Способ определения 5-гидрокситриптофана в водных растворах методом циклической вольтамперометрии на графитовом электроде, модифицированном коллоидными частицами серебра Российский патент 2024 года по МПК G01N27/06 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способу определения 5-гидрокситриптофана в водных растворах методом циклической вольтамперометрии.

Известен способ определения 5-гидрокситриптофана методом вольтамперометрии в дифференциально импульсном режиме на углеродсодержащем стержневом электроде, модифицированном золотом, заключающийся в том, что проводят модифицирование поверхности электрода осаждением пленки золота из 1 ммоль/л раствора HAuCl₄ в течение 300 с при потенциале накопления минус 1,0 В. Электрод изготавливают из графитового стержня, обернутого металлической проволокой, вставляют в пластиковую трубку, заполненную эпоксидной смолой, выдерживают 24 часа для схватывания эпоксидной смолы и проводят зачистку поверхности наждачной бумагой. Ток пика окисления 5-гидрокситриптофана получают при потенциале Е = 0,328 В в фосфатном буфере с рН 7,0. В дифференциально-импульсном режиме линейная область определяемых концентраций 5-гидрокситриптофана наблюдается в диапазоне от 10 до 60 мкмоль/л. Предел обнаружения 5-гидрокситриптофана составляет 0,5 мкмоль/л. [Kalachar H.C.B., Arthoba Naik Y., Basavanna S., Viswanatha R., Venkatesha T.G., Sheela T. Amperometric and differential pulse voltammetric determination of 5-Hydroxy-L-tryptophan in pharmaceutical samples using gold modified pencil graphite electrode // Journal of Chemical and Pharmaceutical Research. 2011. V. 3. № 3. P. 530-539].

Недостатками данного способа являются низкий предел обнаружения, трудоемкость и длительность изготовления модифицированного электрода.

Известен способ определения 5-гидрокситриптофана методом вольтамперометрии с использованием электрохимического сенсора на основе стеклографитового электрода, модифицированного трехмерным гидроксидом металла FeZnSn, активированного в щелочном электролите. Ток пика окисления 5-гидрокситриптофана получают при потенциале Е = 0,39 В на анодной ветви в фосфатном буфере с рН 7,4. Линейная область определяемых концентраций 5-гидрокситриптофана наблюдается в диапазоне от 1 до 800 мкмоль/л. Предел обнаружения 5-гидрокситриптофана составляет 0,7398 мкмоль/л. [Tang S., Liu M., Wang W., Wang Y., Liang A., Luo A. A three-dimensional metal hydroxide activated in an alkaline electrolyte used for electrochemical simultaneous detection of 5-hydroxytryptophan and tryptophan // Microchemical Journal. 2023. V. 195. P. 109534].

Недостатками данного способа являются низкий предел обнаружения, а также сложно-ступенчатый процесс нанесения пленки из трех металлов при критических потенциалах накопления, с последующим активированием поверхности сенсора, что снижает срок службы рабочего электрода.

Известен, принятый за прототип, способ определения 5-гидрокситриптофана методом вольтамперометрии в модельных водных растворах на электроде, модифицированном окисленными нанотрубками с последующим нанесением полифолиевой кислоты [Altyev A.M., Shelkovnikov V.V., Fryanova M.S. Electrochemical behavior of tryptophan and 5-hydroxytryptophan on an electrode modified with multi-walled carbon nanotubes and polyfolic acid // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2023. V. 16. № 1. P. 36-46], заключающийся в том, что наносят аликвоту суспензии, полученную окислением углеродных нанотрубок в смеси азотной кислоты и перекиси водорода, промывают деионизированной водой, растворяют в диметилформамиде, и поверхность углеродсодержащего электрода высушивают до полного испарения, далее проводят модифицирование поверхности электрода путем нанесения пленки витамина B₉ из раствора фолиевой кислоты в течение 120 с при потенциале накопления минус 0,1 В. Пик окисления 5-гидрокситриптофана получают при потенциале 0,75 В в инверсионно-вольтамперометрическом режиме в области потенциалов от минус 0,1 до плюс 0,9 со скоростью изменения потенциала 120 мВ/с в растворе фонового электролита фосфатного буфера с рН 6,8. Область определяемых концентраций 5-гидрокситриптофана наблюдается в диапазоне от 0,5⋅10^-7 до 50⋅10^-7 моль/л. Минимально определяемая концентрация 5-гидрокситриптофана составляет 0,5⋅10^-7 моль/л.

