2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬАЯ ЧАСТЬ
2.1. Постановка задачи
В рамках выполнения дипломной работы нами были поставлены следующие задачи:
- разработать потенциометрические сенсоры для определения концентрации катионов на основе планарного электрода, модифицированного углеродной сажей и пилларареном;
- разработать методику измерения концентрации катионов в модельных растворах;
- оценить аналитические и операционные характеристики сенсоров: время отклика, дрейф потенциала, чувствительность и селективность определения ряда катионов (свинца, меди, никеля, кобальта, кадмия, ртути, серебра, железа, цинка);
- определить влияние количества рецептора на электроде на чувствительность определения катионов (на примере катиона железа);
- изучить свойства и стабильность получаемых покрытий методом циклической вольтамперометрии.
- оптимизировать количество ионофора в составе чувствительного слоя сенсора на катионы
- разработать методику измерения концентрации серебра в модельных растворах и в реальных образцах лекарственных препаратов;
2.2. Материалы и реагенты
В работе использовали азотную кислоту, уксусная кислоту, СaNO3, NaNO3, PbNO3, CuNO3, NiNO3, CoNO3 , CdNO3, AgNO3, KCl, Na2SO4, Fe(NO3)3, KNO3, K3Fe(CN)6, KCl (ООО НПО «ТатХимПродукт», г Казань), углеродная сажа (Gwent Group of Companies, United Kingdom), препараты «Аскорбиновая кислота» (ООО «Озон», г. Жигулевск), «Компливит» (ОАО «Фармстандарт – УфаВИТА», г. Уфа), «Протаргол» (ЗАО «Призводственная фармацевтическая компания Обновление», г. Новосибирск), «Аргосульфан» (ООО «Валеант», г. Москва),тетракис(4-хлорофенил)борат калия, 2-нитрофенилфениловый эфир, поливинилхлорид (ПВХ) (Sigma-Aldrich, Swizerland), в качестве растоврителя использовали тетрагидрофуран (ТГФ), в качестве ионофора были использованы пиллар[5]арены (P[5]A), синтезированные и предоставленные для исследования проф. И.И. Стойковым (кафедра органической химии Химического института им. А.М.Бутлерова КФУ) (рис.2.1). Структура ионоров подтверждена методами ЯМР 1Н-спектроскопии и динамического светорассеяния.
Структурные формулы пиллараренов, использованных в качестве модификаторов электродов, представлены на рисунке 20.
ПА1 |
ПА2 |
ПА3 |
Рисунок 20. Структурные формулы незамещенного (1) и замещенных (2 и 3) пиллараренов
Использовали витаминный и витаминно-минеральный препараты, содержащие аскорбиновую кислоту – аскорбиновая кислота (порошок) и компливит (50 мг аскорбиновой кислоты в 1 таблетке).
Использовали лекарственные препараты, содержащие серебро – аргосульфан (сульфатиазола серебра 20,0 мг в 1 г мази, вспомогательные вещества: цетостеариловый спирт, жидкий парафин, вазелин белый, глицерол, натрия лаурилсульфат, метилпарагидроксибензоат, пропилпарагидроксибензоат, калия дигидрофосфат, натрия гидрофосфат, вода для инъекций) и протаргол (протеинат серебра (7,8-8,3% серебра в одной таблетке), вспомогательные вещества: поливинил-N-пирролидон). Думаю состав не нужен,
2.3. Приборы и методы
В качестве рабочих использовали печатные графитовые электроды, полученные методом трафаретной печати. Электроды изготавливались на кафедре аналитической химии, Ивановым А.Н, Для проведения измерений э.д.с. использовали комбинированный хлоридсеребряный электрод сравнения (Ag/AgCl) производства Metrohm Autolab b.v. (Голландия) с двойным внутренним мостом (арт. 6.073.100), предотвращающим вытекание внутреннего раствора сравнения. Измерения проводили в двухэлектродной ячейке.
Контроль величины pH и потенциометрические измерения проводили с помощью pH-метра-иономера «Эксперт – 001» (электрод ЭВЛ-1М3.1) производства НПП «Эконикс-Эксперт», г.Москва (с точностью измерения э.д.с. не менее 0.05 мВ).
Вольтамперометрические измерения проводили с помощью потенциостат-гальваностата AUTOLAB PGSTAT 302N (Нидерланды).
Дозирование реагентов при приготовлении растворов и проведении измерений производили с помощью микродозаторов «Ленпипет», Unipipette 2010 и Vari (“Plastomed”, Польша).
Перемешивание раствора в ячейке осуществляли с помощью магнитной мешалки.
Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета прикладных программ Microcal Origin 8.1.
При построении концентрационной зависимости сигнала использовали методы добавок. и метод отдельных растворов.
