.78
-7.2
0.9981
7.2
8 × 10-6 – 1 × 10-4
7.96
-4.7
0.9983
7.4
Anodic DCV
River water
Anodic DPV
6.75
-7.5
0,9986
5.5
6 × 10-6 – 1 × 10-4
8.43
18.5
0.9975
5.6
Anodic DCV
a
2
LQ limit of determination, R coefficient of determination
Table III.
Parameters of the calibration lines for HPLC determination of 5A6NQ on CPE.
Method
LQa, 10-7mol l-1
HPLC UV/VIS, 295 nm, MeOH–BR pH 7 (9:1)
1.1
HPLC ED, +1.2 V, MeOH–BR pH 7 (9:1)
1.6
HPLC UV/VIS, 295 nm, MeOH–Phosphate buffer pH 2 (9:1)
1.3
HPLC ED, -0.9 V, MeOH–Phosphate buffer pH 2 (9:1)
4.9
a
LQ limit of determination
Ackowledgement
This research was supported by the Ministry of Education, Youth and Sports of the Czech
Republic (project No. LC 06035, MSM 0021620857, and the development project RP 14/63).
References
1. Zima, J.; Stoica, A.I.; Zítová, A.; Barek, J.: Electroanalysis 18, 158 (2005).
2. Tomaniová, M.; Kocourek, V.; Hajšlová, J.: Chemické Listy 91, 357 (1997).
3. Barek, J.; Bencko, V.; Cvačka, J.; Šuta, M.: Chemické Listy 92, 794 (1998).
4. White, P.A.: Mutation Research 515, 85 (2002).
5. Barek, J.; Cvačka, J.; Moreira, C.; Zima, J.: Chemické Listy 90, 805 (1996).
6. Stratil, P.; Kubáň, V.: Chemické Listy 99, 3 (2005).
7. Felton, J.S.; Knize, M.G.; Dolbeare, F.A.; Wu, R.: Environmental Health Perspectives
102, 201 (1994).
8. Okumura, L.L.; Stradiotto, R.N.: Electroanalysis 19, 709 (2007).
9. Vineis, P.; Pirastu, R.: Cancer Causes and Control 8, 346 (1997).
10. Lo, W.L.; Tsang, C.W.: Journal of the Hong Kong Medical Association 38, 43 (1986).
11. Queener, S.F.; Barlett, M.S.; Nasr, M.; Smith, J.W.: Antimicrobial Agents and
Chemotherapy 37, 2166 (1993).
12. González, M.P.; Díaz, H.G.; Cabrera, M.A.; Ruiz, R.M.: Bioorganic & Medicinal
Chemistry 12, 735 (2004).
13. Karramkam, M.; Dollé, F.; Valette, H.; Basret, L.; Bromoullé, Y.; Hinnen, F.; Vaufrey,
F.; Franclin, C.; Baury, S.; Coulon, Ch.; Ottaviani, M.; Delaforge, M.; Loc´h, Ch.;
Bottlaender, M.; Crouzel, Ch.: Bioorganic & Medicinal Chemistry 10, 2611 (2002).
14. Goda, F.E.; Aziz, A.; Ghoneim, H.A.: Bioorganic & Medicinal Chemistry 13, 3175
(2005).
15. Adams, R.N.: Analytical Chemistry 30, 1576 (1958).
16. Kuwana, T.; French, W.G.: Analytical Chemistry 36, 241 (1964).
17. Švancara, I.; Vytřas, K.: Chemické Listy 88, 138 (1994).
81
Specifické vlivy uspořádání elektrodových systémů na jejich vlastnosti (miniaturizace,
plasty a nové materiály, interakce, geometrie, parametry)
Ladislav Novotný
Ústav environmentálního a chemického inženýrství, Fakulta chemicko-technologická,
Univerzita Pardubice, Čs. legií 565, 532 10 Pardubice, Česká republika, E-mail:
[email protected]
Úvod
Voltametrické/polarografické a příbuzné elektrodové systémy představují rozhodující součást
příslušné instrumentace z hlediska vytváření a následného přenosu příslušného typu
elektrochemického signálu 1-4. Hlavní pozornost bývá přitom soustředěna na složení jejich
aktivního materiálu, nejčastěji z hlediska funkčnosti, dané aplikace, hygieny, případné
toxicity, dostupnosti, ceny apod. Vlastní konstrukce bývá upravována zvláště s ohledem na
jejich konkrétní využitelnost 5-24.
Ačkoliv jsou materiálové vlastnosti aktivní části elektrod velmi důležitým parametrem, jejich
chování a funkční vlastnosti bývají ovlivňovány i dalšími vlivy a okolnostmi. Je tomu tak
zejména v případě, kdy nejde jen o pasivní užití materiálu elektrody, ale i o aktivní aplikaci
jednotlivých režimů a módů. Uspořádání elektrodového systému a jeho provedení takové
vlastnosti významně ovlivňuje. V rámci vývoje elektrod a elektrodových systémů byla a je
tudíž dlouhodobě věnována pozornost též uplatnění příslušných fyzikálních a fyzikálněchemických vlivů, které mají určující vliv na zmíněné funkční vlastnosti. Cílem tohoto
sdělení je informace o příkladech faktorů, které se takto (v závislosti na daných podmínkách)
uplatňují či mohou uplatnit.
Materiály a metody
Pro výzkum faktorů ovlivňujících vlastnosti různých elektrodových uspořádání byly použity
polarografické systémy PA 4 (Laboratorní přístroje Praha), PC-ETP (ECO-TREND PLUS
s.r.o. Praha a ROTKEV, s.r.o. Praha) vč. příslušenství jako je SMDE-1, referentní Ag/AgCl
elektroda, rtuťová elektroda tužkového typu, Pt-elektroda ad. Měření byla prováděna běžně
v tříelektrodovém uspořádání, v případě miniaturizovaných elektrod byl pro srovnání využita
též dvouelektrodová konfigurace. Kromě toho byla použita řada laboratorně zhotovených
elektrod a čidel zejména na bázi rtuti, kompozitních amalgam (případně modifikovaných
meniskem rtuti), elektrod s plastovým zakončením či plastovými nástavci, kapilárních a
miniaturizovaných elektrod a ovládacích systémů. Pro potřeby realizace speciálních
funkčních režimů byly využity kombinace upravených pulzních generátorů.
Měření byla prováděna vesměs ve vodných roztocích při laboratorní teplotě. Použité
chemikálie byly čistoty p.a. Před měřením byly roztoky vybublány dusíkem.
Jako testovací metody byly využity DC-voltametrie (DCV), diferenční pulzní voltametrie
(DPV), elektrokapilární a mezifázová měření. DPV byla aplikována za následujících
parametrů: rychlost scanu 20 mV.s-1, vzorkování 20 ms, amplituda pulzu 50 mV, frekvence
pulzů 5 Hz.
Výsledky a diskuse
Funkčnost různých elektrodových uspořádání, fyzikální a fyzikálně-chemické souvislosti řídí
se zejména odpovídající cílovou aplikací. Jejich roli lze nejlépe ilustrovat na následujících
příkladech účelových řešení, navazujících na předchozí etapy a generace:
82
− Původní kapilární elektrody stály (vzhledem ke způsobu jejich aplikace a celkovému
provedení měřících systémů) téměř mimo zájem vývojářů. O několik desítek let později,
na přelomu 70. a 80. let, byly naopak velmi aktuální laboratorní systémy se zabudovanými
řídícími jednotkami (nazývané laboratorními kombajny), u nichž se po instalaci počítalo
pouze s obsluhou, nikoli s možností zasahovat do jejich chodu, programů, uspořádání,
přenášet je bez dalšího seřízení z místa na místo atp. Příkladem byl analyzátor fy Metrohm
646 VA-Processor.
Souběžně s tím však začala vznikat jak rigidnější bloková uspořádání 5-8 tak flexibilnější
komponentní 5, 6, 8-14 sestavy. Příkladem toho byla na jedné straně zařízení SMDE fy
P.A.R. a SMDE-1 k.p. Laboratorní přístroje, na straně druhé SMDE/HMDE kazetového,
tužkového či komponentního až miniaturizovaného (UMME, UmμE) provedení.
Rozdílnost uspořádání, ačkoliv zprvu zdánlivě téměř bezvýznamná, ovlivnila koncepci
dalších variant těchto zařízení. Limity dané vibracemi, rezonancemi, rychlostí mechanické
odezvy, bodovou únavou materiálu, dynamickými a hydrostatickými efekty měly vliv
např. na geometrické a funkční parametry sestavy.
− Změna povahy, struktury a smáčivosti okolí materiálu případně držáku elektrody vedla
např. – v závislosti na typu aplikace – ke změně mezifázových poměrů, rozsahu
využitelných pracovních potenciálů apod. Příkladem byla mezifázová a jiná měření
s elektrodami opatřenými plastovými nástavci, v přítomnosti agresivních (např. HF) nebo
povrchově aktivních (R-OH, R-SH aj.) látek či rozpouštědel (DMF aj.).
− Tvarové, topologické či materiálové změny spoluurčovaly dynamické vlastnosti,
smáčivost apod. Bylo tomu tak např. u tvarově modifikovaných kapilárních těl elektrod
při použití voltametrie ve vodných roztocích.
− Smáčivost ovlivňovala analytické pozadí, šum, poměr signál/šum, kapacitní efekty apod.,
projevující se např. změnami pozadí na DPV-záznamech.
− Vlastní funkčnost a její parametry byly určovány 6, 9-24 užitnými režimy a módy, jejich
sekvencemi, kombinacemi a synchronizací jednotlivých kroků. Příkladem toho 6, 9, 10, 12-14,
20-23
jsou schémata na obr. 1 naznačující miniaturizovaná uspořádání, elektrody
s plastovými či jinými nástavci, možné časové změny plochy elektrody a sekvence
ovládacích pulzů např. v kombinaci s DC, CV a DPV voltametrií.
Obr. 1. Schémata naznačující miniaturizovaná uspořádání, elektrody s plastovými či jinými
nástavci, možné časové změny plochy elektrody a sekvence ovládacích pulzů apod.
83
Závěr
Výsledky měření a pozorování potvrdily sledované specifické vlivy uspořádání elektrodových
systémů na jejich vlastnosti. Vlastní příčinou uplatnění těchto vlivů byly zejména změny
fyzikálních (hydrostatických, hydrodynamických, povrchových aj. a fyzikálně-chemických
(kapilárních, adhezních ad.) vlastností elektrod, zvláště v oblasti styku jejich elektrochemicky
aktivního mezifází s materiálem elektrody.
Poděkování
Tato práce vznikla s podporou projektů MSMT LC06035 a VZ 0021627502-UPa.
Literatura
1. Heyrovský J., Kůta, J.: Základy polarografie, NČSAV, Praha 1962.
2. Wang J.: Analytical Electrochemistry, VCH Publishers, New York 1994.
3. Barek J., Fogg A. G., Muck A., Zima J.: Crit. Rev. Anal. Chem. 31, 291 (2001).
4. Paleček E., Scheller F., Wang J.: Electrochemistry of Nucleic Acids and Proteins.
Towards Electrochemical Sensors for Genomics and Proteomics, str. 789. Elsevier,
Amsterdam 2005.
5. Novotný L., Čs. pat. PV 9200-78, 2367-80; AO 210852, 220439, Praha 1978/1980.
6. Novotný L.: Kandidátská disertační práce. ÚFCHE-J. Heyrovského ČSAV, Praha 1981.
7. Peterson W. M.: Internat. Lab. 1/2, 51 (1979).
8. Novotný L., Čs. pat. PV 6100-78, AO 202316, Praha 1978.
9. Novotný L.: Electroanalysis 2, 257 (1990).
10. Novotný L.: US pat. č. 5173101, 5294324.
11. Polaro-Sensors: Dokumentace k Eko-Tribo polarografu PC-ETP, Praha 1993.
12. Novotný L.: Fresen. J. Anal. Chem. 184, 362 (1998).
13. Novotný L.: Chem. Listy 95, 147 (2001).
14. Novotný L., Heyrovský M.: Croat. Chim. Acta 70, 151 (1997).
15. Švancara I., Vytřas K., Bobrowski A., Kalcher K.: Talanta 58, 45 (2002).
16. Vytřas. K., Švancara I., Metelka R.: Electroanalysis 14, 1359 (2002).
17. Navrátil T., Kopanica M.: Crit. Rev. Anal. Chem. 32, 153 (2002).
18. Paleček E.: Bioelectrochem. Bioenerg. 28, 71 (1992).
19. Paleček E.: Electroanalysis 8, 7 (1996).
20. Novotný L.: Electroanalysis 8, 135 (1996).
21. Novotný L., Fojta M., Heyrovský M.: Electroanalysis 12, 1233 (2000).
22. Novotný L.: Electroanalysis 12, 1240 (2000).
23. Novotný L.: PUV 7103-1997; PUV 9008-99; PV 1-2001; PUV 19501-2007, Praha
1997/1999/2001/2007.
24. Yosypchuk B., Novotný L.: Crit. Rev. Anal. Chem. 32, 141 (2002).
84
Voltammetric Determination of Nitrofen at a Carbon Paste Electrode
Vít Novotný and Jiří Barek
Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Analytical Chemistry,
UNESCO Laboratory of Environmental Electrochemistry,, Albertov 2030, CZ-128 43
Prague 2, Czech Republic,
E-mail: [email protected]
Introduction
Carbon paste electrodes, invented in 1958 by Adams 1 still find an important place in modern
electroanalytical chemistry 2. The use of carbon paste electrodes prepared from paraffinic
pasting liquid is usually restricted to the determination of substances yielding signal in the
anodic potential range 3. In my previous work, however 4, it was described that Acifluorfen
can be easily determined in submicromolar concentrations by differential pulse voltammetry
(DPV) at a carbon paste electrode. In this work, the same approach was applied Nitrofen,
which is similar to Acifluorfen by its chemical structure, properties and its use as a herbicide.
The needs to determine Nitrofen in the environment may arise from its teratogenity,
carcinogenity and high toxicity for aquatic organisms.
Materials and methods
Nitrofen stock solution (2,4-dichlorfenyl-4-nitrofenylether, 99 % Sigma-Aldrich
Laborchemikalien, Germany) c = 1·10-3 mol·L-1 was prepared by dissolving of 0,0284 g of the
substance in 100 mL of methanol. Other used chemicals: boric acid, acetic acid (99%),
phosphoric acid (85%), sodium hydroxide, methanol, all p. a.) were purchased from Lachema
Brno, Czech Republic.
Britton - Robinson (BR) buffers of the desired pH were prepared by mixing 0.2M-NaOH with
a solution containing 0.04 mol·L-1 boric acid, acetic acid and phosphoric acid.
Measurements of pH were made using a Jenway 3510 pH-meter (Jenway, Essex, Great
Britain) with a combined glass membrane electrode (type 924 005) calibrated by standard
aqueous buffers. Deionized water (Millipore, USA) was used for all measurements.
Voltammetric measurements were performed on Eco-Tribo Polarograph using PolarPro 4.0
software (all Polaro-Sensors, Prague, Czech Republic). The measurements were carried out in
a three-electrode system – platinum auxiliary electrode PPE (Monokrystaly, Turnov, Czech
Republic), silver/silver chloride reference electrode RAE 113 (1 mol·L-1 KCl, Monokrystaly,
Turnov, Czech Republic), and a teflon, piston-like carbon paste electrode with inner diameter
of 3 mm.
The method used for the measurements was DPV with a scan rate of 20 mV·s-1, pulse
amplitude of -50 mV and pulse width of 80 ms.
The carbon paste was prepared by mixing 250 mg of glassy carbon microspheres (0,4 –
12 μm diameter, Alpha Aesar, USA) and 100 μL of mineral oil (Fluka Biochemika,
Switzerland). The electrode surface was renewed by wiping a small amount of the paste with
paper.
Results and discussion
To find the optimum conditions for determining Nitrofen by DPV on CPE the optimum pH
had to be selected. The DP voltammograms measured in a solution of 50 % BR buffer of the
85
desired pH and 50 % methanol can be seen in Fig. 1 and 2. Voltammograms for odd and even
pH values are in separate graphs for clarity. The pH range of the BR buffer investigated was
pH 2-12. The maximum peak height was obtained for BR buffer pH 9 and so this pH value
was selected for the following measurements.
5
6
-8
4
-6
I [μA]
3
-4
1
2
-2
0
-400
E [mV]
-600
-800
-1000
Fig. 1. DP voltammograms of Nitrofen (c = 1·10-5 mol·L-1) at CPE. Measured in a mixture of
50 % BR buffer of the desired pH and 50 % methanol. BR Buffer pH: 2.0 (1), 4.0 (2), 6.0 (3),
8.0 (4), 10.0 (5) and 12.0 (6).
-8
4
5
-6
3
I [μA]
-4
2
-2
0
-400
1
-600
E [mV]
-800
-1000
Fig. 2. DP voltammograms of Nitrofen (c = 1·10-5 mol·L-1) at CPE. Measured in a mixture of
50 % BR buffer of the desired pH and 50 % methanol. BR Buffer pH: 3.0 (1), 5.0 (2) 7.0 (3),
9.0 (4) and 11.0 (5).
Conclusion
The optimum pH for the determination of Nitrofen by DPV at CPE was found to be pH 9.
Calibration dependence for this pH value has been measured and shows non-linearity due to
adsorption or extraction of the analyte to the electrode material. These phenomena have yet to
be studied before a successful method for the determination of Nitrofen on CPE is developed.
86
Acknowledgements
The financial support of the Ministry of Education, Youth and Sports of the Czech Republic
(project LC06035 and MSM 021620857)
References
1. Adams R. N., McClure J. H., Morris J. B.: Anal. Chem. 30, 471 (1958).
2. Švancara I., Vytřas K., Barek J., Zima J.: Crit. Rev. Anal. Chem. 31, 311 (2001).
3. Švancara I., Vytřas K.: Anal. Chim. Acta 273, 195 (1993).
4. Novotný V.: Diploma thesis. Charles University, Prague 2008.
87
Amalgam Electrodes in Amperometric Detection of the Antineoplastic Drug Carmustine
in Liquid Flow Methods
a
Karolina Pecková , Lucie Vrzalová a, Vladimír Bencko b and Jiří Barek a
a
Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Analytical Chemistry,
UNESCO Laboratory of Environmental Electrochemistry, Albertov 6,
CZ-128 43 Prague 2, Czech Republic, E-mail: [email protected]
b
1. LF UK & VFN, Institute of Hygiene and Epidemiology, Studničkova 7, CZ-128 00
Prague 2, Czech Republic
Introduction
Carmustine (BCNU, 1,3-bis(2-chloroethyl)-1-nitroso-urea, Fig. 1) is N-nitroso group
containing antineoplastic drug classified as alkylating agent. As the other nitrosoureas, BCNU
has the unique ability unlike most chemotherapeutics, to cross the blood-brain barrier.
Therefore, it is useful in treating brain tumors. Other cancers treated with BCNU include
multiple myeloma, Hodgkin's disease, non-Hodgkin's lymphomas, lung cancer, and colon
cancer 1. The extended use of BCNU and other nitrosoureas (streptozotocine, lomustine) for
medicine purposes initiated further studies on their toxicity: According to International
Agency for Research on Cancer (IARC) classification, BCNU is probably carcinogenic to
humans (group 2A) based on sufficient evidence of carcinogenicity in experimental animals 2.
Other effort is devoted to the development of sensitive analytical methods for the
determination of trace amounts of nitrosoureas including BCNU in different biological and
environmental matrices and in stability and pharmacological studies. Polarographic methods
were used for determination of BCNU and structurally relative nitrosoureas in pure form,
capsules, blood 3, and plasma 4, and for pharmacokinetic studies 5. Our previous study 6 was
devoted to the determination of nitrosoureas (BCNU, streptozotocin) using modern
electroanalytical techniques at a hanging mercury drop electrode (HMDE) or silver solid
amalgam electrodes (AgSAE). In this study, the possibility of combination of flow injection
analysis (FIA) and HPLC with amperometric detection in “wall-jet” arrangement using three
common types of AgSAE (i.e., mercury meniscus modified (m-AgSAE), polished (pAgSAE), and mercury film modified (MF-AgSAE)) 7 for BCNU determination is presented.
O
Cl
Cl
N
NH
NO
Fig. 1. Structural formula of BCNU.
Experimental
The stock solution of BCNU (c = 1·10–3 mol L–1) was prepared by dissolving of the pure
substance (Sigma-Aldrich, 98 %) in ethanol. The column LiChrospher 100 RP-18 endcapped
(125 × 4 mm, 5 μm) and pre-column LiChrospher PAH (4 × 4 mm, 5 μm, all Merck) were
used in HPLC setup (high-pressure pump LaChrom-7100, autosampler L-7200 with interface
D-7000, and software HPLC System Manager v. 4.0; all Merck Hitachi). The mobile phase
was degassed by passing nitrogen continuously through the whole measurement period.
Electrochemical detector in “wall jet” geometry described earlier 8 with three electrode
system driven by ADLC 1 (Laboratorní přístroje, Prague) potentiostat was used. The working
electrode was AgSAE with the disc diameter of 2.47 mm, Ag/AgCl (3 mol L–1 KCl) reference
and platinum wire auxiliary electrodes (both Monokrystaly, Turnov) were used. The electrode
88
surface – capillary outlet distance was kept at 0.5 mm. The surface of AgSAE was modified
as follows: The polished surface of p-AgSAE was obtained by polishing with alumina (1.1
µm) for 3 min. The mercury meniscus of m-AgSAE was obtained by immersion of p-AgSAE
in liquid mercury. The mercury film for MF-AgSAE was deposited electrochemically from
0.01 mol L–1 HgCl2 in 1 mol L-1 KCl solution. Before starting the work each day the
electrochemical activation of m-, p-, and MF-AgSAE was carried out in 0.2 mol L-1 KCl at –
2200 mV under stirring the solution for 300 s.
Results and Discussion
Several parameters were optimized for HPLC-ED and FIA-ED setups, including composition
and pH of the mobile phase (run electrolyte) and its flow rate (Fm), detection potential (Edet),
and sample injection volume (Vinj). For m-AgSAE also the mercury volume (VHg) for
meniscus formation was optimized.