Однако известный способ позволяет определять содержание 5-гидрокситриптофана при минимальной концентрации, равной 0,5⋅10^-7 моль/л. В результате многочисленных опытов были выявлены недостатки данного способа, устранение которых позволило расширить диапазон определяемых концентраций, а в частности исключить использование токсичного растворителя диметилформамида, являющегося веществом 2-го класса опасности.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа определения 5-гидрокситриптофана в водных растворах методом циклической вольтамперометрии на графитовом электроде, модифицированном коллоидными частицами серебра, позволяющего снизить и расширить диапазон определяемых концентраций 5-гидрокситриптофана.

Предложенный способ определения 5-гидрокситриптофана в водных растворах методом циклической вольтамперометрии на графитовом электроде, модифицированном коллоидными частицами серебра, заключается в том, что проводят модифицирование графитового электрода коллоидными частицами серебра из золя серебра в течение 120 с при потенциале накопления минус 0,8 В с последующей регистрацией катодных максимумов при скорости изменения потенциала 100 мВ/с на фоне 0,1 моль/л раствора NaOH в диапазоне потенциалов от минус 0,8 до плюс 1,5 В. Концентрацию 5-гидрокситриптофана определяют по величине катодных максимумов вольтамперных кривых в диапазоне потенциалов от минус 0,2 до минус 0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей.

В предлагаемом способе впервые установлена способность 5-гидрокситриптофана окисляться на графитовом электроде, модифицированном коллоидными частицами серебра, полученными с использованием цитрата натрия при мольном соотношении нитрата серебра (AgNO₃) и цитрата натрия (Na₃C₆H₅O₇) 1:3 в течение 120 с.

Предлагаемый в заявляемом изобретении фон 0,1 моль/л NaOH, позволяет снизить и расширить диапазон определяемых концентраций 5-гидрокситриптофана от 2⋅10^-11 до 5⋅10^-12 моль/л при минимальной концентрации 5-гидрокситриптофана, равной 5⋅10^-12 моль/л.

Предлагаемый вольтамперометрический способ позволяет снизить минимально определяемую концентрацию 5-гидрокситриптофана на четыре порядка и расширить диапазон определяемых концентраций 5-гидрокситриптофана с 2⋅10^-11 до 5⋅10^-12 моль/л.

На фиг. 1 представлены катодные вольтамперные кривые модельного водного раствора 5-гидрокситриптофана, полученные на графитовом электроде, предварительно электрохимически модифицированном коллоидными частицами серебра, где кривая 1 - фон 0,1 моль/л NaOH, кривая 2 - концентрация 5-гидрокситриптофана (С_5-HTP) = 5·10^-12 моль/л, кривая 3 - концентрация 5-гидрокситриптофана (С_5-HTP) = 10·10^-12 моль/л.

На фиг. 2 представлены катодные вольтамперные кривые водного раствора лекарственного препарата 5-HTP (5-гидрокситриптофан, ЗАО «Эвалар»), полученные на графитовом электроде, предварительно электрохимически модифицированном коллоидными частицами серебра, где кривая 1 - фон 0,1 моль/л NaOH, кривая 2 - концентрация 5-гидрокситриптофана (С_5-HTP) = 2⋅10^-11 моль/л, кривая 3 - концентрация 5-гидрокситриптофана (C_5-HTP) = 4⋅10^-11 моль/л.