Методика измерений
Для измерения сигнала полученный потенциометрический сенсор и электрод сравнения погружали в ячейку с 20 мл 0.01 М раствора HNO3 и при непрерывном перемешивании измеряли потенциал электрода. Вносили в ячейку модельные растворы указанных соединений в диапазоне концентраций 1*10-7 – 1*10-2 М и измеряли потенциал сенсора. После установления значение стационарного потенциала, рассчитывали разность значений э.д.с. до и после добавления катиона как сигнал потенциометрического сенсора. Все измерения проводили в шести повторностях. Построение градуировочных зависимостей проводили методом добавок.
Для измерения вольтамперометрического сигнала, полученный сенсор и электрод сравнения погружали в ячейку с 10 мл 0.1 М раствора КNO3 и измеряли потенциал, силу тока электрода. Соответствующие электроды тестировались в режиме многократного циклирования потенциала в диапазоне -0.4 – +0.8 В при варьировании скорости развертки 5-700 мВ/с и от различной концентрации K3Fe(CN)6 в ячейке (1*10-5 – 1*10-2 М).
Приготовление растворов
Потенциометрические измерения проводили в азотной кислоте. Буферные растворы готовили из точных навесок компонентов в дистиллированной воде с последующей корректировкой рН с помощью 10%-ных растворов NaOH и HCl.
Приготовление буферных растворов производили из точных навесок указанных компонентов в дистиллированной воде с последующей корректировкой рН.
Приготовление дисперсии углеродной сажи проводили путем взвешивания 1,6 г углеродной сажи и растворении его в 1,6 мл ДМФА.с последующей ультразвуковой обработкой в течение 30 минут до образования однородной суспензии
Приготовление раствора ПА1 проводили путем взвешивания 0,0018 г сухого вещества и растворения его в 1 мл раствора ацетона с последующим разбавлением до 1*10-4М.
Приготовление раствора ПА2 проводили путем взвешивания 0,0028 г сухого вещества и растворения его в 1 мл раствора ацетона с последующим разбавлением до 1*10-9М.
Приготовление растворов окислителей и восстановителей. Для приготовления 1 М раствора нитрата калия растворяли 0.101 г KNO3 в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М раствора нитрата натрия растворяли 0.085 г NaNO3 в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М безводного раствора нитрата ртути растворяли 0.325 г Hg(NO3)2 в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М водного раствора нитрата ртути растворяли 0.343 г Hg(NO3)2*6H2O в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М водного раствора нитрата никеля растворяли 0.291 г Ni(NO3)2*6H2O в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М безводного раствора сульфата магния растворяли 0.120 г MgSO4 в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М водного раствора нитрата кальция растворяли 0.236 г Ca(NO3)2*4H2O в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М водного раствора нитрата кадмия растворяли 0.308 г Cd(NO3)2*4H2O в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М раствора нитрата кобальта растворяли 0.183 г Co(NO3)2 в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М раствора нитрата серебра растворяли 0.169 г AgNO3 в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М раствора нитрата меди растворяли 0.183 г Cu(NO3)2 в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М водного раствора нитрата цинка растворяли 0.297 г Zn(NO3)2*6H2O в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М раствора нитрата свинца растворяли 0.331 г Pb(NO3)2 в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М раствора нитрата железа растворяли 0.242 г Fe(NO3)2 в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М водного раствора нитрата магния растворяли 0.220 г Mg(NO3)2*4H2O в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М водного раствора ферроцианита калия растворяли 0,32925 г K3Fe(CN)6 в 1 мл дистиллированной воды. Для приготовления 1 М аскорбиновой кислоты растворяли 0.176 г порошка витаминного препарата «Аскорбиновая кислота» в 1 мл воды. Для приготовления рабочего раствора из витаминного комплекса «Компливит»: 1 таблетку толкли в ступке до порошкообразного состояния, растворяли и отфильтровывали. Полученный раствор разбавляли водой до нужных концентраций
Приготовление раствора «Протаргол»
Приготовление раствора «Аргосульфан». Растворяли 1,815 г аргосульфана в 17,5 мл дистиллированной воды, добавляли 2,5 мл азотной кислоты (С=15,8 М), нагревали получившийся раствор, отфильтровывали, исследовали водный слой, предварительно доведя pH раствора до 2
Приготовление ПВХ - мембраны. Раствор ТГФ, содержащий в расчете на 1 мл 61 мг 2-нитрофенилфенилового эфира, 5 или 2,5 или 10 мг ПА2, 33 мг ПВХ и 1 или 2 или 0,5 мг тетракис(4-хлорофенил)бората калия наносили на поверхность подготовленного электрода.
Полученную смесь капельно наносили на поверхность планарного электрода (табл.2.1).
Таблица 2.1