СРАВНЕНИЕ БПК-БИОСЕНСОРОВ НА ОСНОВЕ МЕДИАТОРА ФЕРРОЦЕНА И ФЕРРИЦИАНИДА КАЛИЯ

Аннотация: Осуществлено сравнение совместимых с биоматериалом медиаторов электронного транспорта ферроцена и феррицианида калия в БПК-биосенсорах на основе активного ила. Выявлены основные отличия и направления использования данных БПК-биосенсоров на основе полученных аналитических и метрологических характеристик.


Биохимическое потребление кислорода (БПК) является количественным показателем качества промышленных и сточных вод. Наиболее распространенными способами определения БПК являются  стандартныt методы, которые имеют ряд недостатков: большая длительность (от 5 до 20 суток), трудоемкость анализа; высокую погрешность (в манометрическом методе).  Все вышеперечисленные недостатки требуют создания новых более точных и простых экпресс-методов определения БПК. Одним из таких методов является биосенсорный метод анализа, основанный на непосредственном контакте биорецептора, представляющего собой целые микроорганизмы, с физико-химическим преобразователем. 

В работе сравниваются характеристики БПК-биосенсоров на основе активного ила и медиаторов ферроцена и феррицианида калия. Активный ил — сложное сообщество микроорганизмов различных систематических групп и некоторых многоклеточных животных, имеющее естественное происхождение. Активный ил был выделен из очистных сооружений ТулаГорВодоканала.

Амперометрические измерения проводили с использованием рабочего углеродо-пастового электрода с иммобилизованным активным илом и хлорсеребряного электрода сравнения.  В качестве удерживающего материала для биоматериала использовали диализную мембрану. Все измерения проводились при помощи гальванопотенциостата «IPC2000-Micro».

Медиатор электронного транспорта феррицианид калия K3[Fe(CN)6] вносили в кювету перед каждым новым измерением. Измерения проводились при потенциале 288 мВ. Медиатор ферроцен замешивали непосредственно в пасту рабочего углеродо-пастового электрода. Такой способ внесения медиатора в систему позволяет сократить время единичного измерения, а также исключает расход медиатора в системе. Измерения проводились при потенциале 250 мВ. Для определения аналитических и метрологических характеристик использовали стандартную глюкозо-глутаматную смесь (ГГС). Сравнительные параметры приведены в таблице.

Для биосенсора на основе феррицианида калия был получен ответ на 24 субстрата органических соединений классов спирты, сахара, альдегиды, кислоты и проч.; для биосенсора на основе ферроцена был получен ответ на 8 субстратов, в том числе сахара, спирты и кислоты.

Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы: сочетания медиатора феррицианида калия или ферроцена с микроорганизмами активного ила оказались успешными; однако для определения БПК в сточных водах целесообразнее использовать биосенсор на основе феррицианида калия, так как данное сочетание медиатор-биоматериал позволяет окислить наиболее широкий спектр органических соединений.

Оба биосенсора способны к быстрому и точному определению БПК в воде, о чем свидетельствует сопоставимое время единичного измерения (8-10 мин для ферроцена и 10-20 мин для феррицианида калия). Погрешности операционной стабильности обоих биосенсоров не превышают допустимой нормы - 5%.