Пример 1. Измерения были проведены в модельном водном растворе.

Графитовый электрод помещали в электрохимическую ячейку (кварцевый стаканчик), заполненную 10 мл золя серебра (мольное соотношение AgNO₃:Na₃C₆H₅O₇ = 1:3). Затем проводили электролиз раствора для модификации графитового электрода коллоидными частицами серебра при условии: Е_э = -0,8 В, τ_э = 120 с, где Е_э - потенциал накопления, τ_э - время модифицирования.

Полученный модифицированный графитовый электрод ополаскивали бидистиллированной водой и помещали в другую электрохимическую ячейку (кварцевый стаканчик), заполненную 10 мл 0,1 моль/л раствора NaОН. Не проводя накопления, регистрировали анодную ветвь, а затем катодную ветвь циклической вольтамперной кривой фонового электролита при скорости изменения потенциала 100 мВ/с, начиная от потенциала минус 0,8 B и заканчивая плюс 1,5 В. На катодной ветви вольтамперной кривой фонового электролита не наблюдался катодный максимум в диапазоне потенциалов от минус 0,2 B до минус 0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода (Фиг. 1, кривая 1).

Далее в электрохимическую ячейку, заполненную 10 мл 0,1 моль/л раствора NaОН, добавляли 0,05 мл раствора 5-гидрокситриптофана (первая добавка) с концентрацией 5⋅10^-12 моль/л, перемешивали раствор и, не проводя накопления, регистрировали анодную ветвь, а затем катодную ветвь циклической вольтамперной кривой при скорости изменения потенциала 100 мВ/с, начиная от потенциала минус 0,8 B и до плюс 1,5 В. При добавлении раствора 5-гидрокситриптофана (первая добавка) с концентрацией 5⋅10^-12 моль/л происходило увеличение высоты катодного максимума в диапазоне потенциалов от минус 0,2 B до минус 0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода (Фиг. 1, кривая 2).

Далее в электрохимическую ячейку, заполненную 10 мл 0,1 моль/л раствора NaОН, добавляли 0,05 мл раствора 5-гидрокситриптофана (вторая добавка) с концентрацией 5⋅10^-12 моль/л, перемешивали раствор и не проводя накопления, регистрировали анодную ветвь, а затем катодную ветвь циклической вольтамперной кривой при скорости изменения потенциала 100 мВ/с, начиная от потенциала минус 0,8 B и до плюс 1,5 В. При добавлении второй добавки раствора 5-гидрокситриптофана с концентрацией 5⋅10^-12 моль/л происходило пропорциональное увеличение высоты катодного максимума в диапазоне потенциалов от минус 0,2 B до минус 0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода (Фиг. 1, кривая 3).

Пример 2. Измерения были проведены в водном растворе лекарственного препарата 5-HTP (5-гидрокситриптофан, ЗАО «Эвалар»).

Графитовый электрод помещали в электрохимическую ячейку (кварцевый стаканчик), заполненную 10 мл золя серебра (мольное соотношение AgNO₃:Na₃C₆H₅O₇ = 1:3). Затем проводили электролиз раствора для модификации графитового электрода коллоидными частицами серебра при условии: Е_э = -0,8 В, τ_э = 120 с, где Е_э - потенциал накопления, τ_э - время модифицирования.

Полученный модифицированный графитовый электрод ополаскивали бидистиллированной водой и помещали в другую электрохимическую ячейку (кварцевый стаканчик), заполненную 10 мл 0,1 моль/л раствора NaOH. Не проводя накопления, регистрировали анодную ветвь, а затем катодную ветвь циклической вольтамперной кривой фонового электролита при скорости изменения потенциала 100 мВ/с, начиная от потенциала минус 0,8 B и заканчивая плюс 1,5 В. На катодной ветви вольтамперной кривой фонового электролита не наблюдался катодный максимум в диапазоне потенциалов от минус 0,2 B до минус 0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода (Фиг. 2, кривая 1).