While the pH of the buffer itself has no influence on the retention time of BCNU in HPLC, it
is of high importance when considering its instability in aqueous media 2,9 and response of the
electrochemical detector. It was shown in our previous study 6 that the direct current (DC) and
differential pulse (DP) voltammograms of BCNU at m-AgSAE exhibit one, well developed
irreversible peak of decreasing peak height in the pH range of 2.0 – 10.0 corresponding to the
two electron reduction of N-nitroso group. Its peak potential (Ep) shifts significantly to more
negative values in the pH range of 2.0 – 6.0 and remains at about Ep = –1.1 V (vs. Ag/AgCl/ 1
mol L–1 KCl) at higher pH values.
pH
pH
pH
pH
pH
12
2.0
5.0
7.0
10.0
12.0
A
– I [μA]
– Ip [μA]
For FIA, the influence of the detection potential (Edet) imposed on m-AgSAE on peak heights
of BCNU (hydrodynamic voltammogram (HDV)) in run electrolyte Britton – Robinson (BR)
buffer pH 2.0 – 12.0 is depicted at Fig. 2A. BR buffer pH 7.0 was selected for further
experiments, which was considered previously as optimal medium for DC and DP
voltammetric determination of BCNU at m-AgSAE 6. In this media, at the detection potential
Edet = –1.5 V the maximum signal/background ratio was obtained. The optimum flow rate was
set at 5.5 mL min–1, where the maximum peak heights were achieved.
B
4
3
0.6
2
0.4
8
0.2
1
4
0.0
0
0.8
1.2
1.6
– E det [V]
0
1
2
3
4
t [min]
Fig. 2. (A) The dependence of peak heights Ip of BCNU (c = 1⋅10–4 mol L–1) on applied
detection potential Edet at m-AgSAE in “wall-jet” arrangement in FIA-ED. Run electrolyte BR
buffer pH 2.0, 5.0, 7.0, 10.0, 12.0. Flow rate 1 mL min–1, injection volume 20 μL. (B) The
record of FIA peaks of BCNU obtained for the lowest attainable concentration range.
c (BCNU): 0 mol L–1 (1), 6·10–6 mol L–1 (2), 8·10–6 mol L–1 (3), 1·10–5 mol L–1 (4). Run
electrolyte BR buffer pH 7.0, Edet= –1,5 V, flow rate 5.5 mL min–1, injection volume 20 μL.
89
For HPLC determination the mobile phase based on the literature survey 10 consisting of BR
buffer (pH 5) / methanol (50/50) was used. The retention time of BCNU in this system was
4.8 min (capacity factor of 3.0), but the coinciding oxygen signal preceding BCNU
complicates the analysis. The oxygen presence causing problems in HPLC-ED setups was
described also in other studies 11, 12 dealing with reducible organic analytes. In our case, the
oxygen comes from injection by autosampler, where the injected zone is confined between air
zones. The resolution between BCNU and oxygen was increased when the BR
buffer/methanol ratio was changed to 60/40. It resulted in separation of both peaks with
capacity factors of 1.9 for oxygen and 5.3 for BCNU with total analysis time of 10 min. An
example of this separation is given at Fig. 3B. It presents chromatograms recorded at mAgSAE modified from 0 mL (polished electrode, p-AgSAE) to 1.8 μL of mercury. Although
the peak height and area is obviously increasing with increasing VHg, the meniscus formed by
higher volumes could be inadvertently diminished or removed during manipulation with the
detector or electrode itself. Therefore, 0.4 μl of Hg for meniscus formation were used for
both, HPLC-ED and FIA-ED.
A
3
2
– I [μA]
– Ibackground [μA]
– Ip [μA]
The HDVs for HPLC-ED varying the pH of the BR buffer (pH 2.0 – 7.0) in the mobile phase
are at Fig. 3A. The shape of these HDVs respects the shapes of DC voltammograms as
described in ref. 6, i.e., the potential where the maximum peak height was observed shifts to
more negative potentials and simultaneously this height maximum is decreasing with
increasing pH. The consequent decrease of Edet after the height maximum is caused by
increase of the background current due to the decomposition of the mobile phase. The noise in
all these experiments was comparable of about 10 μA. For further measurements the pH 3.0
and the Edet of –1.2 V were chosen based on maximal signal/noise ratio. The optimum flow
rate Fm was set at 1 mL min–1 and the injected sample volume Vinj was set at 25 μL.
B
BCNU
3
4
2
16
oxygen
2
1
1
8
0
0.9
1.2
1.5 – E det [V]
0
0
4
8 t [m in]
Fig. 3. (A) The dependence of the peak height Ip of BCNU (full symbols; c = 1·10–3 mol L–1)
and of the background current (hollow symbols) on applied detection potential Edet. Mobile
phase: BR buffer / methanol (60/40; v/v); pH of the BR buffer 3.0 (■,□), 5.0 (▲,∆), 7.0 (●,○).
Flow rate 1 mL min–1, injection volume 10 μL. (B) Chromatograms of BCNU (c = 1·10–3
mol L–1), 0 µL (1), 0.6 µL (2), and 1.8 µL (3) of mercury used to form the meniscus of
m-AgSAE. Mobile phase: BR buffer pH 3.0 / methanol (60/40; v/v), flow rate 1 mL min–1,
injection volume 25 μL, detection potential –1.2 V. Detection at m-AgSAE in “wall-jet”
arrangement in HPLC-ED.
90
The repeatability of electrode response for HPLC-ED and FIA-ED was tested at previously
found optimal conditions, at the lowest and highest concentration of linear dynamic range, all
summarized in Table I. At lower concentrations, for peak heights lower values of relative
standard deviation (RSD) of cca 7-9.5 % were obtained than for peak areas with cca 13-15 %
for m-, p-, and MF-AgSAE in HPLC-ED and m-AgSAE in FIA-ED. For higher
concentrations, maximal RSD as low as 2.30 % for peak height using m-AgSAE in FIA-ED
was obtained even without any electrode pretreatment.
Calibration curves measured under optimized conditions are linear over two concentration
ranges; parameters are summarized in Table II. It follows from that table that LQs achieved for
HPLC-ED at m-, p-, and MF-AgSAE are comparable (cca 2·10–5 mol L–1). These values are
one order of magnitude higher than for DCV and DPV at m-AgSAE 6 due to the presence of
the organic modifier in the mobile phase and high noise of the HPLC-ED setup itself. This
was proved by constant noise level of 10 μA for m-AgSAE of decreasing disc diameters from
2.47 mm down to 0.55 mm. In FIA-ED in aqueous media lower LQ of 7.1⋅10–6 mol L–1 was
achieved. Fig. 2B presents BCNU peaks for the lowest attainable concentration range.
Table I.
Repeatability of peak height Ip and peak area Ap of BCNU calculated as relative standard
deviations (RSD) of ten consecutive measurements for various types of AgSAE in HPLC-ED
and FIA-ED. Conditions: HPLC-ED – mobile phase BR buffer pH 3.0 / methanol (60/40;
v/v), flow rate 1 mL min–1, injection volume 25 μL, detection potential –1.2 V. FIA-ED – run
electrolyte BR buffer pH 7.0, flow rate 5.5 mL min–1, injection volume 20 μL, detection
potential –1.5 V.
Electrode m-AgSAEa p-AgSAE MF-AgSAE m-AgSAEa p-AgSAE MF-AgSAE
Method
HPLC/FIA HPLC
HPLC
HPLC/FIA HPLC
HPLC
–1
–5
–5
–5
–5
–5
2·10
2·10
c [mol L ] 4·10 /
2·10
4·10 /
2·10–5
–6
–6
6·10
6·10
15.75/0.54 47.80
46.35
Ip [μA]
344.4/0.41
1063.8
961.42
Ap [μA s]
RSD [%]
7.34/9.26
6.46
7.18
13.81/14.6 14.84
12.89
a
0.4 μL of Hg used for Hg meniscus
Conclusions
Presented amperometric determination of BCNU illustrates the mechanical stability of
amalgam electrodes in flowing systems and their usefulness in analytical chemistry of
electrochemically active organic compounds nowadays.
Acknowledgements
K. P. thanks to the Grant Agency of the Czech Republic (project 203/07/P261), the project
was further financially supported by the Czech Ministry of Education, Youth and Sports
(projects LC 06035 and MSM 0021620857).
91
Table II.
Parameters of the calibration straight lines for the HPLC-ED and FIA-ED determination of
BCNU using various types of AgSAE. Conditions as in Table I.
Type of AgSAE
Concentration Slopea
Interceptb Correlation LQc
range [mol L–1]
coefficient
[mol L–1]
Evaluated from peak heights
22.4
0.9978
HPLC/m-AgSAE
2.17⋅106
1.5⋅10–5
(1 – 10)⋅10–5
6.3
0.9887
HPLC/p-AgSAE
2.02⋅106
1.5⋅10–5
(1 – 10)⋅10–5
6
–5
1.38·10
18.6
0.9981
HPLC/MF-AgSAE (2 – 10)⋅10
2.4⋅10–5
6.96·104
0.0
0.9996
FIA/m-AgSAE
7.1⋅10–6
(0.6 – 10)⋅10–5
Evaluated from peak areas
–5
868.4
0.9853
HPLC/m-AgSAE
5.95⋅107
(1 – 10)⋅10
–5
7
–198.2
0.9944
HPLC/p-AgSAE
6.40⋅10
(1 – 10)⋅10
7
–5
3.86·10
3.6
0.9963
HPLC/MF-AgSAE (2 – 10)⋅10
4
–5
5.61·10
0.0
0.9992
FIA/m-AgSAE
(0.6 – 10)⋅10
a
–1
–1
b
for peak heights in [μA mol L] and peak areas in [μA s mol L]; for peak heights in [μA]
and peak areas in [μA s]; c the limit of quantitation (LQ) was calculated using the standard
deviation of the mean of the peak heights obtained for ten consecutive determinations of
lowest measurable concentration (sc) and the slope b of the analytical curve related by Eq.:
LQ = 10sc/b (ref. 13).
References
1. URL: http://www.chemocare.com/BIO, accessed 15. 2. 2009.
2. IARC: IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Overall
Evaluations of Carcinogenicity: An Updating of IARC Monographs Volumes 1 to 42.
Supplement 7. IARC, Geneva 1987.
3. Snycerski A., Fijalek Z.: Chem. Anal. (Warsaw) 41, 1025 (1996).
4. Bartosek I., Daniel S., Sykora S.: J. Pharm. Sci. 67, 1160 (1978).
5. Russo R., Bartosek I., Piazza E., Santi A. M., Libretti A., Garattini S.: Cancer Treat. Rep.
65, 555 (1981).
6. Pecková K., Vrzalová L., Bencko V., Moreira J. C., Barek J., in Sensing in
Electroanalysis, Vol. 3 (K. Vytřas, K. Kalcher, I. Švancara, eds.), p. 141. University of
Pardubice, Pardubice, 2008.
7. Yosypchuk B., Novotny L.: Electroanalysis 14, 1733 (2002).
8. Barek J., Fischer J., Navratil T., Peckova K., Yosypchuk B., Zima J.: Electroanalysis 19,
2003 (2007).
9. Fredriksson K., Lundgren P., Landersjo L.: Acta Pharm. Suec. 23, 115 (1986).
10. Krull I. S., Strauss J., Hochberg R., Zervas N. T.: J. Anal. Tox. 5, 42 (1981).
11. Danhel A., Shiu K. K., Yosypchuk B., Barek J., Peckova K., Vyskocil V.: Electroanalysis
21, 303 (2009).
12. Jiranek I., Peckova K., Kralova Z., Moreira J. C., Barek J.: Electrochim. Acta 54, 1939
(2009).
13. Inczédy J., Lengyel T., Ure A. M.: Compendium of Analytical Nomenclature (Definitive
Rules 1997). Blackwell Science, 1998.
92
Rozdíly v chování zvolených slabě a silně adsorptivních látek na elektrochemicky
obnovovaných miniaturizovaných površích
Petra Polášková a, Ladislav Novotný b, Veronika Ostatná c a Emil Paleček c
a
Katedra analytické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, Náměstí
Čs. legií 565, 532 10 Pardubice, Česká republika, E-mail: [email protected]
b
Ústav environmentálního a chemického inženýrství, Fakulta chemicko-technologická,
Univerzita Pardubice, Čs. legií 565, 532 10 Pardubice, Česká republika
c
Biofyzikální ústav AVČR, v.v.i., Královopolská 135, 612 65 Brno, Česká republika
Úvod
Po víc než půlstoletí od objevu a zavedení polarografie dominovaly rtuťové elektrody 1 jako
elektrochemická čidla pro příslušné metody elektrochemické analýzy. Během posledních
desetiletí byly však postupně stále více preferovány pevné nertuťové elektrody 2-5. V mnoha
případech je náhrada rtuti těmito elektrodami možná, vhodná či výhodná 2, v některých
případech je však obtížná či nemožná. Dokonalý mechanicky obnovovaný povrch byl např.
využit při mezifázových a elektrosorpčních studiích 6, studium organizovaných vrstev
nukleových kyselin 7, 8, analýze nukleových kyselin 3, 9 a proteinů 10 apod. Kromě toho byly a
jsou stacionární rtuťové elektrody stále velmi užitečné pro voltametrickou stopovou analýzu 2,
6, 11, 12
. V průběhu uplynulých desetiletí zaznamenal vývoj elektrod na bázi (či s obsahem)
rtuti rovněž výrazný pokrok. Za zmínku stojí především miniaturizované stacionární kapkové
a meniskové elektrody 13-15, 18, 23, kompresně-expanzní elektrody 14-16, 18, 23, rtutí modifikované
pevné amalgamové elektrody 4, 17-21 (vč. speciálních kompozitních amalgam 18, 23 a „plastictip“ nebo „glass-tip“ 18, 22, 23, 25 elektrod). Účinným prostředkem, jak dále zvýšit kvalitu
výsledků zejména při opakovaném využívání stále stejných miniaturizovaných povrchů
obsahujících rtuť, je jejich elektrochemické obnovování 26, dříve aplikované 25 např. před
prováděním elektrokapilárních měření. Jeho účinnost závisí přitom mj. na možnostech
odstranění povrchově-aktivních látek. Toto sdělení bylo zaměřeno na rozdíly v chování
zvolených slabě (2-aminoanthrachinon 2-AA) a silně (dithiothreitol DTT) adsorptivních látek
na elektrochemicky obnovovaných miniaturizovaných rtuťových površích 24-26.
Materiály a metody
Pro měření v roztocích 2-AA byl využit polarograf počítačový Eko-Tribo polarograf (ECOTREND PLUS s.r.o. Praha a ROTKEV, s.r.o. Praha), v tříelektrodovém zapojení. Jako
pracovní elektroda sloužila visící rtuťová minielektroda tužkového typu HMDE, referentní
elektrodou byla Ag/AgCl/ KCl (3 mol.l-1) a pomocnou elektrodou byl Pt-drát.
Elektrochemické chování v přítomnosti DTT bylo studováno pomocí analyzátoru AUTOLAB
(EcoChemie, Utrecht, Nizozemí). Měřené roztoky byly vybublány dusíkem. Pro měření pH
sloužil pH-metr (Jenway 4330, UK). Měření byla prováděna s využitím DC voltametrie DCV
a diferenční pulzní voltametrie DPV. DPV byla aplikována za následujících parametrů:
rychlost scanu 20 mV.s-1, vzorkování 20 ms, amplituda pulzu 50mV, frekvence pulzů 5 Hz.
Výsledky a diskuse
Problém elektrochemického obnovování povrchu souvisí se změnami, které na něm probíhají
od okamžiku vytvoření mezifázového elektrodového rozhraní. Adsorpce přítomných látek a
hromadění produktů na elektrodách patří mezi nejvýznamnější faktory ovlivňující analytické
parametry prováděných měření. Ze shromážděných poznatků vyplynulo, že kvalitu měření lze
zejm. v případě miniaturizovaných elektrod výrazně zvýšit vyvoláním řízené desorpce
alespoň části rušivých složek k povrchu elektrody těsně před vlastním měřením. Při
provedených testovacích měřeních záleželo přitom zjevně na typu adsorpce u sledovaných
povrchově aktivních látek.
93
Ukázalo se například, že 2-aminoanthrachinon 2-AA se choval jako povrchově aktivní
depolarizátor vykazující reverzibilní adsorpci. Závislost výšky jeho voltametrického píku na
koncentraci sledovala průběh monotónně rostoucí adsorpční izotermy. V rozsahu hodnot 0 až
10 byla závislost ΔI vs. v1/2 přibližně lineární, při vyšších hodnotách došlo k progresivnímu
růstu ΔI. Při nízkých hodnotách v to bylo patrně způsobeno relativně větším uplatněním
transportních dějů v blízkosti elektrody v porovnání s ději adsorpčně-desorpčními. Při
rychlých scanech dominoval naopak adsorpčně-desorpční efekt a výrazně pomalejší
transportní proces se uplatňoval v porovnání s ním v podstatně menší míře. U elektrod malých
rozměrů klesal vliv transportních procesů souběžně se zmenšováním elektrody. Podle
očekávání rostla též účinnost a rychlost elektrochemických čistících procesů.
Bylo zřejmé, že elektrochemické obnovení elektrody spočívalo zejména v odstranění
reverzibilně naadsorbovaných složek roztoku do stupně, který odpovídal použitému režimu
elektrochemického čištění. Tak například v případě 2-AA (který vykazoval slabě adsorptivní
charakter), byly závislosti ΔI vs. v1/2 získané za elektrochemického obnovování i
mechanického obnovování povrchu elektrody co do průběhů vzájemně podobné.
Komplikovanějším se ukázalo elektrochemické obnovování mezifází v přítomnosti silně
adsorptivních látek. Jejich afinita k povrchu měla za následek, že je nebylo možno zcela
odstranit. V případě dithiothreitolu se jednalo o silně povrchově aktivní depolarizátor,
vykazující na rtuťové elektrodě až chemisorpci. Průběh ΔI vs. v byl proto v širokém rozsahu
rychlosti scanu 0 až 200 mV.s-1 přibližně lineární. Koncentrační závislost proudového signálu
I–c vykazovala esovitý nárůst a jeho průběh byl dokonce v oblasti vysokých koncentrací
nemonotónní. Bylo tudíž zřejmé, že při aplikaci rychlosti scanu vykazoval celkově adsorpčnědesorpční proces omezenou rychlost a tudíž i značnou irreverzibilitu. Možnosti
elektrochemického obnovení povrchu elektrody byly tak rovněž omezeny. Větší šanci na
aplikaci elektrochemického obnovování měly i v tomto případě elektrody malých rozměrů, u
nichž bylo prokázáno jak urychlení transportních procesů, tak zvýšení proudových hodnot.
Za běžných podmínek a při běžné čistotě chemikálií a roztoků se uplatňování
elektrochemického obnovování blíží modelovému případu 2-AA. U elektrod, jejichž povrchy
podléhají za daných režimů elektrochemického obnovování redox nebo chemickým reakcím,
chemisorpci apod., mají i tyto procesy adekvátní vliv na výsledky uplatnění popsaných
procedur obnovování. Nicméně zmíněné principy zůstávají i zde zachovány.
Závěr
Ukázalo se, že i za rozdílů v adsorptivitě přítomných látek a při různorodých procesech
probíhajících na elektrodách může být elektrochemické obnovování miniaturizovaných
stacionárních elektrod na bázi rtuti úspěšně aplikováno jak pro elektroanalytické účely tak pro
studium bioaktivních látek. Mezi výhody jeho aplikace patří práce za podmínek geometricky
„ideálně konstantní“ plochy elektrody, minimalizace spotřeby rtuti během opakovaných
měření apod.
Poděkování
Tato práce vznikla s podporou projektů MSMT LC06035 a VZ 0021627502-UPa a grantu AV
ČR KAN400310651-EP, institucionálních výzkumných plánů AV0Z50040507 a
AV0Z50040702. Poděkování patří též prof. J. Barkovi za cenné připomínky a pomoc.
94
Literatura
1. Heyrovský J., Kůta J.: Principles of Polarography. ČSAV, Praha 1965.
2. Paleček E., Scheller F., Wang J.: Electrochemistry of Nucleic Acids and Proteins.
Towards Electrochemical Sensors for Genomics and Proteomics, str. 789. Elsevier,
Amsterdam 2005.
3. Paleček E., Jelen F., v knize: Electrochemistry of Nucleic Acids and Proteins. Towards
Electrochemical Sensors for Genomics and Proteomics (Paleček E., Scheller F., Wang J.,
ed.), str. 74-174. Elsevier, Amsterdam 2005.
4. Barek J., Fisher J., Navrátil T., Pecková K., Yosypchuk B., Zima J.: Electroanalysis 19,
2003 (2007).
5. Tarlov M. J., Steel A. B., v knize: Biomolecular Films. Design, Function, and
Applications (J. F. Rusling, ed.), str. 545-608. Marcel Dekker, New York 2003.
6. Novotný L., v knize: Electrochemistry for Environmental Protection (Štulík K., Kalvoda
R., ed.), str. 49-87. UNESCO ROSTE, Venice 1996.
7. Ostatná V., Paleček E.: Langmuir 22, 6481 (2006).
8. Vetterl V., Hason S., v knize: Electrochemistry of Nucleic Acids and Proteins. Towards
Electrochemical Sensors for Genomics and Proteomics (Paleček E., Scheller F., Wang J.,
ed.), str. 17-71. Elsevier, Amsterdam 2005.
9. Paleček E., Fojta M.: Talanta 74, 276 (2007).
10. Paleček E., Ostatná V.: Electroanalysis 19, 2383 (2007).
11. Barek J., Fogg A. G., Zima J.: Crit. Rev. Anal. Chem. 31, 291 (2001).
12. Wang J.: Analytical Electrochemistry. VCH Publishers, New York 1994.
13. Novotný L.: Electroanalysis 2, 287 (1990).
14. Novotný L.: Fresen. J. Anal. Chem. 362, 184 (1998).
15. Novotný L.: Chem. Listy 95, 147 (2001).
16. Novotný L.: Electroanalysis 8, 135 (1996).
17. Yosypchuk B., Novotný L.: Crit. Rew. Anal. Chem. 32, 141 (2002).
18. Novotný L.: PUV 7103-1997; PV 1-2001; PUV 19501-2007.
19. Novotný L., Yosypchuk B.: Chem. Listy 94, 1118 (2000).
20. Yosypchuk B., Novotný L.: Electroanalysis 14, 1138 (2002).
21. Jelen F., Yosypchuk B., Kouřilová A., Novotný L., Paleček E.: Anal. Chem. 74, 4788
(2002).
22. Novotný L.: Electroanalysis 12, 1240 (2000).
23. Novotný L.: 12th Int. Conf. on Electroanalysis, Prague 16 – 19 June 2008, Book of
Abstracts, Chem. Listy 102, str. 122.
24. Novotný L., Polášková P.: 12th Int. Conf. on Electroanalysis, Prague 16 – 19 June 2008,
Book of Abstracts, Chem. Listy 102, str. 123.
25. Novotný L.: Kandidátská disertační práce. AV ČR, Praha 1998.
26. Polášková P., Novotný L., Ostatná V., Paleček E.: Electroanalysis 21, 625 (2009).
95
Využití elektrochemických metod ke stanovení celkové antioxidační aktivity
Jana Skopalová a, Magdaléna Čevorová a, Jan Hrbáč b a David Milde a
a
Katedra analytické chemie, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého, tř. Svobody 8,
771 46 Olomouc, E-mail: [email protected]
b
Katedra fyzikální chemie, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého, tř. Svobody 26,
771 46 Olomouc, Česká republika
Antioxidanty jsou v současné době velmi diskutovaným tématem, a to jak z hlediska jejich
biologického účinku, tak z hlediska jejich výskytu v různých potravinách. Antioxidanty hrají
důležitou roli při eliminaci negativního působení vysoce reaktivních volných radikálů. Tyto
radikály snadno reagují s biologicky významnými molekulami (zejm. s lipidy, bílkovinami,
nukleovými kyselinami), mění jejich strukturu a funkci, což může vést k poškození buněk,
tkání i orgánů a vzniku závažných chorob.
Řada potravin, zejména rostlinného původu, je významným zdrojem antioxidantů
(fenolických kyselin, flavonoidů, karotenoidů, vitamínů skupiny C a E, apod.). V potravinách
jsou tyto látky zastoupeny v různé míře obvykle ve složitých směsích. Působení jednotlivých
složek těchto směsí je komplikované, neboť se mohou vzájemně ovlivňovat, a to jak
synergicky, tak inhibičně. Z praktického hlediska je významné určování celkové antioxidační
aktivity potravin, tedy jejich úhrnného potenciálu eliminovat volné radikály.
V literatuře je popsáno mnoho metod stanovení celkové antioxidační aktivity (total
antioxidant activity, TAA). V praxi nejpoužívanější jsou metody spektrální založené na
sledování schopnosti vzorku eliminovat syntetické radikály, reaktivní kyslíkové radikály nebo
lipidovou peroxidaci 1. Elektrochemické techniky se využívají buď v kombinaci s metodami
spektrálními ke generování reaktivních radikálů (např. kation-radikál 2,2'-azino-bis(3ethylbenzthiazolin-6-sulfonátu, ABTS⋅+) 2, nebo častěji samostatně. Cyklickou voltametrií lze
např. sledovat interakce antioxidantů se superoxidovým a hydroperoxylový radikálem
generovaným na rtuťové elektrodě 3,4 nebo určovat TAA z hodnot potenciálu a proudu
anodických píků snadno oxidovatelných látek přítomných ve vzorcích 5. Celkovou
antioxidační aktivitu lze stanovit také coulometrickou titrací elektrochemicky generovaným
bromem 6, biamperometricky sledováním poklesu proudu proudové odezvy reverzibilního
redoxního páru difenylpikrylhydrazil/difenylpikrylhydrazin (DPPH⋅/DPPH) v přítomnosti
antioxidantů 7, průtokovou potenciometrií 8 a HPLC s elektrochemickou detekcí 9.
V příspěvku je prezentována aplikace lineární a diferenčně pulzní voltametrie s elektrodou ze
skelného uhlíku na stanovení celkové antioxidační aktivity různých druhů piva (obr. 1 a 2).
Voltametricky určené hodnoty TAA vzorků piva vztažené na ekvivalentní koncentraci
Troloxu (6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-karboxylové kyseliny) jsou porovnány
s výsledky paralelní analýzy stejných vzorků dvěma nezávislými metodami: standardní
spektrofotometrickou metodou 10, při níž se sleduje pokles intenzity absorpčního maxima
stabilního volného radikálu 1,1-difenyl-2-(2,4,6-trinitrofenyl)hydrazylu (DPPH) při jeho
redukci antioxidanty, a chemiluminiscenční metodou 11 založenou na oxidaci luminolu
peroxidem vodíku katalyzovanou křenovou peroxidasou. Emise záření je zprostředkována
tvorbou volných radikálů a je inhibována reakcí volných radikálů s antioxidanty přítomnými
ve vzorku.
96
Obr. 1: Lineární voltamogramy piva Bernard světlý ležák 30 krát zředěného fosfátovým
pufrem pH 7,0 (plná křivka) a Troloxu o koncentracích 5·10-6, 1·10-5, 2·10-5 a 5·10-5 mol/l ve
fosfátovém pufru pH 7,0 (tečkované křivky) po odečtu křivky základního elektrolytu.
Pracovní elektroda ze skelného uhlíku, rychlost polarizace 100 mV/s.
Obr. 2: Diferenční pulzní voltamogram piva Litovel Dark 10 krát zředěného fosfátovým
pufrem pH 7,0 (plná křivka) s přídavkem standardního roztoku Troloxu (0,08 mmol/l,
tečkovaná křivka). Tenkou čarou je znázorněna křivka základního elektrolytu (PBS pH 7,0).
Pracovní elektroda ze skelného uhlíku, rychlost polarizace 20 mV/s, výška pulsu 50 mV, šířka
80 ms.
97
Poděkování
Autoři děkují pivovaru Litovel za poskytnuté vzorky.
Práce vznikla za finanční podpory výzkumného záměru MSM 6198959216.
Literatura
1. Paulová H., Bochořáková H., Táborská E.: Chem. Listy 98, 174 (2004).
2. Iveković D., Milardović S., Roboz M., Grabarić B. S.: Analyst 130, 708 (2005).
3. Korotkova E.I., Karbainov Y.A., Avramchik O.A.: J. Electroanal. Chem. 518, 56 (2002).
4. Korotkova E.I., Karbainov Y.A., Avramchik O.A.: J. Anal. Bioanal. Chem. 375, 465
(2003).
5. Kohen R., Vellaichamy E., Hrbáč J., Gati I., Tirosh O.: Free Rad. Biol. Med. 28, 871
(2000).
6. Ziyatdinova G. K., Budnikov H. C., Pogorel'tzev V. I., Ganeev T. S.: Talanta. 68, 800
(2006).
7. Milardović S., Iveković D., Rumenjak V., Grabarić B. S.: Electroanalysis 17, 1847
(2005).
8. Shpigun L. K., Arharova M. A., Brainina K. Z., Ivanova A. V.: Anal. Chim. Acta 573574, 419 (2006).
9. Nakamura T., Nishi H., Kokusenya Y., Sato T.: Chem. Pharm. Bull. 46, 1388 (1998).
10. Karabín M., Dostálek P., Hofta P.: Chem. Listy 100, 184 (2006).
11. Girotti S., Ferri E., Maccagnani L., Budini R., Bianchi G.: Talanta 56, 407 (2002).
98
The Electrochemistry of Natural Pigments
Romana Sokolová a, Ilaria Degano b, Magdaléna Hromadová a, Lubomír Pospíšil a,
Jan Fiedler a, Jana Bulíčková a and Miroslav Gál a
a
J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry, v.v.i., Academy of Sciences of the Czech
Republic, Dolejškova 3, 18223 Prague, Czech Republic, E-mail: [email protected]
b
Department of Chemistry and Industrial Chemistry, University of Pisa,
Via Risorgimento 35, 56100 Pisa, Italy
The electrochemical properties of flavonoid compounds (hematoxylin, quercetin) were
studied in buffered aqueous and non-aqueous solutions. The role of the preceding
protonation/deprotonation on the electron transfer was estimated. The absorption spectra of
these compounds, which contain a chromophore, were recorded during their oxidation. The
electrochemical techniques were combined with GC-MS analysis in order to identify the
degradation products. The mechanism of the formation of degradation products will be
discussed.
Hematoxylin
Quercetin
Acknowledgments
This research was supported by Grant Agency of the Czech Republic (203/09/1607 and
203/08/1157) and Ministry of Education (COST OC140).
99
Určování kritických micelárních koncentrací cyklickou voltametrií bez elektroaktivní
značky
Jitka Součková, Jana Skopalová, Jakub Táborský a Michaela Vymětalíková
Katedra analytické chemie, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého, tř. Svobody 8,
77146 Olomouc, Česká republika, E-mail: [email protected]
Kritická micelární koncentrace surfaktantu (CMC), tj. koncentrace, při níž dochází ve vodném
roztoku surfaktantu k formování micel, je jednou z nejvýznamnějších parametrů
charakterizujících povrchově aktivní látky. Jak uvádí literatura, k zjišťování tohoto parametru
je možné využít velké množství fyzikálně-chemických metod. Kromě běžných metod, jako je
měření povrchového napětí 1-4, rozptylu světla 5,6 a dalších spektrálních metod 2,7-9 je možné
užít např. kapilární elektroforézu 6 nebo micelární elektrokinetickou chromatografii 7. Nemalý
význam při určování cmc mají také elektrochemické metody 10, ze kterých je v praxi
nejužívanější vodivostní měření 1,2,6-9,11. Poloha zlomu na titrační konduktometrické křivce
odpovídá oblasti CMC. Dalšími metodami jsou polarografie a voltametrie, kde je CMC
nejčastěji určována nepřímo z difúzních koeficientů redox-aktivních elektrochemických
značek 6,12. CMC je možné určovat také přímo z koncentračních změn potenciálů nebo proudů
desorpčních píků měřených AC-polarografií 13.
Příspěvek je věnován možnosti využití cyklické voltametrie s HMDE k určení CMC bez
přítomnosti elektroaktivní značky. Byly sledovány změny potenciálů kapacitních adsorpčních
a desorpčních píků v závislosti na koncentraci roztoku surfaktantu. Na obr. 1 můžeme
sledovat vznik zlomu, jehož poloha (obdobně jako u konduktometrické křivky) odpovídá
oblasti vzniku micel dané povrchově aktivní látky. V určitých systémech můžeme sledovat
kromě potenciálových posunů píků také změny v kapacitních proudech. K určení CMC tedy
může být využito i proudových změn.
Cílem práce bylo otestovat funkčnost navržené metody. Za modelovou látku byl zvolen
dodecylsulfát sodný (SDS) patřící k nejznámějším a nejprostudovanějším anionickým
surfaktantům. Kritické micelární koncentrace SDS určené z naměřených dat v různě
koncentrovaných fosfátových pufrech o pH 7,0 byly porovnány s výsledky
konduktometrického měření provedeného za stejných experimentálních podmínek. Hodnoty
CMC zjištěných oběma metodami byly v dobré shodě. Také rychlost a jednoduchost
provedení obou metod je srovnatelná. Z těchto důvodů je možné CV s HMDE bez
elektrochemicky aktivní značky zařadit mezi metody vhodné k určování CMC povrchově
aktivních látek.
100
Obr.1: Závislost potenciálu adsorpčních píků na logaritmu koncentrace roztoku povrchově
aktivní látky a určení její CMC.
Poděkování
Autoři děkují za finanční podporu práce výzkumnému záměru MSM 6198959216.
Literatura
1. Umlong I. M., Ismail K.: Colloid Surf. A 299, 1-3 (2007).
2. Das D., Ismail K.: J. Colloid Interface Sci. 327, 1 (2008).
3. Frese Ch., Ruppert S., Sugár M., Schmidt-Lewerkühne H., Wittern K. P., Fainerman V.
B., Eggers R., Miller R.: J. Colloid Interface Sci. 267, 2 (2003).
4. Li Y., Hao J., Li G.: J. Dispersion Sci. Technol. 27, 6 (2006).
5. Kodama M., Kubota Y., Miura M.: Bull. Chem. Soc. Jpn. 45, 9 (1972).
6. Tesařová E., Tuzar Z., Nesměrák K., Bosáková Z., Gaš B.: Talanta 54, 4 (2001).
7. Fuguet E., Ràfols C., Rosés M., Bosch E.: Anal. Chim. Acta 548, 1-2 (2005).
8. Briz J. I., Velázquez M. M.: J. Colloid Interface Sci. 247, 2 (2002).
9. Müllerová M., Šváb M., dos Snatos M. M.: Chem. Listy 101, 6 (2007).
10. Nesměrák K., Němcová I.: Anal. Lett. 39, 6 (2006).
11. Miura M., Kodama M.: Bull. Chem. Soc. Jpn. 42, 2 (1972).
12. Mandal A. B., Nair B. U.: J. Phys. Chem. 95, 22 (1991).
13. Shinozuka N., Hayano S.: Solution Chemistry of Surfactants (Mittal K. L., ed.), Vol. 2,
Plenum Press, New York 1979.
101
Možnosti stříbrné pevné amalgámové elektrody při analýze a stanovení fytochelatinů
Renáta Šelešovská a, Lenka Bandžuchová a, Jaromíra Chýlková a a Miloslava Fojtová b
a
Ústav environmentálního a chemického inženýrství, Fakulta chemicko-technologická,
Univerzita Pardubice, Doubravice 41, 533 53 Pardubice, [email protected]
b
Ústav experimentální biologie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Kotlářská 2,
611 37 Brno
Úvod
Stříbrná pevná amalgámová elektroda (AgSAE) představuje velmi dobrou alternativu ke
rtuťovým elektrodám; kombinuje výhody rtuťových a pevných elektrod. V literatuře byly
popsány různé modifikace AgSAE 1-3, zahrnující rtuťovým meniskem modifikovanou (mAgSAE), rtuťovým filmem modifikovanou (MF-AgSAE) a leštěnou (p-AgSAE) stříbrnou
pevnou amalgámovou elektrodu. Příprava AgSAE je velice jednoduchá a byla podrobně
popsána v literatuře 2,4.
Jak je zřejmé z publikovaných prací 4,5, amalgámové elektrody ve spojení s voltametrickými
metodami mohou najít uplatnění při stanovení kontaminantů životního prostředí, tzn. při
monitorování a ochraně životního prostředí. Významnou oblastí jejích uplatnění může být
také sledování změn v genetickém materiálu vyvolaných genotoxickými látkami 6. Vedle
nukleových kyselin mohou jako biomarkery znečištění prostředí sloužit i jiné biomolekuly.
Například vystavení živých organismů působení těžkých kovů, které představují jeden
z hlavních problémů životního prostředí, vyvolá syntézu peptidů nebo malých proteinů
bohatých na cystein, které se nazývají metalothioneiny (MT, živočišné) nebo fytochelatiny
(PC, rostlinné) 7-9. PC jsou tedy rostlinné peptidy hrající klíčovou úlohu v mechanismech
ochrany rostlinných buněk před toxickými účinky těžkých kovů. Jejich obecný vzorec je
(γ-Glu-Cys)n-Gly, kde Glu je kyselina glutamová, Cys cystein a Gly glycin, n může nabývat
hodnot 2-11 7. Vzhledem k tomu, že je jejich syntéza in vivo v přítomnosti těžkých kovů
indukována, jsou považovány za biomarkery znečištění životního prostředí těžkými kovy a
jejich toxicity u rostlin. Fytochelatiny vážou kovy do komplexů prostřednictvím koordinační
vazby mezi ionty kovu a thiolovou skupinou cysteinu obsaženého v molekule peptidu a tím
potlačují jejich toxické působení během transportu přes cytoplasmu do vakuol 10-12.
Pro analýzu cysteinu a peptidů obsahujících cystein byla navržena a v literatuře popsána řada
elektrochemických metod a postupů. Pomocí voltametrických nebo potenciometrických
metod byl např. studován vznik komplexů kovových iontů s cysteinem 13,5,
metalothioneiny 14-17 i fytochelatiny 18,19, případně jejich stanovení. Specifickým přístupem
v analýze peptidů a proteinů obsahujících cystein (cystin) je tzv. Brdičkova reakce 20, která
zahrnuje několik elektrodových dějů probíhajících na rtuťové elektrodě v přítomnosti iontů
kobaltu, včetně katalýzy vylučování vodíku. Tyto děje se projevují charakteristickými signály
využitelnými nejen pro stanovení peptidů obsahujících cystein 21,22, ale i pro jejich vzájemné
odlišení 23. V této práci byly měřeny signály cysteinu, glutathionu a syntetických i přírodních
fytochelatinů v přítomnosti kobaltnatých iontů na stříbrné pevné amalgámové elektrodě ve
srovnání s elektrodou rtuťovou.
Materiály a metody
Všechny chemikálie použité pro přípravu základního elektrolytu a standardních roztoků byly
čistoty p.a. Amoniakální pufr o pH 9,5 byl připraven smícháním 1M chloridu amonného
s roztokem amoniaku (Lachema, Brno). Standardní roztok kobaltnatých iontů byl připraven
rozpuštěním Co(NO3)2.6H2O (Sigma-Aldrich). Cystein a glutathion byly zakoupeny také od
firmy Sigma-Aldrich a vzorky syntetických fytochelatinů PC2 a PC3 byly dodány firmou
102
Vidia s.r.o. (Jesenice u Prahy). Vzorky fytochelatinů z rostlinných buňek byly získány z
rostlinné suspenzní kultury Nicotina tabacum BY-2 kultivované v přítomnosti 50μM CdSO4.
Pro měření voltametrických signálů cysteinu, glutathionu a PC na HMDE a p-AgSAE byla
použita diferenční pulzní voltametrie (DPV) se šířkou pulzu 80 ms a výškou pulzu -50 mV.
Jako referentní elektroda sloužila nasycená argentchloridová elektroda a pomocná byla
platinová elektroda. Počáteční potenciál byl -100 mV a konečný -1500 mV pro elektrody se
rtuťovým povrchem a -1350 mV pro p-AgSAE. Potenciál akumulace byl -100 mV, doba
akumulace 2 s a rychlost polarizace 20 mV s-1. Jako základní elektrolyt byl použit 0,1M
amoniakální pufr o pH 9,5, který obsahoval 0,001 mol L-1 Co2+.
Při běžném užívání byla stříbrná pevná amalgámová elektroda přibližně jednou týdně
vyleštěna. Vždy na začátku pracovního dne, stejně jako po přestávce v měření delší než 1
hodina, byla prováděna elektrochemická aktivace povrchu elektrody. Aktivace probíhala v
roztoku 0,2 M chloridu draselného při potenciálu –2200 mV po dobu 5 minut za neustálého
míchání roztoku. Regenerace elektrodového povrchu byla zapracována přímo do návrhu
jednotlivých použitých měřicích metod v programu Polar 5.1 a jednalo se o zařazení 30
elektrochemických skoků mezi potenciály -100 a -1500 mV. Regenerace probíhala přímo
v základním elektrolytu.
Výsledky a diskuse
Na úvod této práce byly ověřeny výsledky 22 dosažené při stanovení cysteinu a glutathionu na
p-AgSAE ve srovnání s HMDE. Bylo potvrzeno, že cystein dává na obou elektrodách jeden
pík v oblasti očekávané Brdičkovy reakce. Zatímco na rtuťové elektrodě leží pík B kolem
potenciálu -1300 mV, na leštěné amalgámové elektrodě je sledovaný pík (BP) posunut
k pozitivnějším popteciálům, což svědčí o slabší adsorpci cysteinu na povrchu elektrody, jenž
neobsahuje kapalnou rtuť. Reprodukovatelnost opakovaného měření RSDM (n = 11) (pro
koncentraci 5.10-7 M) vychází na obou elektrodách menší než 1 % a reprodukovatelnost
opakovaného stanovení RSDS (n = 5) cysteinu ve vzorcích připravených ze standardů o
koncentraci 1.10-7 M je pro obě elektrody pod 4 %. Tyto i další statistické parametry pro
stanovení cysteinu na obou elektrodách jsou shrnuty v Tabulce I. Detekční limity vypočtené
pro obě elektrody jsou téměř shodné, ale vzhledem k menšímu povrchu amalgámové
elektrody je možné ji prohlásit za citlivější nástroj pro stanovení cysteinu s využitím
Brdičkovy reakce.
Tabulka I.
Statistické parametry pro stanovení cysteinu a glutathionu na p-AgSAE a HMDE
Parametr
cystein
glutathion
p-AgSAE
HMDE
p-AgSAE
HMDE (B2)
RSDM (n = 11), %
0,48
0,48
2,29
1,10
RSDS (n = 5), %
2,12
3,24
1,31
7,60
4,8.10-9
6,8.10-9
5,4.10-9
3,7.10-6
Kritická úroveň*, mol L-1
9,5.10-9
1,3.10-8
1,0.10-8
6,9.10-6
Limita detekce*, mol L-1
*
-1
-8
-8
-8
2,0.10
3,9.10
4,4.10
1,8.10-5
Mez stanovitelnosti , mol L
*
Parametry vypočteny programem ADSTAT 24.
Voltametrické křivky získané při měření glutathionu na testovaných elektrodách se výrazně
liší (viz Obr. 1). Zatímco na p-AgSAE byl v oblasti Brdičkovy reakce naměřen opět pouze
jeden pík BP při stejném potenciálu jako při měření cysteinu, na HMDE byly zaznamenány 2
píky B1 při potenciálu -1270 mV, což je hodnota velmi blízká potenciálu píku B pro cystein,
103
a pík B2 kolem potenciálu 1050 mV. Dále je na HMDE pozorován ještě pík při potenciálu 720 mV před píkem kobaltu. Statistické parametry vypočtené pro obě elektrody jsou rovněž
uvedeny v Tabulce I. Pro amalgámovou elektrodu byly opět získány velice dobré parametry
včetně detekčního limitu pro stanovení glutathionu 1.10-8 M. Pík B1 na HMDE vykazuje
špatnou reprodukovatelnost a pík předcházející píku redukce Co2+ neroste s koncentrací.
Proto je ke stanovení glutathionu na HMDE použitelný pouze pík B2, přestože
reprodukovatelnost opakovaného stanovení je výrazně horší než pro p-AgSAE, a také citlivost
stanovení je nižší o více než dva řády (viz Tabulka I).
p-AgSAE
-1200
Co
-1000
Co
I [nA]
-800
-600
-400
B1
BP
HMDE
B2
-200
0
-600
-700
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500
E [mV]
Obr. 1: Porovnání voltametrických křivek glutathionu získaných na p-AgSAE a HMDE.
Metoda – DPV, elektrolyt – 0,1M amoniakální pufr (pH 9,5) s přídavkem 0,001M Co2+, Ein =
Eacc -100 mV, Efin -1500 mV, tacc 2 s a v 20 mV s-1. 1 – p-AgSAE (cglu = 1.10-6 M), 2 –
HMDE (cglu = 2.10-5 M).
Tabulka II.
Statistické parametry pro stanovení PC2 a PC3 na p-AgSAE a HMDE
Parametr
PC2
PC3
p-AgSAE
HMDE (B2)
p-AgSAE
HMDE (B2)
RSDM (n = 11), %
1,53
1,69
0,93
1,85
RSDS (n = 5), %
1,25
0,63
0,84
2,13
7,5.10-9
1,1.10-7
5,4.10-9
9,7.10-8
Kritická úroveň*, mol L-1
1,4.10-8
2,1.10-7
1,1.10-8
1,6.10-7
Limita detekce*, mol L-1
3,3.10-8
3,4.10-7
3,4.10-8
2,7.10-7
Mez stanovitelnosti*, mol L-1
*
Parametry vypočteny programem ADSTAT 24.
V další části práce byla pozornost věnována syntetickým fytochelatinům PC2 a PC3. Na pAgSAE byl pro obě látky naměřen opět pouze pík BP při stejném potenciálu. Je zřejmé, že na
této elektrodě není možné jednotlivé látky od sebe odlišit. Ukázka koncentrační závislosti pro
PC3 na amalgámové elektrodě je uvedena na Obrázku 2. Statistické parametry vypočtené pro
oba peptidy jsou shrnuty v Tabulce II. Detekční limit pro oba PC je téměř shodný a z obrázku
3 je zřejmé, že po střídavých přídavcích standardů PC2 a PC3 o stejné koncentraci do roztoku
narůstá pík lineárně. Z toho plyne, že p-AgSAE je pro oba peptidy stejně citlivá, a tedy pro
104
kvantifikaci PC v neznámém vzorku je možné použít libovolný standard s relativně dobrou
přesností. Na rtuťové elektrodě byly na voltamogramech obou fytochelatinů zaznamenány
píky B1, B2 a rovněž pík předcházející redukci kobaltnatých iontů. Od glutathionu se
výsledky liší intenzitou jednotlivých signálů a také citlivost stanovení opět s využitím píku B2
je pro PC asi o dva řády lepší než pro glutathion (viz Tab. II). Na HMDE je tedy možné
rozlišit cystein, glutathion a PC podle počtu získaných píků, případně jejich intenzity. PC2 a
PC3 již ale rozlišit nelze ani na rtuťové elektrodě. Citlivější pro stanovení PC je rovněž
amalgámová elektroda.
-300
-250
I [nA]
-200
-150
-100
-50
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
E [mV]
Obr. 2: Koncentrační závislost pro syntetický PC3 naměřená na p-AgSAE. Metoda – DPV,
elektrolyt – 0,1M amoniakální pufr (pH 9,5) s přídavkem 0,001M Co2+, Ein = Eacc -100 mV,
Efin -1350 mV, tacc 2 s a v 20 mV s-1, cPC3 = 5,44.10-8 – 3,8.10-7 M.
80
-300
I = 2.5816c + 0.189
R = 0.9993
I [nA]
60
PC2
40
20
-200
0
10
20
-8
-1
c [10 mol L ]
I [nA]
0
30
-100
PC3
0
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
E [mV]
Obr. 3: Záznam křivek získaných na p-AgSAE po střídavých přídavcích PC2 a PC3. Metoda
– DPV, elektrolyt – 0,1M amoniakální pufr (pH 9,5) s přídavkem 0,001M Co2+, Ein = Eacc 100 mV, Efin -1350 mV, tacc 2 s a v 20 mV s-1, přídavky cPC2/PC3 = 5,5.10-8 M.
105
Na závěr byla leštěná stříbrná pevná amalgámová elektroda aplikovaná na analýzu přírodních
vzorků fytochelatinů z rostlinné suspenzní kultury Nicotina tabacum BY-2 kultivované
v přítomnosti kadmia. Byly analyzovány 2 vzorky lišící se dobou kultivace v prostředí kovu
(3 a 5 dní) a ke každému vzorku také kontrola kultivovaná po stejnou dobu bez kadmia.
K analýze byly využity zředěné buněčné lyzáty bez jakékoli předchozí separace (pouze
normalizované na celkový obsah proteinů). V závislosti na době vystavení buněk
kademnatým iontům a na jejich koncentraci bylo pozorováno výrazné zvýšení intenzity
katalytického píku BP, jak je zřejmé z Obrázku 4. Pík BP v těchto vzorcích také roste
v závislosti na koncentraci.
-250
-500
-400
I [nA]
-200
Cd5D
Cd5D
-150
-100
I [nA]
-300
B
-50
-1000
-1100
-1200
-1300
E [mV]
-200
Cd3D
-100
K3D
El
K5D
A
0
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
E [mV]
Obr. 4: Analýza vzorků PC z rostlinné suspenzní kultury Nicotina tabacum BY-2 kultivované
v přítomnosti 50μM Cd2+ s využitím p-AgSAE. Metoda – DPV, elektrolyt – 0,1M
amoniakální pufr (pH 9,5) s přídavkem 0,001M Co2+, Ein = Eacc -100 mV, Efin -1350 mV, tacc
2 s a v 20 mV s-1. A – voltamogramy jednotlivých vzorků: El – elektrolyt, K3D – kontrolní
vzorek kultivovaný 3 dny, K5D – kontrolní vzorek kultivovaný 5 dní, Cd3D – vzorek
kultivovaný v přítomnosti Cd 3 dny, Cd5D – vzorek kultivovaný v přítomnosti Cd 5 dní. B –
dva přídavky vzorku Cd3D.
Závěr
Výsledky této práce ukazují, že p-AgSAE může nejen nahradit HMDE při monitorování
obsahu fytochelatinů (jako peptidů bohatých na cystein) v rostlinných buňkách a jejich
syntézu indukovanou ionty těžkých kovů, ale dokonce dosahuje výrazně lepší citlivosti pro
všechny testované látky.
Poděkování
Tato práce vznikla s podporou Výzkumného záměru MSM 0021627502 a Výzkumného
centra LC06035.
Literatura
1. Novotný L., Yosypchuk B.: Chem. Listy, 1118, 94 (2000).
2. Yosypchuk B., Novotný L.: Electroanalysis, 1733, 14 (2002).
3. Yosypchuk B., Novotný L.: Crit. Rev. Anal. Chem. 141, 32 (2002).
106
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
Yosypchuk B.: Disertační práce. Univerzita Pardubice, Pardubice 2003.
Šelešovská R.: Disertační práce. Univerzita Pardubice, Pardubice 2004.
Fojta M.: Electroanalysis, 1449, 14 (2002).
Grill E., Winnacker E. L., Zenk M.H.: Science, 674, 230 (1985).
Rauser W. E.: Plant Sci., 171, 51 (1987).
Rauser W. E.: Plant Physiol., 1141, 109 (1995).
Wojcik M., Tukiendorf A.: Plant Growth Regul., 71, 44 (2004).
Wojcik M., Vangronsveld J., Tukiendorf A.: Environ. Exp. Bot., 151, 53 (2005).
Clemens S., Simm C.: New Phytologist, 323, 159 (2003).
Yosypchuk B., Novotný L.: Electroanalysis, 1138, 14 (2002).
Šestáková I., Miholová D., Slámová A., Mader P., Svakova J.: Electroanalysis, 1057, 6
(1994).
Šestáková I., Miholová D., Vodičková H., Mader P.: Electroanalysis, 237, 7 (1995).
Šestáková I., Kopanica M., Havran L., Palecek E.: Electroanalysis, 100, 12 (2000).
Šestáková I., Mader P.: Cell Mol. Biol., 257, 46 (2000).
Scarano G., Morelli E.: Anal. Chim. Acta, 13, 319 (1996).
Yosypchuk B., Šestáková I., Novotný L.: Talanta, 1253, 59 (2003).
Brdička R.: Collect. Czechoslov. Chem. Commun., 112, 5 (1933).
Fojta M., Fojtová M., Havran L., Pivonkova H., Dorcak V., Sestakova I.: Anal. Chim.
Acta, 171, 558 (2006).
Šelešovská R., Fojta M., Navrátil T.: Anal. Chim. Acta, 344, 582 (2007).
Dorčák V., Šestáková I.: Bioelectrochem., 14, 68 (2006).
Meloun M., Militký J., Forina M.: Linear Regression Models. Chemometrics for
Analytical Chemistry. PC-Aided Regression and Related Methods., Ellis Horwod,
Chichester, 1992.
107
Cadmium Transport through Biological Membranes
Ivana Šestáková and Tomáš Navrátil
J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry, v.v.i., Academy of Sciences of the Czech
Republic, Dolejškova 3, 182 23 Prague, Czech Republic, E-mail: [email protected]
Cadmium is a nonessential metal and prevalent environmental pollutant in industrial
countries. The main routes of human exposure to cadmium are acute exposure in the working
environment (inhalation of dusts and fumes, occasionally oral intake) and acute and chronic
exposure of the population through food, air and water. In mammals, including humans, high
Cd concentrations can result in bone and kidney damage 1.
Uptake of Cd by plants is the main entry pathway into human food chain. Cd accumulation in
plants affects water and nutrient uptake and photosynthesis and results in growth inhibition,
leaf chlorosis and finally death 2. Generally, the uptake by plants depends on the
concentration of Cd in the soil and also other factors – pH, the presence of complexing
ligands etc., which are conveniently assessed by means of soil solution analyses. Using anodic
stripping voltammetry, plant available portions of Cd were found substantially lower than the
total Cd concentration in soil solutions in study, where different plants on three types of soils
were included 3.
From complexing ligands, low molecular weight organic acids are important as plant exudates
in soil solution 4, whereas sulfur containing ligands – phytochelatins – sequester Cd2+ inside
the cell vacuole. Voltammetrically determined fytochelatins concentration (Fig. 1) could be
correlated with total Cd concentration found in different parts of plant 5.
-4000
List
Stéblo
Kořen
A
-3500
B
C
-3000
I [nA]
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
-800
-1000
-1200
-1400
E[mV]
-1600
-800
-1800
-1000
-1200
-1400
E[mV]
-1600
-1800
-800
-1000
-1200
-1400
-1600
-1800
E[mV]
Fig. 1. Determination of phytochelatins using Brdička reaction. DC voltammetry on HMDE,
acc. 30s -800 mV, v = 250 mV.s-1. Extracts from barley: A – leave, B - stem, C - root.
Whereas events and reactions after Cd2+ has crossed the membrane (Fig. 2) were widely
studied 6, the question how is Cd2+ transported remain rather complex. There is apparently no
specific transporter for this cation. Instead, Cd2+- transport activity has been described for
several cation transporters with broad substrate specificity – e.g. IRT1, ZNT1, LTC1 (Fig.3).
108
Fig. 2. Phytochelatins synthesis in response to Cd2+.
Fig. 3. Ions transport across cell membranes (ref. 2).
Synthetically prepared transporters or channels present in protoplasts prepared from plant
parts are applied to artificially prepared phospholipids membrane in order to study ion
transport. For such studies, supported lipid bilayers are promising solution 8.
Acknowledgements
The authors gratefully acknowledge financial support by GA AVCR project No.
IAA400400806.
109
References
1. Robards K, Worsfold P.: Analyst 116, 549 (1991).
2. Clemens S.:Planta 212, 475 (2001).
3. Jaklová Dytrtová J., Šestáková I., Jakl M., Száková J., Miholová D., Tlustoš P.: Cent. Eur.
J. Chem. 6, 71 (2008).
4. Jaklová Dytrtová J., Šestáková I., Jakl M., Navrátil T.: Electroanalysis 21, 573 (2009).
5. Čížková P.: Ph.D. Thesis, Czech University of Agriculture, Prague, 2006.
6. Kotrba P., Macek T., Ruml T.: Coll. Czech. Chem. Commun. 64, 1057 (1999).
7. Mae M., Myrberg H., Jiang Y., Paves H., Valkna A., Langel U.: Biochim.Biophys.Acta
1669, 101 (2005).
8. Ide T., Kobayashi T., Hirano M.: Anal. Chem. 80, 7792 (2008).
110
Elektrochemické senzory pro sledování biochemických a technických membránových
procesů
Barbora Šustrová a,b, Vladimír Mareček a a Karel Štulík a,b
a
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i., Dolejškova 3, 182 23 Praha 8, Česká
republika, E-mail: [email protected]
b
Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta, Katedra analytické chemie, Hlavova 8,
128 43 Prague 2, Česká republika
Elektrochemické měřící techniky patří k nepostradatelným metodám studia membránových
procesů. Výběr nebo vývoj senzoru, vhodného pro sledování studovaného procesu, je často
limitujícím krokem použité metody. Zaměřili jsme se na vývoj biosenzoru, jehož principem je
komplexační reakce mezi ligandem a sledovaným iontem, kde ligand je kovalentně vázán
k povrchu kovové elektrody. Kovalentní vazbou molekul organických látek k povrchu
elektrody přes thiolovou funkční skupinu získáme monovrstvu, tzv. self-assembled film.
Principem funkce nového senzoru jsou rozdílné parametry ligandem modifikované elektrody
před a po vytvoření komplexu s iontem. Vznik komplexu může ovlivnit potenciál elektrody a
kapacitu elektrické dvojvrstvy. Dalším parametrem může být rychlost tvorby komplexu, která
by měla být závislá na koncentraci iontu.
Pro tento účel jsme vybrali makrocyklickou sloučeninu kalix[4]aren, který je na spodním
kruhu molekuly substituovaný přes fenolický kyslík thiolovou –SH skupinou. Prvním krokem
studia je tvorba membrány na povrchu kovové elektrody, popis elektrochemických vlastností
a studium její stability. Ve druhém kroku bychom chtěli substitucí horního kruhu molekuly
kalix[4]arenu vhodnou funkční skupinou zvýšit selektivitu senzoru pro vybraný ion, sledovat
podmínky vzniku komplexu a ovlivnění tohoto procesu například změnou pH základního
elektrolytu nebo inhibitorem. Získaných poznatků využijeme k sestrojení zlaté
mikroelektrody pro sledování určitých buněčných membránových procesů.
V této etapě jsou elektrochemická měření realizována cyklickou voltametrií (CV) na zlaté
diskové elektrodě d = 1 mm na přístroji Electrochemical Workstation, CHI660C (IJ Cambria
Scientific, UK). Před každým měřením je elektroda mechanicky očištěna na alumině 1,0 µm a
následně 0,05 µm a elektrochemicky očištěna cyklováním v 0,1 M H2SO4. Počet cyklů: 50,
potenciálové rozmezí: 1,4 V až -0,4 V, polarizační rychlost: 0,5 V.s-1. V průběhu měření je
povrch elektrochemicky aktivován v roztoku 0,1 M NaOH při potenciálu -1,8 V po dobu 5
min.
V příspěvku budou prezentovány počáteční získané výsledky popsaného elektrochemického
systému.
Poděkování
Tato práce je finančně podporována Grantovou Agenturou Akademie Věd ČR (IAA
400400806).
Literatura
1. Guidelli R., Aloisi G., Becucci L., Dolfi A., Moncelli M.R., Buoninsegni F.T.: J.
Electroanal. Chem. 504, 1 (2001).
2. Krysinski P., Monocelli M.R., Tadini-Buoninsegni F.: Electrochimica Acta 45, 1885
(2000).
3. Rifai S., Laferriere M., Qu D., Wayner D.D.M., Wilde C.P., Morin M.: J.
111
Electroanal. Chem. 531, 111 (2002).
4. Hong J., Ham S.: Tetrahedron Letters 49, 2393 (2008).
5. Konovalov A.I., Antipin I.S.: Mendeleev Commun. 18, 229 (2008).
6. Becker A., Tobias H., Porat Z., Mandler D.: J. Electroanal. Chem. 621, 214 (2008).
7. Yagi K., Khoo S.B., Sugawara M., Sakaki T., Shinkai S., Odashima K., Umezawa
Y.: J. Electroanal. Chem. 401, 65 (1996).
8. Malel E., Sinha J.K., Zawisza I., Wittstock G., Mandler D.: Electrochimica Acta,
53, 6753 (2008).
9. Sheffer M., Vivier V., Mandler D.: Electrochem. Commun. 9, 2827 (2007).
10. Creavent B.S., Donlon D.F., McGinley J.: Coord. Chem. Rev. 253, 893 (2009).
112
Co nového v elektroanalýze s bismutovými elektrodami aneb Ohlédnutí za děním
v oboru v letech 2006-2009
Ivan Švancaraa, Karel Vytřasa a Kurt Kalcherb
a
Katedra analytické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice
Nám. Čs. legií 565, 532 10 Pardubice; e-mail: [email protected]
b
Ústav analytické chemie, Universita Karla Františka ve Štýrském Hradci, A-8020,
Graz (Rakousko).
Souhrn
Od svého objevu na přelomu starého a nového tisíciletí 1,2 se elektrody na bázi bismutu těší
neustálé pozornosti a i nyní představují jednu z nejintenzivněji zkoumaných detekčních
systémů s nertuťovými elektrodami 3-7. O stále rostoucí popularitě bismutových elektrod
svědčí i skutečnost, že z úhrnného množství kolem sto padesáti publikací a několika desítek
konferenčních příspěvků připadá skoro polovina na nejnovější období po roce 2007.
Nepřehlédnutelné jsou i poslední aktivity, kdy bismutové elektrody, především konfigurace
typu filmu nebo disperse kovového prášku, inspirovaly k vývoji a testování dalších
příbuzných elektrod a čidel s povlaky či disperzemi z antimonu, olova, gallia nebo kobaltu.
V současnosti elektroanalýza s bismutovými elektrodami zasahuje prakticky do všech oblastí
aplikované elektrochemie a k dispozici je již velký výběr metod kvalitativní a kvantitativní
analýzy, především v kombinaci s elektrochemickými rozpouštěcími technikami ke stanovení
toxických těžkých kovů. Neustále přibývají nové typy bismutových elektrod, senzorů a
detektorů, včetně nejrůznějších inovací již existujících konfigurací a konstrukčních řešení.
Velké pokroky byly také udělány na poli charakterizace jednotlivých typů elektrod, či
způsobů jejich přípravy a užívání.
Aktuální stav v oboru, typické trendy, či některé výhledy do budoucna jsou pak předmětem
tohoto příspěvku, kde jsou shrnuty klíčové vědecko-výzkumné aktivity na poli bismutových
elektrod, s důrazem na dění v posledních třech letech.
Poděkování
Tato práce vznikla za finanční podpory Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České
republiky (projekt MSM0021627502 a Výzkumné centrum LC06035).
Literatura
1. Hočevar S. B., Ogorevc B., Wang J., in: YISAC '00: 7th Young Investigators’ Seminar on
Analytical Chemistry, Book of Abstracts, p. 19, UNI Graz, Graz (2000).
2. Wang J., Lu J.-M., Hočevar S. B., Farias P. A. M., Ogorevc B.: Anal. Chem. 72, 3218
(2000).
3. Vytřas K., Švancara I., Metelka R., v: Monitorováni cizorodých látek v životním
prostředí, Svazek IV (Vytřas K., Kellner J., Fischer J., ed.), str. 159 - 170. Univerzita
Pardubice, Pardubice (2002).
4. Economou A.: Trends Anal. Chem. 24, 334 (2005).
5. Wang J.: Electroanalysis 17, 1341 (2005).
6. Švancara I., Vytřas K.: Chem. Listy 100, 90 (2006).
7. Kokkinos C., Economou A.: Curr. Anal. Chem. 4, 183 (2008).
113
Elektrochemická a spektrální studie krátkých oligonukleotidů
Libuše Trnková a, Radka Mikelová a, František Jelen b, Iva Kejnovská b a Michaela Vorličková b
a
Ústav chemie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Kamenice 5, 625 00 Brno,
Česká republika, e-mail: [email protected]
b
Biofyzikální ústav AV ČR, v.v.i., Královopolská 135, 612 65 Brno, Česká republika
Úvod
V poslední době je elektrochemický výzkum DNA, oligodeoxynukleotidů (ODNs) a jejich
složek podporován a současně doplňován dalšími neelektrochemickými metodami 1,2, jednak
kvůli lepší možnosti interpretace elektrochemických dat a jednak kvůli zkoumání vlivu
nabitého fázového rozhraní na jejich strukturu a funkci. Nedílnou součástí tohoto přístupu je
verifikace myšlenek, které během obou studií vznikají a které jsou velmi užitečné pro výzkum
a vývoj DNA senzorů. Náš příspěvek je jedním z příkladů, jaké významné poznatky na jedné
straně a jaká úskalí na straně druhé skýtá komparativní studie krátkých syntetických ODN
pomocí voltametrie, spekter cirkulárního dichroismu a gelové elektroforézy. Ke sledování
redukčních signálů adeninů a cytosinů v ODN řetězci byla použita lineární sweep voltametrie
(LSV) v adsorptivním stripping módu a pro rozšířenou evaluaci dat eliminační voltametrie
(Elimination Voltammetry with Linear Scan – EVLS). Již v předešlých publikacích je
diskutována separace redukčních signálů adeninu (A) a cytosinu (C) v závislosti na různých
experimentálních podmínkách, jako je pH, teplota, rychlost polarizace elektrody a hlavně
sekvence bází. Z posledních našich výsledků vyplývá, že eliminační procedura je vhodným a
doplňkovým nástrojem pro studium strukturních změn ODNs v roztoku a na povrchu
elektrody.
O eliminační voltametrii (EVLS) se poprvé psalo před více než 12 lety 3,4. Eliminační princip,
některé složky proudu eliminující a jiné zachovávající, spočívá v matematické úpravě
celkových voltametrických proudů měřených při různých rychlostech polarizace. Tato úprava
resultuje do tzv. eliminační funkce vyjádřené jako lineární kombinace naměřených
voltametrických proudů. Pomocí eliminační funkce E4 (eliminace kinetického a kapacitního
proudu se zachováním proudu difúzního) EVLS poskytuje pro ireverzibilní děj zcela
adsorbované elektroaktivní částice velmi citlivý a analyticky významný signál 5-8. Na základě
tohoto zjištění vznikla užitečná kombinace EVLS s adsorptivní rozpouštěcí technikou
(Adsorptive stripping - AdS), která byla schopna separovat potenciálově blízké procesy,
jejichž voltametrické signály se překrývají 9-15. Doposud se diskutovalo o tom, že AdS EVLS
společné redukční signály adeninu (A) a cytosinu (C) v ODNs na rtuťových elektrodách
separuje a to jak ve směsi homo-ODNs, tak v jednotlivých hetero –ODNs, včetně
hairpinů 9-13. Cílem této práce je za asistence CD spekter a gelové elektroforézy diskuse nad
detekcí různých struktur ODN u elektrody ve spojení s jejich možnými strukturními změnami.
Materiál a metody
Homo- a hetero-deoxyoligonukleotidy (ODN): 5´-CCC CCC CCC- 3´ (dC9), 5´-AAA AAA
AAA- 3´ (dA9), 5´- CCC AAA CCC - 3´ (H3), 5´- CAC CAC CAC - 3´ (H4), a 5´- ACC
CAC CCA - 3´ (H9) byly syntetizovány firmou Thermo Fischer Scientific (Ulm, Germany).
Lyofilizovaný vzorek ODN byl rozpuštěn (podle návodu dodaného výrobcem) v třikrát
destilované vodě (z křemenné aparatury) a jejich koncentrace v roztoku byla stanovena
pomocí UV/Vis spektrometru (UV 4, Spectronic Unicam, Cambridge, Velká Británie). pH
elektrolytů bylo měřeno přístrojem pH-metrem CyberScan PC 5500 (Eutech Instruments,
Nijkerk, Netherlands) pomocí elektrody Single pore glass. Pro experiment bylo vždy
odebráno příslušné alikvotní množství ODN, zbytek byl uchováván při teplotě 4°C. Výsledná
koncentrace ODN, pokud není uvedeno jinak, je 2μM (vztaženo na fosfor). Jako elektrolyt byl
114
použit fosfát-acetátový pufr o různém pH (0,08M kyseliny fosforečné, 0,08M kyseliny
octové). pH bylo upraveno 0,4M hydroxidem sodným. Použité chemikálie (Sigma Aldrich
Chemical Corp. USA) byly čistoty ACS.
Tepelná denaturace byla prováděna při pH 8 a pro úpravu pH byl použit Britton-Robinson
pufr. pH bylo upravováno 0,1 M a 0,02 M HCl a pak elektrochemický i spektrální experiment
byl prováděn při teplotě 8 nebo 25°C.
Voltametrická měření (Linear sweep voltammetry – LSV) byla prováděna na
elektrochemickém analyzátoru (AUTOLAB 20 firmy EcoChemie, Utrecht, Holandsko) ve
spojení se zařízením pro rtuťovou visící kapkovou elektrodu (VA-Stand 663 firmy Metrohm,
Švýcarsko). Tříelektrodový systém byl tvořen rtuťovou pracovní elektrodou, Ag/AgCl/3M
KCl referenční elektrodou a pomocnou platinovou elektrodou. Potenciálové okno odpovídalo
rozsahu E od –1.0 V do –1.75 V. Adsorpce ODNs byla prováděna při potenciálu –0.1 V při
různých akumulačních časech (0-120s) za stálého míchání s konstantní rychlostí (1500 rpm).
Roztoky byly zbaveny kyslíku probubláváním argonem (99,999vol.%) před prvním měřením
10 minut. Všechny voltametrické křivky byly zaznamenávány se stejným potenciálovým
krokem 2 mV při všech rychlostech polarizace (25, 50, 100, 200 a 400 mV/s). Získané
voltametrické křivky byly upraveny pomocí filtru (Savitzky&Golay, úroveň 2 nebo 3), který
je součástí GPES (General Purpose Electrochemical System) softwaru 4.9 (EcoChemie).
Výpočty EVLS byly provedeny v Excelu (Microsoft, USA).
Pro měření cirkulárního dichroismu (CD spektra) byly ODN připraveny stejným způsobem
jako u LSV. CD spektra ODN byla měřena na Jobin Yvon Mark VI dichrographu (I.S.A.,
Francie) a byla v rozmezí 210 až 330 nm zaznamenána jako závislost Δε [M-1cm-1] na vlnové
délce. Byly použity křemenné kyvety Hellma o optické dráze 1 cm.
Polyakrylamidová gelová elektroforéza (16%) byla provedena na temperované aparatuře SE –
600 (Hoefer, San Francisco, CA, USA). Vzorky ODN dA9, dC9, H3, H4 a H9 (stejné jako u
LSV); 2 μg vzorku byly naředěny 1mM fosfátem sodným s 0,3 mM EDTA, pH 8, poté byly
tepelně denaturovány 3´/90°C. Iontová síla byla upravována pomocí 10x koncentrovaného
RB pufru, požadovaného pH. Ke vzorkům se přidává barvivo oranž G pro sledování migrace
vzorků rozpuštěné v 50% glycerolu, který slouží jako zatěžkávací roztok. Jako vodící
elektrolyt byl použit Robinson-Britton pufr o požadovaném pH. Výsledný elektroforegram
byl barven komerčně dodávaným barvivem Stains All (Sigma Aldrich Chemical Corp. USA).
Snímání obarvených gelů bylo prováděno na densitometru Personal Densitometer SI, 375 A
(Molecular Dynamics, Sunnyvale, CA, USA).
Výsledky a diskuse
Naše práce se zabývala jak elektrochemickou, tak i spektroskopickou (CD) a
elektroforetickou analýzou DNA fragmentů tvořených A a C s různou sekvencí. Navazuje na
předchozí studii nonamerů pomocí adsorptivní techniky (AdS) a eliminační voltametrie
(EVLS), díky které se v závislosti na experimentálních podmínkách (pH, teplota, rychlost
polarizace) podařilo rozlišit redukční signály A a C. Jednalo se o homo- (dA9 a dC9) a
hetero-ODNs se stejným poměrem A/C a s rozdílnou sekvencí bází.
Na visící rtuťové elektrodě (HMDE) byly ODNs po dobu 0 - 120s a při potenciálu – 0,1 V
adsorbovány a měřeny jejich redukční odezvy při různých rychlostech polarizace. Získané
LSV křivky byly podrobeny eliminační proceduře E4. Pro násobky rychlostí polarizace 2
(rychlost polarizace 1 2ν , ν a 2ν , kde ν je referenční rychlost) má eliminační
115
funkce f ( I ) , která současně eliminuje nabíjecí a kinetický proud (Ic, Ik), ale zachovává
proud difúzní (Id ) tvar: f ( I ) = − 11.657 I 1 2 + 17.485 I − 5.8284 I 2 , kde I je referenční
proud měřený při referenční rychlosti polarizace, I1/2 a I2 jsou celkové proudy měřené při
poloviční a dvojnásobné polarizační rychlosti. Pro zcela adsorbovanou elektroaktivní částici
tato funkce poskytuje dobře čitelný EVLS signál, tj. pík (peak I p ), který přechází v ostrý
protipík (counterpeak I cp ), a vytváří tak charakteristický pík-protipík (peak-counterpeak,
I p + I cp ). Teoretická hodnota poměru I p ( I p + I cp ) , kde I p a I cp reprezentují výšky píku a
protipíku, je 0.4097. Bylo zjištěno, že vyšší experimentálně zjištěná hodnota tohoto poměru
ve srovnání s hodnotou teoretickou indikuje přítomnost předřazené chemické reakce prvního
řádu 16. Jako příklad jsou uvedeny výsledky EVLS E4 pro ODN H3 (pH 6.3, teplota 25 oC),
kdy jsou indikovány dva redukční procesy, potenciálově odpovídající procesům redukce
adeninů a cytosinů. Odečtené poměry obou procesů, pohybující se v závislosti na pH,
rychlosti polarizace a teplotě v rozmezí mezi 0.59 - 0.67, potvrzují přítomnost reakce (Obr.
1).
2.00
I (uA)
f(I)
1.50
EVLS E4
1.00
0.50
0.00
-1600
-0.50
-1.00
E (mV)
-1500
-1400
-1300
-1200
LSV
-1.50
-2.00
-2.50
-3.00
Obr. 1. Voltamogramy ODN H3 (CCCAAACCC). LSV a EVLS křivky (referenční rychlost
polarizace: ¿ 100mV/s; { 200 mV/s a ‹ 400 mV/s), pH 6,3 a teplota 25 oC.
Otázkou zůstává, zda této reakci odpovídá protonizace (relativně velmi rychlá reakce), změna
struktury adsorbovaného ODN, resp. jiná změna ODN vyvolaná nabitým fázovým rozhraním.
Kvůli odpovědi na tuto otázku jsme hledali další možnosti v neelektrochemickém
experimentu a podařilo se nalézt určité sekvenčně dependentní závislosti. CD spektra spolu
s gelovou elektroforézou odhalila, že elektrochemické chování ODNs je výsledkem tvorby
interkalovaného sekvenčně podmíněného cytosinového kvadruplexu.
116
Závěr
Spojení elektrochemického, CD spektroskopického a elektroforetického studia krátkých
fragmentů DNA se ukazuje jako vhodný nástroj ke sledování strukturních změn
oligonukleotidů v závislosti na pH, teplotě, rychlosti polarizace a na jejich denaturaci.
Ukazuje se, že významnou roli v těchto závislostech hraje i nabité fázové rozhraní
představované povrchem elektrody a elektrolytem. Pro důkladnější pochopení této role je
vhodné na voltametrická data každého ODN aplikovat EVLS.
Poděkování
Řešení projektu bylo realizováno s podporou projektů MSM 0021622412 (INCHEMBIOL) a
LC06035 (BIO-ANAL-CHEM) od MŠMT České republiky. Poděkování patří i paní Ireně
Postbieglové za pomoc při přípravě roztoků ODN i při některých elektrochemických
experimentech.
Literatura
1. Kypr, J., Kejnovská, I., Renčiuk, D., Vorlíčková, M.: Nucleic Acids Res., 37, 1713
(2009).
2. Zemánek, M., Kypr, J., Vorlíčková, M.: Int. J. Biol. Macromol., 36, 23 (2005).
3. Dračka O.: J. Electroanal. Chem. 402, 19 (1996).
4. Trnková L., Dračka O.: J. Electroanal. Chem. 413, 123 (1996).
5. Trnková L., Kizek R., Dračka O.: Electroanalysis 12, 905 (2000).
6. Trnková L.: Chemické Listy 95, 518 (2001).
7. Trnková L., Kizek R., Dračka O.: Bioelectrochemistry 55, 131 (2002).
8. Trnková L.: Talanta 56, 887 (2002).
9. Trnková L., Jelen, F., Postbieglová, I.: Electroanalysis 15, 1529 (2003).
10. Trnková L., Postbieglová, I., Holík, M.: Bioelectrochemistry 63, 25 (2004).
11. Trnková L., Jelen F., Petrlova J., Adam V., Potesil D., Kizek R.: Sensors, 5, 448 (2005).
12. Trnková L.: J. Electroanal. Chem. 582, 258 (2005).
13. Trnková L., Jelen F., Postbieglová I.: Electroanalysis 18 (2006) 662.
14. Trnkova L.: Utilizing of Bio-electrochemical and Mathematical Methods in Biological
Research (Eds.: V. Adam, R. Kizek), Research Signpost, Kerala, India, 2007, pp. 51-74.
15. Mikelová R., Trnková L., Jelen F.: Electroanalysis 19, 1807(2007).
16. Trnková L., Dračka O.: The 59th Annual Meeting of the International Society of
Electrochemistry, Seville, Spain, September 7-12, 2008, CD of Abstracts, Lecture:
Elimination Voltammetry of an Irreversible Electrode Process with the Preceding
Chemical Reaction for a Totally Adsorbed Electroactive Substance.
117
Metody snižování detekčního limitu v kapilární elektroforéze při použití neselektivních
detektorů
Petr Tůma a Eva Samcová
Ústav biochemie, molekulární a buněčné biologie, 3. lékařská fakulta, Universita Karlova v
Praze, Ruská 87, 100 00 Praha 10, E-mail: [email protected]
Úvod
Kapilární elektroforéza (CE) se vyznačuje vysokou separační účinností, krátkou dobou
separace, malou spotřebou vzorku a separačního pufru a malými nároky na úpravu vzorku.
Z těchto důvodů je CE v současné době stále častěji využívána při analýze klinických a
biologických vzorků 1,2. Jedním z největších nedostatků CE je její malá koncentrační citlivost,
která se v kombinaci s fotometrickou detekcí v UV oblasti spektra nebo vodivostní detekcí
pohybuje v rozmezí 10-6 – 10-5 mol.L-1 (LOD). Tento příspěvek je zaměřen na využití on-line
technik, kterými lze jednoduše zvýšit citlivost CE a dosáhnout submikromolárních detekčních
limitů. Přednosti těchto technik jsou dokumentovány při stanovení aminokyseliny glycinu
v mikrodialyzátu centrálního nervového systému potkanů 3 a stanovení kyseliny močové
v alantoické tekutině kuřecích embryí 4.
Materiál a metody
Veškerá elektroforetická měření byla provedena na přístroji HP3DCE system (Agilent
Technologies, Waldbronn, Německo) se sériově zabudovaným bezkontaktně vodivostním
detektorem a diod-array detektorem. Bezkontaktní vodivostní detektor je tvořen 2 mm
tubulárními elektrodami oddělenými 1 mm mezerou; operuje se střídavým sinusovým
signálem o frekvenci 1,25 MHz a amplitudou 50 V 5. CE separace byly provedeny
v nepokrytých křemenných kapilárách (vnitřní průměr 75 μm, vnější průměr 363 μm,
Composite Metal Services, UK). Podrobné experimentální podmínky jsou uvedeny u popisků
jednotlivých obrázků. Všechny použité chemikálie dosahovaly analytického stupně čistoty a
pro přípravu základních elektrolytů a zásobních roztoků standardů byla použita deionizovaná
voda (Millipore, Bedford, USA).
Výsledky a diskuse
a) Stanovení glycinu v mikrodialyzátu centrálního nervového systému
Pro stanovení nízkých koncentrací inhibičního neurotransmiteru glycinu v mikrodialyzátu
nervové tkáně bylo použito zvýšené dávkování vzorku do kapiláry. 75 % přídavek acetonitrilu
k mikrodialyzátu potlačí elektrickou vodivost vzorku a umožní zvýšit délku nadávkované
zóny do kapiláry z 1 % (doporučované dávkování) až na 20 % z celkové délky kapiláry. Zóna
vzorku se po přídavku acetonitrilu zaostřuje a vzrůstající délka nadávkované zóny neovlivní
účinnost separace. Za těchto podmínek lze dosáhnout LOD 0,2 μmol.L-1. Přednost uvedené
techniky lze jednoznačně dokumentovat při analýze modelové směsi glycinu a alaninu o nízké
koncentraci 4 μmol.L-1, viz obr. 1. Je-li tento vzorek dávkován do kapiláry přímo bez
jakékoliv úpravy s délkou nadávkované zóny 1 % z délky kapiláry je poměr signál/šum pro
glycin 3,3, což je na úrovni LOD této metody. Je-li tentýž vzorek nejprve zředěn
acetonitrilem v poměru 1:3 a dávkované množství zvýšeno na 20 % z délky kapiláry, je
poměr signál/šum pro glycin 24. Tímto způsobem lze v CE i při použití univerzální
vodivostní detekce stanovovat mikromolární i submikromolární hladiny aminokyselin
v tělních tekutinách.
118
Obr. 1. CE analýza modelové směsi glycinu a alaninu o koncentraci 4 μmol.L-1. A – přímá
analýza vzorku s nízkým dávkováním 50 mbar po dobu 3 s (cca 1 % z délky kapiláry); B –
vzorek zředěn acetonitrilem v poměru 1:3, vysoké dávkování tlakem 50 mbar po dobu 60 s
(cca 20 % z délky kapiláry). Experimentální podmínky: separační pufr – 1,7 mol.L-1 kyselina
octová + 2 % polyethylenglykol 8.000 Da (pH 2,1); nepokrytá křemenná kapilára – celková
délka 43 cm, 30 cm k detektoru, vnitřní průměr 75 μm; separační napětí +20 kV; bezkontaktní
vodivostní detekce; identifikace píků: 1 – glycin, 2 – alanin.
b) CE stanovení kyseliny močové v alantoické tekutině s dávkováním z krátkého konce
kapiláry
Další on-line technikou zvýšení citlivosti v CE je zkrácení separační dráhy. Krátkou separační
dráhu o délce cca 8 cm lze dosáhnout na komerčních přístrojích CE, když je vzorek dávkován
do kapiláry z jejího krátkého konce (detekční konec kapiláry) 6. V této studii bylo CE
stanovení kyseliny močové provedeno: a) standardním dávkováním vzorku z dlouhého konce
kapiláry (délka separační dráhy je 72 cm) a b) dávkováním z krátkého konce kapiláry (délka
separační dráhy je 8 cm), viz Obr. 2. Z porovnání separačních parametrů pro oba typy
dávkování (viz Tabulka I) jednoznačně vyplývá výrazné zkrácení migračního času v krátké
kapiláře z cca 520 s na pouhých 52 s; šířka píku se při dávkování z krátkého konce 3x sníží,
ale též klesne účinnost separačního procesu přibližně 10x. Trojnásobně se sníží LOD až na
0,8 μmol.L-1. Krátkou separační dráhu lze s úspěchem použít pro velmi rychlé separace
jednoduchých směsí látek a zároveň dosáhnou LOD na submikromolární úrovni.
Tabulka I
Porovnání separačních a detekčních parametrů při dávkování z krátkého a dlouhého konce
kapiláry.
Typ dávkování
Parametr a
Krátký konec
Dlouhý konec
Migrační čas tm, s
52,4 ± 0,2
523,2 ± 2,1
Šířka píku v polovině výšky w1/2, s
0,7 ± 0,0
2,1 ± 0,0
b
33 300 ± 900
338 800 ± 6 100
Počet teoretických pater N
391 800 ± 10 600
473 800 ± 8 500
Počet teoretických pater N, m-1
-1
0,8
2,5
LOD, μmol.L
a
-1
Všechny parametry byly určeny pro koncentraci kyseliny močové 10 mg.L .
119
b
Počet teoretických pater byl vypočten ze vztahu N = 5,54 (tm/w1/2)2
Obr. 2. CE stanovení kyseliny močové v alantoické tekutině kuřecích zárodků s dávkováním
z krátkého (A) a dlouhého (B) konce kapiláry. Experimentální podmínky: separační pufr: 60
mM MES + 30 mM Tris + 0,001% (w/V) polybren (pH 6,1); nepokrytá křemenná kapilára –
délka k detektoru 8 cm (A) a 72 cm (B); celková délka 80 cm, vnitřní průměr 75 μm ;
separační napětí -30 kV; hydrodynamické dávkování: 20 mbar po dobu 10 s; UV detekce při
292 nm; identifikace píků: 1 – kyselina p-aminosalicylová, 2 – kyselina močová.
Závěr
Pomocí jednoduchých technik prováděných on-line na separační kapiláře lze významně zvýšit
citlivost CE a dosáhnout LOD cca 10-7 mol.L-1 v kombinaci s neselektivní vodivostní a UV
detekcí. Je to jeden z dalších kroků, který zvyšuje konkurenceschopnost CE v porovnání
s kapalinovou chromatografií a zároveň významně rozšiřuje aplikační možnosti CE při
praktických analýzách vzorků biologického původu.
Poděkování
Práce vznikla za finanční podpory Grantové agentury České republiky (projekt 203/07/0896)
a Grantové agentury Akademie věd České republiky (grant IAA 400400704).
Literatura
1. Jabeen R., Payne D., Wiktorowicz J., Mohammad A., Petersen J.: Electrophoresis 27,
2413 (2006).
2. Shihabi Z. K., Friedberg M. A.: Electrophoresis 18, 1724 (1997).
3. Maione S., Marabese I., Sca Rossi F., Berrino L., Palazzo E., Trabace L., Rossi F.:
Neuroscience 97, 311 (2000).
4. Matějčková J., Tůma P., Samcová E., Zemanová Z.: J. Sep. Sci. 30, 1947 (2007).
5. Gaš B., Zuska J., Coufal P., van de Goor T., Electrophoresis 23, 3520 (2002).
6. Tůma P., Samcová E.: Chem. Listy, v tisku.
120
Monitoring DNA modification by cisplatin using catalytic hydrogen evolution at
mercury-based electrodes
Pavlína Vidláková a, Petra Horáková a,b, Lucie Těsnohlídková a,c, Luděk Havran a a Miroslav
Fojta a
1
Institute of Biophysics ASCR,v.v.i., Královopolská 135, CZ-612 65 Brno, Czech Republic
2
Faculty of Chemical Technology, University of Pardubice, Nám. Čs. Legií 565,
CZ-532 10 Pardubice, Czech Republic
3
Česko-anglické gymnázium, Třebízského 1010, CZ-370 05 České Budějovice 6, Czech
Republic
e-mail: [email protected]
Electroanalytical methods are powerful tools for studying structure, interactions and damage
of nucleic acids 1. Since the second half of fiftieth it has been known that DNA is
electroactive 2. At mercury electrodes, adenine and cytosine in DNA produce a cathodic peak
CA (due to its reduction). Guanine gives anodic signal G, which is obtained in cyclic
voltammetry (CV) or in anodic stripping modes (due to oxidation of reduction product of
guanine that is reduced at very negative potentials). At carbon electrodes guanine and adenine
in NAs undergo oxidation at positive potentials and produce oxidation signals Aox and Gox 1.
In addition, when the DNA is chemically modified, its electrochemical properties can be
changed. For example, chemical modification of an electroactive base (such as guanine) can
result in diminution of its electrochemical signal. On the other hand, attachment of a new
electrochemically active group to DNA can give rise to a new signal that may be utilized to
monitor the DNA modification.
Cisplatin (cis-diamminedichloroplatinum) is an anticancer drug clinically used to treat several
types of malignancies 3. It is generally accepted that the main mechanism of action of this
compound relies in damage to DNA, involving several types of covalent adduct, the most
frequent of them being intrastrand cross-links in sequence motifs GG, AG and GNG (where N
stands for any nucleotide). Therefore, guanine is the primary site of DNA modification by
cisplatin. As shown previously by other authors, cisplatination of DNA actually results in
diminution of guanine oxidation peak measured at carbon electrodes 4. However, we found
that sensitivity of determination of the DNA cisplatination via the guanine peak decrease is
insufficient to monitor DNA modification levels relevant for studies of the drug effects on
DNA recognition by specific proteins, processing of nucleic acids by enzymes etc. (usually
representing rb = 0.02 to 0.10, where rb is number of platinum atoms bound per DNA
nucleotide).
Using mercury-based electrodes and CV we observed remarkable enhancement of cathodic
currents in the presence of cisplatin-modified DNA. Based on characteristic dependence on
scan rate, these effects have been ascribed to catalytic hydrogen evolution accompanying
electrochemical reduction of the cisplatin DNA adducts. In square-wave voltammetry the
catalytic currents gave rise to well developed and analytically useful peak. Conditions were
optimized for sensitive determination of the cisplatin-modified DNA, particularly pH of
background electrolyte (with respect to kinetic character of the analytical signal). Using the
SWV peak it was easy to detect DNA cis-platination at levels as low as rb = 0.01 and its
intensity increased linearly up to rb = 0.12 i.e., within the region relevant for the biochemical
studies. Moreover, we developed a competitive assay for monitoring selective modification of
specific sequence motifs in synthetic oligonucleotides (ON), based on the ON cisplatination
in an excess of non-specific DNA, followed by separation of the ON with magnetic beads and
electrochemical determination of the cisplatin bound.
121
Acknowledgements
This work was supported by grants of the GA ASCR (IAA400040903, IAA500040701),
MEYS CR (LC06035), Czech Science Foundation (203/07/1195) and institutional research
plans Nos. AV0Z50040507 and AV0Z50040702.
References
1. Palecek, E., Scheller, F., Wang, J., Eds. Electrochemistry of nucleic acids and proteins
Towards electrochemical sensors for genomics and proteomics, Elsevier, Amsterdam,
2005.
2. E. Paleček, Naturwiss. 45, 186 (1958).
3. D. Lebwohl, R. Canetta, European Journal of Cancer 34, 1522 (1998).
4. V. Brabec, Electrochimica Acta 45, 2929 (2000).
122
Voltammetric Determination of Carcinogenic Air Pollutant 2-Nitrofluorene Using
Polished Silver Solid Amalgam Composite Electrode
Vlastimil Vyskočil a, Zuzana Krejčová a, Aleš Daňhel a, Tomáš Navrátil b and Jiří Barek a
a
Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Analytical Chemistry,
UNESCO Laboratory of Environmental Electrochemistry, Hlavova 2030/8, Prague 2,
CZ-128 43, Czech Republic, E-mail: [email protected]
b
J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry of AS CR, v.v.i., Dolejškova 3, Prague 8,
CZ-182 23, Czech Republic
The emissions of gasoline and diesel engines contribute significantly to ever increasing
pollution of living environment. A specific part of exhaust gases is composed of nitrated
polycyclic aromatic hydrocarbons (NPAHs). They belong in environment to substances,
which are causally connected with increasing rate of cancer disease 1. Presence of these
compounds in environment threatens natural biological functions of ecosystem and healthy
organism growth 2. In the eighties and the nineties of the last century, L. Möller studied
influences of NPAHs on living organisms and their DNA 3. Carcinogenic 2-nitrofluorene was
chosen as a NPAHs model marker 4, 5 and lately, the genotoxic effect of structurally similar
compounds, e.g. 2,7-dinitrofluorene, was studied as well6. The main risk in NPAHs effect on
organisms is the fact that the pernicious tumor grow can be provoked by small amount of
carcinogen. Whereas the disease can manifest itself after many years since the initiatory
exposition occurred. That is why the need for extremely sensitive and selective methods of
NPAHs determination is still growing 7. Nitro compounds belong between relatively easy
reducible compounds, chemically as well as electrochemically 8. Study of NPAHs
electrochemical reduction can contribute to elucidation of mechanism of their genotoxic effect
and can lead to better understanding of processes that occur during the degradations of these
compounds in organism.
Studied compound – 2-nitrofluorene (2-NF) – is proven to be carcinogenic to rats and thus
possibly carcinogenic to humans (IARC class 2B) 4, 9, and its presence is demonstrably proven
in vehicle exhaust gases, too 10, 11. The nitro group bonded to the aromatic rings is easily
electrochemically reducible and thus 2-NF is suitable candidate for the application of modern
polarographic and voltammetric methods. One of the first references about polarography of
2-NF is from the sixties of the last century 12. However, 2-NF, as a possible environmental
pollutant, was electrochemically determined using mercury electrodes as lately as in last ten
years 13, 14. Results of 2-NF determination obtained using mercury electrodes, as well as using
mercury meniscus modified silver solid amalgam electrode (m-AgSAE) 15, gave us valuable
information for the development of 2-NF determination procedure using polished silver solid
amalgam composite electrode (p-AgSA-CE) 16 (Fig. 1). This electrode is prepared from silver
amalgam powder and epoxy resin, and represents combination of solid composite electrode
and solid amalgam electrode. Due to the fear of the toxicity of metal mercury and its
vapors 17, p-AgSA-CE represents a liquid-mercury-free electrode usable as a mercury
electrodes replacement – silver amalgam is non-toxic and its electrochemical properties are
similar to metallic mercury 16, 18-22. The possible use of solid silver amalgam electrodes for the
amperometric detection in flow-through applications (e.g. HPLC or FIA) is also
advantageous 23.
The stock solution of 2-NF was prepared in methanol due to low solubility of 2-NF in water.
Optimal conditions for 2-NF determination have been investigated in buffered aqueousmethanolic solution. DC voltammetry (DCV) and differential pulse voltammetry (DPV) at
p-AgSA-CE were used. The influence of pH on voltammetric behavior of 2-NF was
123
investigated in methanol – Britton-Robinson buffer solutions (1:1). Corresponding selected
voltammograms of 2-NF are depicted in Fig. 2 (DCV at p-AgSA-CE) and Fig. 3 (DPV at
p-AgSA-CE). One well-shaped irreversible cathodic peak of 2-NF reduction (P1) was
observed in whole pH range (Fig. 3) and its peak potential shifted towards more negative
potentials with increasing pH. On the basis of similar results of 2-NF reduction obtained at
m-AgSAE 15, this peak was assigned to four-electron reduction of nitro group of
2-nitrofluorene to hydroxylamino group. The smaller second peak (P2), firstly observed in BR
buffer pH 6 – methanol (1:1) medium, was observed in neutral as well in alkaline medium.
The concentration dependences were measured under optimum conditions (identical for both,
DCV and DPV): methanol – BR buffer pH 5 and pH 11 (resulting pH 5.8 and 11.3,
respectively; 1:1). Limit of determination was around 10–6 mol L–1 for DCV at p-AgSA-CE
and 10–7 mol L–1 for DPV at p-AgSA-CE respectively. Obtained results were compared with
previous determinations of 2-NF at mercury electrodes 13, 14 and at m-AgSAE 15. Practical
applicability of these new developed methods was demonstrated on the determination of 2-NF
in drinking water.
5
A
B
4
3
2
1
Fig. 1. Scheme of p-AgSA-CE (A) and the detailed photo of polished electrode surface (B).
1 – composite mixture of silver amalgam and epoxy resin; 2 – copper wire; 3 – glass tube; 4 –
plastic fixture to the analyzer; 5 – electronic contact.
124
6
500 nA
5
4
3
I
2
1
0
-200
-400
-600
-800 -1000 -1200 -1400 -1600
E, mV
Fig. 2. Selected DC voltammograms of 2-NF (c = 1×10–4 mol L–1) at p-AgSA-CE,
d = 2.9 mm, in methanol – BR buffer (1:1) medium, resulting pH 2.8 (1), 4.8 (2), 7.0 (3),
8.7 (4), 10.4 (5) and 12.2 (6); polarization rate = 20 mV s–1.
500 nA
6
5
4
I
2
P
3
2
1
P
0
-200
-400
1
-600
-800 -1000 -1200 -1400 -1600
E, mV
Fig. 3. Selected DP voltammograms of 2-NF (c = 1×10–4 mol L–1) at p-AgSA-CE,
d = 2.9 mm, in methanol – BR buffer (1:1) medium, resulting pH 2.8 (1), 4.8 (2), 7.0 (3),
8.7 (4), 10.4 (5) and 12.2 (6); polarization rate = 20 mV s–1. Peak description – see in text.
125
Acknowledgements
This work was financially supported by the Ministry of Education, Youth and Sports of the
Czech Republic (projects LC 06035, MSM 0021620857 and RP 14/63), by the Grant Agency
of the Czech Republic (project No. 203/07/1195) and by the Grant Agency of the Academy of
Sciences of the CR (Project No. IAA400400806).
References
1. Jacob J., Karcher W., Belliardo J. J., Dumler R., Boenke A.: Fresenius. J. Anal. Chem.
340, 755 (1991).
2. Moreira J. C., Barek J.: Quim. Nova 18, 362 (1995).
3. Moller L.: Environ. Health Perspect. 102, 139 (1994).
4. Moller L., Rafter J., Gustafsson J. A.: Carcinogenesis 8, 637 (1987).
5. Edenharder R., Tang X.: Food Chem. Toxicol. 35, 357 (1997).
6. Moller L., Cui X. S., Torndal U. B., Eriksson L. C.: Carcinogenesis 14, 2627 (1993).
7. Zielinska B., Samy S.: Anal. Bioanal. Chem. 386, 883 (2006).
8. Page J. E., Smith J. W., Waller J. G.: J. Phys. Chem. 53, 545 (1949).
9. Ueda O., Kitamura S., Kubo R., Yano Y., Kanzaki Y., Fujimoto T., Tatsumi K., Ohta S.:
Xenobiotica 31, 33 (2001).
10. Schuetzle D.: Environ. Health Perspect. 47, 65 (1983).
11. Albinet A., Leoz-Garziandia E., Budzinski H., Villenave E.: Sci. Total Environ. 384, 280
(2007).
12. Gary J. T., Day R. A.: J. Electrochem. Soc. 107, 616 (1960).
13. Barek J., Pumera M., Muck A., Kaderabkova M., Zima J.: Anal. Chim. Acta 393, 141
(1999).
14. Vyskocil V., Bologa P., Peckova K., Barek J.: Proc. 4th International Student
Conference (Opekar F., Svobodova E., eds.), p. 108. Sevcik Consultancy, Prague 2008.
15. Vyskocil V., Jirak J., Peckova K., Barek J.: Proc. XXVIII. International Scientific
Conference (Barek J., Novotny T., eds.), p. 127. Czech Chemical Society, Prague 2008.
16. Yosypchuk B., Navratil T., Lukina A. N., Peckova K., Barek J.: Chem. Anal. 52, 897
(2007).
17. Boyd A. S., Seger D., Vannucci S., Langley M., Abraham J. L., King L. E.: J. Am. Acad.
Dermatol. 43, 81 (2000).
18. Barek J., Fischer J., Navratil T., Peckova K., Yosypchuk B.: Sensors 6, 445 (2006).
19. Yosypchuk B., Novotny L.: Crit. Rev. Anal. Chem. 32, 141 (2002).
20. Yosypchuk B., Novotny L.: Electroanalysis 14, 1733 (2002).
21. Barek J., Fischer J., Navratil T., Peckova K., Yosypchuk B., Zima J.: Electroanalysis 19,
2003 (2007).
22. Fischer J., Vanourkova L., Danhel A., Vyskocil V., Cizek K., Barek J., Peckova K.,
Yosypchuk B., Navratil T.: Int. J. Electrochem. Sci. 2, 226 (2007).
23. Danhel A., Shiu K. K., Yosypchuk B., Barek J., Peckova K., Vyskocil V.:
Electroanalysis 21, 303 (2009).
126
Potentiometric Stripping Analysis at Antimony Film Electrodes
Eva Tesařová and Karel Vytřas
Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemical Technology,
University of Pardubice, nám. Čs. legií 565, 532 10 Pardubice
E-mail: [email protected]
Introduction
Potentiometric stripping analysis (PSA) introduced by Jagner and Granelli 1 arose from
polarographic methods or, more specifically, from anodic stripping voltammetry. In the last
case, metals from a sample are electrolytically concentrated by deposition onto mercury
electrodes. Further, in the original PSA version, the amalgamated metals are reoxidized by an
oxidizing agent, either dissolved oxygen or a Hg(II) salt used in excess to form a mercury
film (for more details, see recent reviews 2,3). In some countries, however, handling of
mercury and its salts in laboratories is classified as a hazard. A novel approach of the PSA
reported recently was based on total replacement of mercury by bismuth. Having used carbon
paste electrodes as supports, bismuth(III) salts were applied to form bismuth films on which
metal ions could be preconcentrated forming “fused alloys” (analogously to amalgams formed
at mercury electrodes). In addition, the salts successfully substituted mercury(II) in its role of
the chemical oxidant 4. More recently, our attention was turned to studies with antimonybased electrodes 5-8. As a continuation, an introductory study dealing with the use of the
above SbF-CPE and Sb(III) salts is presented here as a novelty in potentiometric stripping
analysis 9.
Experimental
Reagents and solutions. All chemicals used were of analytical grade purity. 1000 μg L-1
atomic absorption standard solutions of Sb(III), Bi(III), Cd(II), Pb(II), Zn(II), Tl(I) and In(III)
were provided by Aldrich, and diluted as required. A 0.01 M HCl served as a supporting
electrolyte. Stock solutions of HCl, KCl, KBr and KI (all 1 M in concentration) were prepared
from chemicals purchased from Fluka or Lachema. All solutions were prepared using
redistilled water. Argon (99.99%) was used to remove dissolved oxygen from solutions prior
to analysis, if not stated otherwise.
Equipment. A modular electrochemical analyzer AUTOLAB equipped with PGSTAT12
(EcoChemie, Utrecht, Netherland) controlled by GPES software (EcoChemie) was used for
all stripping potentiometric measurements. The conventional three-electrode configuration
with antimony film-plated carbon paste electrode (SbF-CPE) was employed throughout the
work. The Ag/AgCl/3 M KCl and a Pt plate served as the reference and auxiliary electrodes.
A PC-controlled magnetic stirrer (IKA, Staufen, Germany) rotating at approx. 400 rpm and
tubing for delivering purging gas completed the whole set-up.
Working Electrode. The carbon paste was prepared by intimately hand-mixing of graphite
powder (0.5 g; CR-5, Maziva Týn nad Vltavou, Czech Rep.) with highly viscous silicone oil
(0.3 mL; LUKOIL MV 8000, Lučební závody Kolín, Czech Rep.). Both components were
homogenized to obtain a mixture that was subsequently packed into a piston-driven carbon
paste holder 10, thus providing a carbon paste electrode support for in situ platting with
antimony film. In some comparative measurements, a bismuth film-plated carbon paste
electrode was also used. When needed, the carbon paste surface was mechanically renewed
extruding ca. 0.5 mm of the paste out of the electrode holder and smoothed with a filter paper.
Usually, this simple operation was made before starting a new set of experiments.
127
Procedures. Typical PSA procedure was carried out in three subsequent steps. Potentiostatic
accumulation at usually –1200 mV for 30 s under stirring was followed by the rest period in
quiet solution for 10 s. Then the stripping step (in open circuit) was performed from –1200
mV to +100 mV. For some comparative experiments, a constant current stripping analysis
(CCSA) mode was also employed, with positive current of either +1 μA or +5 μA applied
during the stripping step. Stripping potentiograms were registered as dt/dE vs. E curves.
Results and discussion
In PSA, dissolved oxygen the molar concentration of which in water is quoted to be about 1 ×
10-3 mol L-1 acts as a natural oxidant and its predominant role can fairly be explained by
theoretical calculations (for theory, see e.g. 11-14). As follows from the reaction for which the
standard potential E0 is defined, the oxidation ability of oxygen is influenced mainly via the
pH value. This dependence is involved in the so-called formal (or conditional) redox potential
E0f. Thus, for a medium of 0.01 M HCl, the corresponding formal redox potential is a quite
high value, +1.111 V. The oxidation ability of Hg(II) which was originally applied as oxidant
is limited by the presence of an excess of chloride ions, forming stable chloromercurates. For
0.01 M HCl, the corresponding formal redox potential for mercury gives a value of +0.580 V.
As regards bismuth, standard potential of the reaction Bi3+ + 3 e = Bi is not given in the
literature but it could be recalculated providing a value of +0.294 V 4. Thus, compared to
previously mentioned oxygen or mercury, Bi(III) can be characterized as much softer oxidant
and, as well known, the weaker the oxidant, the higher the sensitivity of signals measured in
PSA. In media containing halide ions, corresponding values of its formal redox potential are
even lower due to formation of chloro- and/or bromobismuthates.
Concerning antimony(III), the standard potential of the reaction Sb3+ + 3 e = Sb is also not
available in the literature and had to be recalculated as well, and was determined as +0.26 V 15
(we obtained +0.263 V as a more precisely value but the difference is out of significance).
This redox equilibrium is also affected by the presence of halide ions because analogously to
bismuth(III), antimony(III) also undergoes to step-wise complexations in the presence of
halide ions; it means that corresponding formal redox potentials calculated via side-reaction
coefficients are lower as well. The utilization of Sb(III) species as especially gentle oxidants
then leads to further improvement of the detection characteristics of PSA and the first
observations concerning this task are presented in the following paragraphs. However, it
should be noted that all theoretical calculations are of informative character only; for
example, equilibrium data for the antimonyl ion formation (Sb3+ + H2O = SbO+ + 2 H+) which
certainly occurs are not available. In this work, generating of the antimony film in situ was
selected due to its simplicity. With respect to the concentration level of Pb(II) and Cd(II) salts
chosen as model analytes, a spike of 1 ppm (8.21 × 10-6 mol L-1) was found convenient and
used throughout. In situ plating (SbF-CPE) enabled to investigate in parallel the role of
trivalent antimony spiked to the solution as potentially acting oxidizing agent.
Simultaneously, a constant current was applied to reoxidate the metals accumulated. The
lowest peaks were recorded when dissolved oxygen was not removed. It should be noted that
peaks of roughly the same shape were obtained when the current of +5 μA was applied during
the stripping step after removal of oxygen. Significant improvement was observed when
lower current (+1 μA) was used. However, the highest signals for both the metals were
obtained in deareated solution in which only Sb(III) could play a role of oxidant. It should be
mentioned that in medium of 0.01 M HCl taken as a supporting electrolyte, a side-reaction
coefficient is αSb ≡ αSb(Cl,OH) = 5.332 and calculation of the corresponding E0f value for
Sb3+/Sb gives +0.250 V whereas in non-deareated solutions, reoxidation by present oxygen is
dominant (E0f(O2/H2O) for a medium of 0.01 M HCl is +1.111 V, see above). The function of
128
trivalent antimony in oxidizing metals deposited onto the SbF-CPE was further investigated in
media containing higher concentration of halide ions (Cl-, Br-, I-) to confirm experimentally
the effect of their complexation with Sb3+ upon the sensitivity of potentiometric stripping
determination.
To verify possible analytical applications, calibrations for lead and cadmium were tested.
Because of the preliminary character of this study, calibrations were made in 0.01 M HCl
only; the corresponding potentiograms are shown in Figure 1. Concerning both the metal ions,
calibration dependences were found linear in the range studied (up to 100 ppb, see Figure 1).
The calibration plots examined provided the following regression data:
Ap = 0.0065 c(Pb) – 0.0818; ρ2 = 0.996
Ap = 0.0076 c(Cd) – 0.0461; ρ2 = 0.998
where Ap is a peak area given in ms and c(Pb) or c(Cd), resp., are concentrations of the
corresponding metal ions given in ppb units. Concentration dependences were well
reproducible (not shown).
25
peak area / ms
30
dt/dE / s/V
20
800
600
Pb
Cd
400
Cd
Pb
200
0
10
30
50
70
90
110
concetration / ppb
15
10
5
0
-1.2
-1.1
-1
-0.9
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
E / V vs Ag/AgCl
Fig. 1. Calibration dependences for Cd and Pb. Successive standard additions of 10 ppb for
each metal ion were applied for reoxidation with Sb(III) in 0.01 M HCl. Experimental
conditions: c(Sb) = 1 ppm; deposition time, 30 s; deposition potential, -1200 mV vs.
Ag/AgCl; equilibrium time, 10 s; upper stripping potential limit, +100 mV.
Conclusions
The theoretical considerations and the corresponding experiments made have confirmed that
the trivalent antimony exhibits considerably moderate and selective oxidizing capabilities that
can be utilized in PSA. For applications in analytical practice, the use of complexing media
containing higher concentrations of chloride or bromide ions (if not interfere with species to
be determined) is especially recommended. At the same time, carbon paste electrodes have
129
proven themselves to be suitable supports for antimony films with a performance similar to
that observed with bismuth film-plated CPEs 4. With respect to the operability at the ppb
level, both stripping voltammetry and stripping potentiometry combined with SbF-CPEs seem
to have some promise in environmental monitoring of heavy metals 6-9.
Acknowledgements
This research has been supported by the Czech Ministry of Education, Youth and Sports
(projects LC 06035 and MSM 0021627502).
References
1. Jagner D., Granelli A.: Anal. Chim. Acta, 83, 19 (1976) .
2. Estela J. M., Tomás C., Cladera A., Cerdà V.: Crit. Rev. Anal. Chem. 25, 91 (1995).
3. Konvalina J., Vytřas K.: Chem. Listy 95, 344 (2001).
4. Vytřas K., Švancara I., Metelka R.: Electroanalysis 13, 1359 (2002).
5. Pauliukaitė R., Metelka R., ŠvancaraI., Królicka A., Bobrowski A., Norkus E., Kalcher
K., Vytřas K.: Sci. Pap. Univ. Pardubice, Ser. A 10, 47 (2004).
6. Hočevar S. B., Švancara I., Ogorevc B., Vytřas K.: Anal. Chem. 79, 8639 (2007).
7. Švancara I., Hočevar S. B., Baldrianová L., Tesařová E., Ogorevc B., Vytřas K.: Sci. Pap.
Univ. Pardubice, Ser. A 13, 5 (2007).
8. Tesařová E., Baldrianová L., Hočevar S. B., Švancara I., Vytřas K., Ogorevc B.:
Electrochim. Acta, 54, 1506 (2009).
9. Tesařová E.,. Vytřas K: Electroanalysis (2009), in press; DOI: 10.1002/elan.200804518.
10. Švancara I., Metelka R., K. Vytřas, in: Sensing in Electroanalysis (Vytřas K., Kalcher K.,
Eds.), University of Pardubice, Pardubice 2005, pp. 7-18.
11. Šůcha L., S. Kotrlý S.: Solution Equilibria in Analytical Chemistry. Van Nostrand
Reinhold, London 1972.
12. Inczédy J., Analytical Applications of Complex Equilibria. Akedémiai Kiadó, Budapest
1976.
13. Kotrlý S., L. Šůcha: Handbook of Chemical Equilibria in Analytical Chemistry.
Horwood, Chichester 1985.
14. Trémillon B.: Reactions in Solution. An Applied Analytical Approach. Wiley, Chichester
1997.
15. Vereecken P. M., Ren S., Sun L., Searson P. C.: J. Electrochem. Soc. 150, C131 (2003).
130
Příprava a vlastnosti monovrstevných filmů thiolátek na pevných a pastových
amalgámových elektrodách
Bogdan Yosypchuk a Vladimír Mareček
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i., Dolejškova 3, 182 23 Praha 8, Česká
republika, E-mail: [email protected]
Velký počet látek obsahujících síru se adsorbuje na povrchu různých kovů a spontánně tvoří
velmi stabilní monovrstevné filmy (SAM – self-assembled monolayer). Zlato, stříbro, platina
a rtuť jsou obvyklé materiály pro vytvořeni SAM. Oblast použití SAM je velmi široká – od
biosenzorů po protikorozní ochranu kovů 1. Pro vytvoření monovrstev s malým množstvím
defektů je nezbytný rovný povrch na atomární úrovni, což na omezené ploše lze zajistit u
monokrystalů pevných kovů. Ideálně rovný povrch poskytuje samotná kapalná rtuť nebo rtutí
pokryté kovy. Pevné amalgámy různých kovů se dobře smáčí rtutí, a proto lze připravit
elektrody pokryté rtuťovým meniskem (m-MeSAE) nebo rtuťovým filmem (MF-MeSAE; kde
Me – Ag, Au, Cu, Bi aj.). Tyto elektrody mají výhody jak rtuťových, tak i pevných elektrod 2.
Elektrody z pastových amalgámů po jejich zarovnání na skle se velmi podobají rtuťovým
filmovým elektrodám a jejich velkou výhodou je jednoduché mechanické obnovení povrchu 3.
Pravě tyto tři druhy amalgámových elektrod s kapalným povrchem byly zvoleny jako
podložka pro vytvoření monovrstevných filmů thiolátek s minimálním množstvím defektů.
Byly zjištěny optimální podmínky vytvoření monovrstev a adsorpční charakteristiky
studovaných thiolátek: míra pokrytí povrchu elektrody thiolátkou, hustota náboje, plocha
elektrody připadající na jednu molekulu, adsorpční izotermy, energie adsorpce ΔG aj. Tyto
vrstvy budou využity pro přípravu biosenzorů a jako první vrstva modelových
fosfolipidových dvojvrstevných membrán.
Rozsah potenciálů, ve kterém se může studovat thiolátka kovalentně vázaná na materiál
elektrody, je omezen na jedné straně anodickým rozpouštěním pracovní elektrody a na druhé
straně potenciálem redukce vazby kov-síra. V závislosti na elektrochemické aktivitě kovu
tvořícího amalgám a také na pevnosti vazby kovu se sírou se poloha píku redukce kovu může
pohybovat v širokém rozsahu potenciálů. Potenciály píků na MeSAE tvořenými kovy
ušlechtilejšími než rtuť se liší podstatně méně, než v případě přítomnosti
elektronegativnějších prvků v elektrodovém materiálu 4. Tato skutečnost se využívá pro
vytvoření monovrstvy stabilní ve vhodném rozsahu potenciálů, což dovoluje např. studovat
propustnost této monovrstvy nebo fosfolipidové dvojvrstvy pro kationy různých těžkých
kovů.
Poděkování
Tato práce byla podpořena Grantovou Agenturou České republiky (grant čís. 203/07/1195) a
Grantovou Agenturou Akademie věd České republiky (grant čís. IAA400400806).
Literatura
1. Finklea H. O., v knize: Encyclopedia of Analytical Chemistry; (Meyers R. A., ed. John
Willey & Sons Ltd, New York, 2000).
2. Yosypchuk B., Novotný L.: Crit. Rev. Anal. Chem. 32, 141 (2002).
3. Yosypchuk B., Šestáková I.: Electroanalysis 20, 426 (2008).
4. Yosypchuk B., Barek J.: Chem. Listy, 103, 284 (2009).
131
Voltametrické stanovení směsi 1-nitropyrenu a 1-aminopyrenu na
borem dopované diamantové filmové elektrodě
Jiří Barek a Oksana Yosypchuk
Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta, Katedra analytické chemie, UNESCO
Laboratoř elektrochemie životního prostředí, Albertov 6, 128 43 Praha 2, E-mail:
[email protected]
Úvod
Polycyklické aromatické uhlovodíky a jejich nitro a aminoderiváty patří k rozšířeným
chemickým karcinogenům vyskytujícím se v našem pracovním a životním prostředí 1. Jejich
hydroxyderiváty pak patří k prokázaným metabolitům těchto látek, které jsou často využívány
při biologickém monitorování expozice těmto škodlivým látkami 2.
Jedna ze stanovovaných látek 1-nitropyren (1-NP) patří mezi nitrované polycyklické
aromatické uhlovodíky (NPAH). NPAH Jsou významnou součástí výfukových plynů
naftových i benzínových motorů. Ve vzorcích částic, které jsou emitovány naftovými motory,
bylo určeno více než padesát NPAH, přičemž převládající sloučeninou je 1-nitropyren 3.
Druhou stanovovanou látkou je 1-aminopyren (1-AP), který patří do skupiny amino derivátů
polycyklických aromatických uhlovodíků (APAH). Je jedním z produktů přeměny 1-NP
v savčích organismech a byl nalezen v moči, stolici, krvi, ledvinách, játrech a plících
laboratorních zvířat 4.
Vzhledem k tomu, že nitroskupina a aminoskupina jsou elektrochemicky aktivní, je možno k
jejich stanovení použít moderní voltametrické metody. Pro tyto účely se používají rtuťové,
amalgámové, uhlíkové a další stacionární pracovní elektrody. Borem dopovaná diamantová
filmová elektroda (BDDFE) patří mezi nejnovější typy elektrod odpovídající konceptu tzv.
zelené analytické chemie. Kvůli svým vhodným mechanickým a elektrochemickým
vlastnostem se používá i pro stanovení NPAH5 a APAH 6. Vzhledem k tomu, že v literatuře
doposud nebyla nalezena zmínka o stanovení 1-nitropyrenu a 1-aminopyrenu na BDDE, byla
v předpokládané studii věnována pozornost stanovení směsi těchto látek na základě jejich
oxidace resp. redukce na jediné pracovní elektrodě, a to BDDFE.
Materiály a metody
Voltametrická měření byla prováděna s využitím počítačového Eco-Tribo Polarografu
PC-ETP (Polaro-Sensors, Praha) v programu PolarPro verze 5. Jednotlivá měření byla
prováděna ve tříelektrodovém zapojení s referentní argentchloridovou elektrodou (3 mol dm–3
KCl, Monokrystaly, Turnov, ČR), pomocnou elektrodou byl platinový plíšek (Monokrystaly,
Turnov, ČR) a pracovní elektrodou byla borem dopovaná diamantová filmová elektroda o
průměru disku 3,0 mm (Windsor Scientific Ltd, Velká Británie).
Byla použita diferenční pulsní voltametrie (DPV) s následujícimi parametry: rychlost
polarizace 20 mV s–1, šířka pulsu 100 ms, výška pulsu -50 mV pro měření 1-NP a +50 mV
pro měření 1-AP. Při měření směsi 1-NP a 1-AP elektrochemická regenerace prováděna
nebyla. Po ukončení měření byla pracovní elektroda uchovávaná v deionizované vodě.
Vzdušný kyslík byl z roztoku odstraňován pětiminutovým probubláním dusíkem. Měření
byla prováděna při laboratorní teplotě. Výška píků obou sledovaných látek při diferenční
pulsní voltametrii byla vyhodnocována od spojnice minim před a za píkem. Mez detekce
(LOD) byla počítaná jako trojnásobek směrodatné odchylky stanovení odpovídající
132
nejnižšímu bodu proměřené koncentrační závislosti a mez stanovitelnosti (LOQ) jako
desetinásobek této směrodatné odchylky.
Výsledky a diskuse
V předchozím práci7 bylo zjištěno, ze 1-NP a 1-AP lze každý zvlášť stanovit metodou DPV
na BDDE dostatečně přesně a citlivě. Obě látky byly měřeny v prostředí methanol:BR pufr o
pH 3,0 (7:3) (výsledné pH vodně-methanolického roztoku 4,5). Dosažená mez detekce 1-NP
byla 3·10–7 mol dm–3 a mez stanovitelnosti 8⋅10–7 mol dm–3 s korelačním koeficientem R =
0,9998, pro 1-AP byla dosažená mez detekce 6·10–8 mol dm–3 a mez stanovitelnosti 2⋅10–7
mol dm–3 s korelačním koeficientem 0,9996. Tento příspěvek prezentuje možnost
voltametrického stanovení 1-NP a 1-AP ve směsi metodou DPV na BDDE.
Borem dopovaná diamantová filmová elektroda dovoluje stanovit obě studované látky
zároveň během dvou potenciálových scanů. Jeden scan od -300 do -1500 mV umožňuje
redukci 1-NP (Ep ∼ -680 mV), při dalším scanu od +230 do +680 mV se oxiduje 1-AP (Ep ∼
+420 mV). Je třeba upozornit na to, že při anodickém scanu by se neměl vkládat potenciál
větší než +700 mV, jelikož pak dochází k tvorbě polymerních sloučením 1-aminopyrenu,
které se usazují na povrchu elektrody a tím ji silně pasivují.
Pro každou konstantní koncentraci 1-AP (1·10–4, 1·10–5 a 1·10–6 mol dm–3) byly proměřeny
koncentrační závislosti 1-NP v rozmezí 1·10–6 až 1·10–4 mol dm–3 (Obr. 1). Po každém měření
1-NP byla zaznamenávaná i křivka 1-AP. Výšky píků 1-AP při jeho koncentraci 1·10–4 a
1·10–5 mol dm–3 vykazují rovnoměrné kolísání s RSD 4% a 11%. Při koncentraci 1·10–6
mol dm–3 1-AP docházelo k trendovému nárustu výšek jeho píků (Obr. 2A, B). Daný fakt lze
vysvětlit tak, že při katodickém scanu dochází k redukci 1-NP na 1-AP. Tento 1-AP vzniklý
jako produkt redukce se částečně adsorbuje na povrchu elektrody. Měřený signál pak opovídá
oxidaci 1-AP adsorbovaného na elektrodě a oxidaci 1-AP z roztoku. Při zvyšující se
koncentraci 1-NP roste i množství adsorbovaného 1-AP na elektrodě a zaznamenáváný signál
roste.
7
-1000
6
-800
I, nA
5
-600
4
-400
3
2
-200
-300
1
-600
-900
-1200
E, mV
Obr. 1. Voltamogramy směsi 1-NP a 1-AP v prostředí MeOH-BR pufr o pH 3,0 (7:3).
Koncentrace 1-AP 1·10–6 mol dm–3, koncentrace 1-NP : 0 (1), 1·10–5 (2), 2·10–5 (3), 4·10-5 (4),
6·10–5 (5), 8·10–5 (6) 1·10–4 mol dm–3 (7). Měřeno metodou DPV na BDDE.
Parametry kalibračních přímek jsou uvedeny v Tabulce I. Všechny tři koncentrační závislosti
roztoku 1-NP ve směsi s 1-AP jsou lineární v celém rozsahu koncentrací, nicméně hodnoty
jejich korelačních koeficientů (R = 0,9986; 0,9953 a 0,9953) jsou o něco horší než korelační
koeficient (R = 0,9998) odpovídající stanovení samotného 1-NP v roztoku. Dosažené meze
133
stanovitelnosti a meze detekce samotného 1-NP a v jeho směsi s 1-AP jsou srovnatelné.
Směrnice kalibračních přímek 1-NP jsou takřka stejné při všech koncentracích 1-AP, lze tedy
konstatovat, že 1-AP v koncentračním rozmezí 1·10–6 až 1·10–4 mol dm–3 nemá vliv na
citlivost stanovení 1-NP.
A
B
14
140
12
Ip(1-AP), nA
Ip(1-AP), nA
135
10
8
125
6
4
130
0,0
-5
2,0x10
4,0x10
-5
-5
-5
6,0x10
c(1-NP), mol dm
8,0x10
120
-4
1,0x10
0,0
-3
-5
2,0x10
-5
4,0x10
-5
6,0x10
c(1-NP), mol dm
-5
8,0x10
-4
1,0x10
-3
Obr. 2. Závislost výšky píku 1-AP na koncentraci 1-NP v prostředí MeOH-BR pufr (7:3), pH
BR pufru 3,0. Koncentrace 1-AP 1·10–6 (A) a 1·10–5 mol dm–3 (B). Koncentrace 1-NP
1·10–6 – 1·10–4 mol dm–3. Měřeno metodou DPV na BDDE.
Tabulka I.
Parametry kalibračních přímek 1-NP ve směsi s 1-AP. Měřeno metodou DPV na BDDE
v prostředí MeOH-BR pufr (7:3), pH BR pufru 3,0.
c,
LOD1
LOQ1
směrnice
úsek
R
mol dm-3
-1
3
-3
nA mol dm
nA
mol dm
mol dm-3
1-AP
1-NP
-7,65
0,9986
2⋅10-7
1⋅10-6
-8,66⋅106
6⋅10-7
-14,74
0,9953
1⋅10-5 1⋅10-6 - 1⋅10-4
-8,33⋅106
2⋅10-7
7⋅10-7
-4
6
-7
-11,71
0,9980
-7,79⋅10
3⋅10
9⋅10-7
1⋅10
1
vypočteno z 11 opakovaných měření roztoku 1-NP o koncentraci 1⋅10-6 mol dm-3
Závěr
Na základě provedeného výzkumu elektrochemického chování roztoku směsi 1-nitropyrenu a
1-aminopyrenu ve vodně-methanolickém prostředí na bórem dopované diamantové filmové
elektrodě metodou diferenční pulsní voltametrie byly vyvozeno následující:
1. Optimální podmínky pro DPV stanovení studovaných látek ve směsi na BDDE jsou:
prostředí methanol: BR pufr o pH 3,0 (7:3) (výsledné pH vodně-methanolického roztoku 4,5).
2. Kalibrační křivky 1-NP proměřené v rozmezí 1·10–6 až 1·10–4 mol dm–3 při stálé
koncentraci 1-AP 1·10–4, 1·10–5 a 1·10–6 mol dm–3 jsou lineární v celém rozsahu s korelačními
koeficienty R = 0,9986; 0,9953 a 0,9980. Dosažené meze detekce jsou 2⋅10-7; 2⋅10-7 a 3⋅10-7
mol dm-3 a meze stanovitelnosti 6⋅10-7; 7⋅10-7 a 9⋅10-7 mol dm-3.
134
3. Z provedené studie plyne, že za stanovených podmínek lze na borem dopované diamantové
filmové elektrodě provést voltametrické stanovení 1-nitropyrenu ve směsi s 1-aminopyrenem
dostatečně citlivě a přesně.
Poděkování
Tato práce vznikla v souvislosti s řešením výzkumného záměru MSM0021620857, dále byla
finančně podporována Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy (projekt LC 06035) a
Grantovou agenturou České republiky (projekt GAČR 203/07/P261).
Literatura
1. Barek J., Cvačka J., Moreira J. C., Zima J.: Chmem. Listy 90, 805 (1996).
2. Barek J., Mejstřík V., Švagrová I., Zima J.: Chem. Listy 88, 341 (1994).
3. Barek, J., Bencko, V., Cvačka, J., Šuta, M.: Chem. Listy 92, 794 (1998).
4. J. Kielhorn, U. Wahnschaffe and I. Mangelsdorf : Environmental Health Criteria 229:
Selected Nitro-Oxy Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. World Health Organization,
Geneva 2003.
5. Čížek, K.: Disertační práce, Univerzita Karlova v Praze, Praha 2006.
6. Jandová, K.: Diplomová práce, Univerzita Karlova v Praze, Praha 2007.
7. Yosypchuk O., dostupné z URL: http://kalch.upce.cz/merck09/pdf/Yosypchuk.pdf.
135
č. Obsah
Libuše Trnková, Kamila Neplechová,
1 Zdenka Balcarová, Luděk Havran,
Miroslav Fojta
Peter Barath, Kateřina Klosová, Libuše
2
Trnková
Martin Bartoš, Dana Hloušková a Blanka
3
Hyhlíková
Zdenka Bartošová, David Jirovský D., Jana
4
Skopalová a V. Maier
Jana Bulíčková, Miroslav Gál, Magdaléna
5
Hromadová and Lubomír Pospíšil
Aleš Daňhel, Bogdan Yosypchuk and Jiří
6
Barek
Hana Dejmková, Marie Švecová, Jiří Zima
7
and Jiří Barek
Dana Deýlová, Jiří Barek and Bogdan
8 Yosypchuk
Str.
Elektrochemická a chemická redukce guaninu a 8azaguaninu
4
Možnosti implementace eliminační voltametrie do
elektrochemických analyzátorů
Izotachoforetické stanovení biogenních
aminokyselin
Stanovení perorálních antidiabetik pomocí HPLC s
elektrochemickou detekcí
Electrochemical characterization of water soluble
fullerenes
Crystallic Silver Amalgam Electrode
Carbon Paste Electrodes Modified by RoomTemperature Ionic Liquid
Voltammetric Determination of 4-Nitrophenol and
5-nitrobenzimidazole on different amalgam
electrodes
Jan Fischer, Abdul Niaz, Jiří Barek,
Voltammetric Determination of Picric Acid Using
9 Bogdan Yosypchuk, Sirajuddin and
Silver Amalgam Paste Electrode and Carbon Paste
Muhammad Iqbal Bhanger
Electrode
Miroslav Fojta, Pavel Kostečka, Miroslava Electrochemical and capillary zone electrophoresis
Bittová, Martin Bartošík, Luděk Havran, study of pyrimidine residues modification by
10 Tibor Hianik, Libuše Trnková and Emil
osmium tetroxide, 2,2’-bipyridine. Detection of
Paleček
unpaired and mispaired thymines in DNA
heteroduplexes.
Miloslava Fojtová, Petra Horáková, Hana Monitoring of in vitro DNA synthesis and PCR
Pivoňková, Eva Šimková, Zdenka
amplification using 7-deaza-purines as
11
Vychodilová, Luděk Havran and Miroslav electroactive markers
Fojta
Peter Gruendler, Andreas Kirbs and Lothar Modern Thermoelectrochemistry
12
Dunsch
Luděk Havran, Pavlína Vidláková, Hana Electrochemical behavior of oligonucleotides
13 Pivoňková, Iva Kejnovská, Michaela
containing guanine stretches
Vorlíčková a Miroslav Fojta
Michael Heyrovský and Andrey V.
Voltammetric displays of reactivity of
14 Korshunov
electroactive species in different states of
dispersion (Review)
Petra Horáková, Eva Šimková, Zdenka
Electrochemical Detection of Single Nucleotide
15 Vychodilová, Marie Brázdová, Karel
Polymorphisms Using Enzyme-Linked Assay
Vytřas and Miroslav Fojta
Porézní grafit a jeho využití jako
Terezie Kašparová, Iva Jelínková, Aleš
16
Horna, Vojtěch Adam a René Kizek
elektrochemického senzoru
Magdaléna Hromadová, Lubomír Pospíšil, Reduction of Pesticide Bifenox in the Presence of
17 Romana Sokolová, Miroslav Gál and
Cyclodextrin Cavities
Stefania Giannarelli
Jaromíra Chýlková, Renáta Šelešovská,
Voltametrické stanovení antioxidantů ve
18
Jana Machalíková, Libor Dušek a a Zdenka vybraných palivech a mazivech
136
7
11
13
14
15
17
19
22
26
28
30
33
34
36
38
41
43
Zoubková
Zuzana Jemelkova, Jiri Zima and Jiri Barek Usage of carbon paste electrode modified by
19
47
SWNT
Ivan Jiránek and Jiří Barek
Voltammetric Determination of a Mixture of
20
50
Aminoquinolines Using Carbon Film Electrode
David Jirovský, Zdeňka Bartošová, Aleš
Amperometrická detekce v HPLC s využitím BDD
21
54
Horna
elektrody
Kurt Kalcher, Anchalee Samphao and
A New Type of Capacitive Transducer for the
22
55
Franc Svegl
Determination of Ions
Jan Krůšek
Měření koncentrací významných iontů v živých
23
57
buňkách pomocí fluorescenčních sond
Jan Labuda
Electrochemical nucleic acid-based biosensors:
24
60
terms and methodology
E. Khaled , H. N. A. Hassan, A. Girgis a
Využití derivátů bis(thio)močoviny jako ionoforů
25 Radovan Metelka
při přípravě fosforečnanových iontově-selektivních 62
elektrod
Jiří Míka, František Opekar a Pavel Coufal Tenkovrstvý bezkontaktní vodivostní detektor pro
26
66
kapalinovou chromatografii
Tomáš Mikysek, Jiří Ludvík, Jiří Klíma,
Elektrochemická studie HOMO/LUMO energií
27
70
Jan Vyňuchal
derivátů difenyl-pyrrolo-pyrolu
Jana Musilová, Jiří Barek, Pavel Drašar and Differential Pulse Voltammetric Determination of
Karolina Pecková
2-Nitrophenol, 4-Nitrophenol and 2,4
28
72
Dinitrophenol in Drinking and River Water Using
Boron-Doped Diamond Film Electrode
Tomáš Navrátil and Ivana Šestáková
Electrochemical Impedance Spectroscopy of
29
74
Lecithin Bilayers Supported on Porous Membranes
Lenka Němcová, Jiří Barek and Jiří Zima Determination of 5-Amino-6-Nitroquinoline on
30
77
Carbon Paste Electrode
Ladislav Novotný
Speciální vlivy uspořádání elektrodových systémů
31
na jejich vlastnosti (miniaturizace, plasty a
82
speciální materiály, interakce, symetrie, parametry)
Voltammetric Determination of Nitrofen at a
Vít Novotný
85
32
Carbon Paste Electrode
Karolina Peckova, Lucie Vrzalova,
Amalgam Electrodes in Amperometric Detection
33 Vladimír Bencko a Jiří Barek
of the Antineoplastic Drug Carmustine in Liquid 88
Flow Methods
Petra Polášková, Ladislav Novotný,
Rozdíly v chování zvolených slabě a silně
34 Veronika Ostatná a Emil Paleček
adsorptivních látek na elektrochemicky
93
obnovovaných miniaturizovaných površích
Jana Skopalová, Magdalena Čevorová, Jan Využití elektrochemických metod ke stanovení
35
96
Hrbáč a David Milde
celkové antioxidační aktivity
Romana Sokolová, Ilaria Degano,
The Electrochemistry of Natural Pigments
Magdaléna Hromadová, Lubomír Pospíšil,
36
99
Jan Fiedler, Jana Bulíčková and Miroslav
Gál
Určování kritických micelárních koncentrací
Jitka Součková, Jana Skopalová, Jakub
100
37
Táborský a Michaela Vymětalíková
cyklickou voltametrií bez elektroaktivní značky
Renáta Šelešovská, Lenka Bandžuchová, Možnosti stříbrné pevné amalgámové elektrody při
38
102
Miloslava Fojtová, Jaromíra Chýlková
analýze a stanovení fytochelatinů
137
Transport of Cadmium Through Biological
Membranes
Barbora Šustrová, Vladimír Mareček a
Elektrochemické senzory pro sledování
40 Karel Štulík
biochemických a technických membránových
procesů
Ivan Švancara, Karel Vytřas a Kurt Kalcher Co nového v elektroanalýze s bismutovými
41
elektrodami aneb Ohlédnutí za děním v oboru v
letech 2006-2009
Libuše Trnková, Radka Mikelová,
Elektrochemická a spektrální studie krátkých
42 František Jelen,Iva Kejnovská, Michaela oligonukleotidů
Vorlíčková
Petr Tůma a Eva Samcová
Metody snižování detekčního limitu v kapilární
43
elektroforéze při použití neselektivních detektorů
Pavlína Vidláková, Petra Horáková, Lucie Monitoring DNA modification by cisplatin using
44 Těsnohlídková, Luděk Havran a Miroslav catalytic hydrogen evolution at mercury-based
Fojta
electrodes
Vlastimil Vyskočil, Zuzana Krejčová, Aleš Voltammetric Determination of Carcinogenic Air
Daňhel,
Tomáš Navrátil and Jiří Barek
Pollutant 2-Nitrofluorene Using Polished Silver
45
Solid Amalgam Composite Electrode
Eva Tesařová and Karel Vytřas
Potentiometric Stripping Analysis at Antimony
46
Film Electrodes
Bogdan Yosypchuk a Vladimír Mareček
Příprava a vlastnosti monovrstevných filmů
47
thiolátek na pevných a pastových amalgámových
elektrodách
Jiří Barek a Oksana Yosypchuk
Voltametrické stanovení směsi 1-nitropyrenu a 148
aminopyrenu na borem dopované diamantové
filmové elektrodě
39
Ivana Šestáková and Tomáš Navrátil
138
108
111
113
114
118
121
123
127
131
132
DETEKČNÍ SYSTÉM ÚNIKU ROPNÝCH LÁTEK
AS-DETECTOIL
Detekční zařízení určené ke zjišťování a monitorování přítomnosti ropných látek, olejů, apod. na
hladině vody. Zařízení je certifikováno. Zařízení je využitelné zejm. v průmyslu (energetika, čističky
odpadních vod, ap.), v odlučovačích ropných látek, v životním prostředí aj. - jako kontrolní a
bezpečnostní systém.
POPIS ZAŘÍZENÍ
Systém sestává ze sondy o rozměrech 70 x 70 x 30 mm, z vyhodnocovacího přístroje o rozměrech 220
x 50 x 150 mm (napájeného napětím 12 V - akumulátor, trafo) a z výstupu pro instalaci signalizačního
zařízení (zvonek, světlo) či pro napojení regulačního, záznamového a jiného systému.
Zařízení umožňuje dlouhodobý, spolehlivý a bezúdržbový provoz, i v prostředí s nebezpečím výbuchu.
Díky rozměrům sondy lze detektor instalovat např. i do vrtů nebo na odbočky z potrubí.
Techn.údaje: připojením na síť 220/50 Hz; 3,5 mA; akumulátor nebo trafo; váha 1,9 kg
Kontakt: [email protected], tel./fax: 286 890 502; tel.: 266 053 877
139
PROGRAM KONFERENCE
pondělí 25. května
16.00 - PREZENCE A UBYTOVÁNÍ ÚČASTNÍKŮ
18.00 - VEČEŘE
úterý 26. května
8.00 - SNÍDANĚ
8.45 - ZAHÁJENÍ SEMINÁŘE
9.00 – 10.20 BLOK 1
Předsedající: J. Součková
•
Electrochemical Nucleic Acid-Based Biosensors: Terms and Methodology
J. Labuda
•
Electrochemical and Capillary Zone Electrophoresis Study of Pyrimidine Residues
Modification by Osmium Tetroxide, 2,2’-Bipyridine. Detection of Unpaired and
Mispaired Thymines in DNA Heteroduplexes
M. Fojta, P. Kostečka, M. Bittová, M. Bartošík, L. Havran, T.Hianik,
L. Trnková, E. Paleček
•
Monitoring of in Vitro DNA Synthesis and PCR Amplification Using
7-deaza-purines as Electroactive Markers
M. Fojtová, P. Horáková, H. Pivoňková, E. Šimková, Z. Vychodilová, L. Havran, M.
Fojta
•
Electrochemical Detection of Single Nucleotide Polymorphisms Using Enzyme-Linked
Assay
P. Horáková, E. Šimková, Z. Vychodilová, M. Brázdová, K. Vytřas,
M. Fojta
10.20 PŘESTÁVKA
10.40 – 12.00 BKLOK 2
Předsedající: P. Horáková
•
Elektrochemická a spektrální studie krátkých oligonukleotidů
L. Trnková, R. Mikelová, F. Jelen, I. Kejnovská, M. Vorlíčková
•
Electrochemical Behavior of Oligonucleotides Containing Guanine Stretches
L. Havran, P. Vidláková, H. Pivoňková, I. Kejnovská, M. Vorlíčková,
M. Fojta
•
Elektrochemická a chemická redukce guaninu a 8-azaguaninu
L. Trnková, K. Neplechová, Z. Balcarová, L. Havran, M. Fojta
•
Monitoring DNA Modification by Cisplatin Using Catalytic Hydrogen Evolution at
Mercury-Based Electrodes
P. Vidláková, P. Horáková, L. Těsnohlídková, L. Havran, M. Fojta
12.15 - Oběd
140
14.00 – 15.00 BLOK 3
Předsedající: T. Navrátil
•
Amperometrická detekce v HPLC s využitím BDD elektrody
D. Jirovský, Z. Bartošová, A. Horna
•
Voltametrické stanovení směsi 1-nitropyrenu a 1-aminopyrenu na borem dopované
diamantové filmové elektrodě
J. Barek, O. Yosypchuk
•
Differential Pulse Voltammetric Determination of 2-Nitrophenol, 4-Nitrophenol and 2,4
Dinitrophenol in Drinking and River Water Using Boron-Doped Diamond Film
Electrode
J. Musilová, J. Barek, P. Drašar, K. Pecková
15.00 - Přestávka
15.20 – 17.30 BLOK 4
Předsedající: A. Daňhel
•
Měření koncentrací významných iontů v živých buňkách pomocí fluorescenčních
sond
J. Krůšek
•
Transport of Cadmium Through Biological Membranes
I. Šestáková, T. Navrátil
•
Electrochemical Impedance Spectroscopy of Lecithin Bilayers Supported on Porous
Membranes
T. Navrátil, I. Šestáková
•
Příprava a vlastnosti monovrstevných filmů thiolátek na pevných
a pastových amalgámových elektrodách
B. Yosypchuk, V. Mareček
•
Určování kritických micelárních koncentrací cyklickou voltametrií bez elektroaktivní
značky
J. Součková, J. Skopalová, J. Táborský, M. Vymětalíková
•
Softwarové možnosti elektrochemických analyzátorů a Nabídka firmy 2Theta
V. Helán
18.00 - VEČEŘE
středa 27. května
8.00 - SNÍDANĚ
9.00 – 10.00 BLOK 5
Předsedající: J. Musilová
•
Možnosti stříbrné pevné amalgámové elektrody při analýze a stanovení fytochelatinů
R. Šelešovská, L. Bandžuchová, M. Fojtová, J. Chýlková
•
Voltammetric Determination of Carcinogenic Air Pollutant
2-Nitrofluorene Using Polished Silver Solid Amalgam Composite Electrode
V. Vyskočil, Z. Krejčová, A. Daňhel, T. Navrátil, J. Barek
141
•
Voltammetric Determination of Picric Acid Using Silver Amalgam Paste Electrode and
Carbon Paste Electrode
J. Fischer, A. Niaz, J. Barek, B. Yosypchuk, S. M. I. Bhanger
•
Voltammetric Determination of 4-Nitrophenol and 5-nitrobenzimi-dazole on different
amalgam electrodes
D. Deýlová, J. Barek, B. Yosypchuk
10.20 - PŘESTÁVKA
10.40 – 12.00 BKLOK 6
Předsedající: P. Polášková
•
Crystallic Silver Amalgam Electrode
A. Daňhel, B. Yosypchuk, J. Barek
•
Amalgam Electrodes in Amperometric Detection of the Antineoplastic Drug
Carmustine in Liquid Flow Methods
K. Peckova, L. Vrzalova, V. Bencko, J. Barek
•
Speciální vlivy uspořádání elektrodových systémů na jejich vlastnosti (miniaturizace,
plasty a speciální materiály, interakce, symetrie, parametry)
L. Novotný
•
Možnosti implementace eliminační voltametrie do elektrochemických analyzátorů
P. Barath, K. Klosová, L. Trnková
12.15 – Oběd
13.30 - VÝLET
19.00 - VEČEŘE
čtvrtek 28. května
8.00 - Snídaně
9.00 – 10.00 BLOK 7
Předsedající: V. Vyskočil
•
Izotachoforetické stanovení biogenních aminokyselin
Martin Bartoš, Dana Hloušková a Blanka Hyhlíková
•
Metody snižování detekčního limitu v kapilární elektroforéze při použití neselektivních
detektorů
P. Tůma, E. Samcová
•
Využití derivátů bis(thio)močoviny jako ionoforů při přípravě fosforečnanových
iontově-selektivních elektrod
E. Khaled , H. N. A. Hassan, A. Girgis, R. Metelka
10.20 - PŘESTÁVKA
10.40 – 12.00 BKLOK 8
Předsedající: Z. Jemelková
142
•
Co nového v elektroanalýze s bismutovými elektrodami aneb Ohlédnutí za děním v
oboru v letech 2006-2009
I. Švancara, K. Vytřas, K. Kalcher
•
Potentiometric Stripping Analysis at Antimony Film Electrodes
E. Tesařová, K. Vytřas
•
A New Type of Capacitive Transducer for the Determination of Ions
K. Kalcher, A. Samphao, F. Svegl
•
Modern Thermoelectrochemistry
P. Gruendler, A. Kirbs, L. Dunsch
•
Porézní grafit a jeho využití jako elektrochemického senzoru
T. Kašparová, I. Jelínková, A. Horna, V. Adam, R. Kizek
12.15 - Oběd
14.00 – 15.00 BLOK 9
Předsedající: D. Deýlová
•
Electrochemical Characterization of Water Soluble Fullerenes
J. Bulíčková, M. Gál, M. Hromadová, L. Pospíšil
•
Determination of 5-Amino-6-Nitroquinoline on Carbon Paste Electrode L. Němcová, J.
Barek, J. Zima
•
Voltammetric Determination of a Mixture of Aminoquinolines Using Carbon Film
Electrode
I. Jiránek, J. Barek
15.00 - PŘESTÁVKA
15.20 – 17.30 BKLOK 10
Předsedající: J. Bulíčková
•
Voltammetric Determination of Nitrofen at a Carbon Paste Electrode
V. Novotný
•
Usage of Carbon Paste Electrode Modified by SWNT
Z. Jemelkova, J. Zima, J. Barek
•
Carbon Paste Electrodes Modified by Room-Temperature Ionic Liquid H. Dejmková,
M. Švecová, J. Zima, J. Barek
•
Rozdíly v chování zvolených slabě a silně adsorptivních látek na elektrochemicky
obnovovaných miniaturizovaných površích
P. Polášková, L. Novotný, V. Ostatná, E. Paleček
•
Voltammetric Displays of Reactivity of Electroactive Species in Different States of
Dispersion (Review)
M. Heyrovský, A. V. Korshunov
•
Elektrochemická studie HOMO/LUMO energií derivátů difenyl-pyrrolo-pyrolu
T. Mikysek, J. Ludvík, J. Klíma, J.Vyňuchal
•
Nové možnosti softwaru Nova 1.5.
P. Barath
143
18.00 - VEČEŘE
pátek 29. května
8.00 – Snídaně
9.00 – 10.00 BLOK 11
Předsedající: B. Šustrová
•
Voltametrické stanovení antioxidantů ve vybraných palivech a mazivech
J. Chýlková, R. Šelešovská, J. Machalíková, L. Dušek, Z. Zoubková
•
Využití elektrochemických metod ke stanovení celkové antioxidační aktivity
J. Skopalová, M. Čevorová, J. Hrbáč, D. Milde
•
The Electrochemistry of Natural Pigments
R. Sokolová, I. Degano, M. Hromadová, L. Pospíšil, J. Fiedler, J. Bulíčková, M. Gál
•
Reduction of Pesticide Bifenox in the Presence of Cyclodextrin Cavities
M. Hromadová, L. Pospíšil, R. Sokolová, M. Gál, S. Giannarelli
10.20 - PŘESTÁVKA
10.40 – 11.40 BKLOK 12
Předsedající: T. Mikysek
•
Elektrochemické senzory pro sledování biochemických a technických membránových
procesů
B. Šustrová, V. Mareček, K. Štulík
•
Stanovení perorálních antidiabetik pomocí HPLC s elektrochemickou detekcí
Z. Bartošová, D. Jirovský, J. Skopalová, V. Maier
•
Tenkovrstvý bezkontaktní vodivostní detektor pro kapalinovou chromatografii
Jiří Míka, František Opekar a Pavel Coufal
11.40 – ZÁVĚR KONFERENCE
11.45 - OBĚD
144
E-mail: [email protected]
tel.: 266 053 877
tel./fax: 286 890 502
OSVĚDČENÝ ANALYZÁTOR DO KAŽDÉ LABORATOŘE, DO PROVOZU
I TERÉNU, VÝZKUMU I ŠKOL, MODERNÍ, CITLIVÝ A ŠIROCE VYUŽITELNÝ
přenosný počítačový
PC ECO - TRIBO VOLTAMETRICKÝ/ POLAROGRAFICKÝ ANALYZÁTOR
na základě vlastních originálních US patentů
.
vysoká citlivost .snadná automatizace . ideální pro speciaci .
. stolní nebo.přenosná
verze (připojení na
.
verze pro DOS, Win 3.x, 9x, Me, 2000, XP.
stolní PC, laptop či notebook)
Metody:
¾ DC a diferenční pulzní voltametrie (DCV a DPV), Cyklická voltametrie, DP a Tast
polarografie
¾ Chronopotenciometrie s konstantním proudem
¾ Možnost návrhu vlastních metod podle potřeby uživatele
Elektrody:
™ miniaturní tužková rtuťová
™ zlatá, uhlíková (pastová i filmová), stříbrná, měděná
™ pevné amalgamové: stříbrná, zlatá, měděná (menisková, leštěná, filmová)
⇒ pro ekoanalýzu (polarografii a voltametrii) ve vodách, v roztocích a v různých materiálech (podle ČSN,
DIN apod.), v běžných podmínkách pro vysoké obsahy i pro stopové koncentrace 10-10 až 10-11 mol/l.
∗ stanovení kovů (Pb, Cd, Zn, Cu, Fe, Ni, Al, Cr, Hg, As, Mn, Mo, Be ...) resp. většiny prvků
Mendělejevovy tabulky
∗ stanovení aniontů (dusičnanů, dusitanů, Cl-, CN-, Br-, J-, SO42-, PO43-, S2-,... )
∗ sledování velkého množství org. látek a škodlivin (saponátů, herbicidů, pesticidů, insekticidů,
nitrolátek, barviv, biologicky aktivních látek, surfaktantů atd.).
⇒ hodnocení stavu a stupně opotřebení motorů, ropných olejů a maziv, v běžných podmínkách, bez
demontáže.
Oblasti aplikací - dosud nejširší laboratorní, provozní, dílenská i terénní praxe:
vodohospodářství, ekologie, hygiena, zemědělství a potravinářství, medicína, farmacie,
geologie, hutnictví, chemické a jiné průmyslové závody, výzkum, školství ad.
Příklady: Analýza všech druhů vod a vodných roztoků; odpadních vod, vod z galvanizoven,
průsaků, skládek odpadů, výluhů půd; geologických vzorků; rud; popílků a prachu;
zemědělských, chemických a farmaceutických vzorků; pokrytí ČSN a vyhl. na vody z
asi 80 % atd.
• Možnost předchozí bezplatné konzultace a předvedení systému zájemcům, komplexní i pogaranční
odborné zajištění; špičková odbor. pomoc, služby a metodiky, kompatibilní výzkumně-vývojová
perspektiva; moderní výukový systém i systém pro výzkum
• Možnost dodávky vč. doplňkového příslušenství (univ. mineralizátoru, ionometru ap.)
•• Certifikovaný přístroj
145
Martijn van Dijk
Eco Chemie BV
Kanaalweg 29G, 3526 KM Utrecht, The Netherlands
Corresponding author: Martijn van Dijk
Phone: +31 30 2893154 Fax: +31 30 2880715
Email: [email protected]
WWW: www.ecochemie.nl
Distributor: NOVA-LAB s.r.o.
Phone: +420777 58 00 63
Email: [email protected]
WWW: www.nova-lab.cz
Founded in 1986 and since 1999 a member of the Metrohm group of companies, Eco
Chemie designs and manufactures state of the art Autolab series of instrumentation
and software for electrochemistry and biochemistry. ISO 9001:2000 certified, Eco
Chemie has been setting the benchmark in electrochemical research instrumentation
for almost two decades. With our background and knowledge in electrochemistry and
biochemistry and our worldwide distributor network, our mission is to serve the
research community worldwide by supplying modern, affordable instruments,
software and accessories. The Autolab instruments serve a wide range of industries
and research applications. Ever since the foundation everyone within the company
has been dedicated to the development, production and testing of Autolab
electrochemical instruments and their software. This focus coupled with the flexibility
of the company resulted in the finest range of potentiostats/galvanostats available
today.
The flexibility of Eco Chemie is reflected in the modularity of the Autolab instruments.
Potentiostat range from 12 to 100 V output voltage with the possibility to add a
variety of modules throughout the lifetime of the instrument.
146
Some of the popular modules include:
• FRA2 (Module for impedance spectroscopy, for battery and corrosion
research)
• BA (Bipoteniostat and Array, second working electrode in combination with
other
techniques like; Scanning Electro Chemical Microscope, Scanning Tunneling
Microscope and Raman)
• ADC10M (Fast sampling module, scan rates up to 250 kV/s in combination
with
• SCAN250 true analog sweep generator)
• ECD (Low current amplifier, current ranges from 10 pA to 100μA)
• MUX (Multiplexing module, possibility of measuring a maximum of 96
complete
electrochemical cells or 256 working electrodes in sequence)
• BOOSTER 10A/20A (Current booster)
The Autolab instruments can be controlled by two different software packages:
General Purpose Electrochemical Software for all common DC electrochemical
techniques and the Frequency Response Analyzer software for impedance
spectroscopy (in combination with the FRA2 module).
The combination of the Autolab hard- and software gives the user an unrivalled
instrument to perform a wide range of electrochemical experiments. Fundamental
electrochemistry, corrosion and battery & fuel cell research are easily achieved with
Autolab systems.
147
BEST Servis, Ústí nad Labem
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i., Praha
Katedra analytické chemie, UNESCO Laboratoř elektrochemie životního
prostředí, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova v Praze
Sborník přednášek
mezinárodní odborné konference
XXIX. Moderní elektrochemické metody
Jetřichovice 25. – 29. května 2009
Uspořádali:
Barek Jiří, Navrátil Tomáš
ISBN 978-80-254-3997-5
148