Далее в электрохимическую ячейку, заполненную 10 мл 0,1 моль/л раствора NaОН, добавляли 0,02 мл водного раствора лекарственного препарата 5-HTP (5-гидрокситриптофан, ЗАО «Эвалар») с концентрацией 2⋅10^-11 моль/л, перемешивали раствор и не проводя накопления, регистрировали анодную ветвь, а затем катодную ветвь циклической вольтамперной кривой при скорости изменения потенциала 100 мВ/с, начиная от потенциала минус 0,8 B и до плюс 1,5 В. При добавлении водного раствора лекарственного препарата 5-HTP (5-гидрокситриптофан, ЗАО «Эвалар») с концентрацией 2⋅10^-11 моль/л происходило увеличение высоты катодного максимума в диапазоне потенциалов от минус 0,2 B до минус 0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода (Фиг. 2, кривая 2).

Затем добавляли 0,02 мл аттестованной смеси 5-гидрокситриптофана с концентрацией 2⋅10^-11 моль/л, перемешивали раствор и не проводя накопления, регистрировали анодную ветвь, а затем катодную ветвь циклической вольтамперной кривой при скорости изменения потенциала 100 мВ/с, начиная от потенциала минус 0,8 B и до плюс 1,5 В. При добавлении аттестованной смеси 5-гидрокситриптофана с концентрацией 2⋅10^-11 моль/л происходило пропорциональное увеличение высоты катодного максимума в диапазоне потенциалов от минус 0,2 B до минус 0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода (Фиг. 2, кривая 3).

В Таблице 1 представлены результаты определения 5-гидрокситриптофана в водных растворах методом циклической вольтамперометрии на графитовом электроде, модифицированном коллоидными частицами серебра.

Таблица 1

Пример Введено, С_5-HTP, моль/л Найдено, С_5-HTP, моль/л n S Модельный водный раствор 5,0⋅10^-12 (4,70±0,39)⋅10^-12 4 0,25 Раствор лекарственного препарата 2,0⋅10^-11 (1,85±0,27)·10^-11 4 0,17

n - число опытов, S - стандартное отклонение

Таким образом, впервые установлена способность количественного определения 5-гидрокситриптофана по катодным максимумам.

Предложенный способ прост, при его осуществлении не используются токсические вещества. Способ может быть использован в любой лаборатории, имеющей компьютеризированные анализаторы типа ТА или полярограф.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения 5-гидрокситриптофана в водных растворах. Сущность: проводят модифицирование графитового электрода коллоидными частицами серебра из золя серебра в течение 120 с при потенциале накопления минус 0,8 В. После этого регистрируют катодные максимумы при скорости изменения потенциала 100 мВ/с на фоне 0,1 моль/л раствора NaОН в диапазоне потенциалов от минус 0,8 до плюс 1,5 В. Концентрацию 5-гидрокситриптофана определяют по величине катодных максимумов вольтамперных кривых в диапазоне потенциалов от минус 0,2 до минус 0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Технический результат: расширение диапазона определяемых концентраций 5-гидрокситриптофана. 2 ил., 1 табл.

Способ определения 5-гидрокситриптофана в водных растворах методом циклической вольтамперометрии на графитовом электроде, модифицированном коллоидными частицами серебра, отличающийся тем, что проводят модифицирование графитового электрода коллоидными частицами серебра из золя серебра в течение 120 с при потенциале накопления минус 0,8 В с последующей регистрацией катодных максимумов при скорости изменения потенциала 100 мВ/с на фоне 0,1 моль/л раствора NaОН в диапазоне потенциалов от минус 0,8 до плюс 1,5 В, концентрацию 5-гидрокситриптофана определяют по величине катодных максимумов вольтамперных кривых в диапазоне потенциалов от минус 0,2 до минус 0,6 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей.