Тест-определение кобальта(II) и железа(III) с использованием концентрирования в полимерных гелях. Возможности и перспективы практического применения

вания радиоактивных меток и ускорителя заряженных частиц, а главное - невозможность определения уровня активности белков.

Ввиду перечисленных выше причин перспективным является разработка новых флуоресцентных красителей на основе производных 3-замещённых-4-гидроксикумаринов, которые будут исследованы в качестве флуоресцентных меток для изучения эпигенетики и молекулярной визуализации. Это, в свою очередь, позволит получить отечественную импортзаменяющую продукцию для биохимических и медицинских исследований.

Список литературы

1. G. Patonay Noncovalent labeling of biomolecules with red and near-infrared dyes/ G. Pa-tonay, J. Salon, J. Sowell, L. Strekowski // Molecules. 2004,9,.- Р. 40-49.

2. Eds. Farber E.M. and Cox A.J. Proceedings of the third international symposium. «Psoriasis». Stanford University. New York London. 1981. 135-444

3. Кузнецова, Н.А. / Н.А. Кузнецова, О.Л. Калия. //Усп. хим. 1992, 61(7).- С. 1243-1267

4. Манаев, А.В. / А.В. Манаев, Т.А. Чибисова, В.Ф. Травень //Изв. РАН, 2006, 12, 2144

5. Traven, V.F. / V.F.Traven, I.V.Ivanov, A.S.Pavlov ets.//Mendeleev Commun., 2007, 17, 345-346.

6. Y-S. Chen Structure, reactivity and application of some triketone derivatives/ Y-S. Chen, P-Y. Kuo, T-L. Shie, D-Y. Yang // Tetrahedron. 2006, 62.- Р. 9410-9416

7. Gerasov, A.O. Series of polymetine dyes derived from 2.2-difluoro-1,3,2-(2H)-dioxaborine of 3-acetyl-7-diethylamino-4-hydroxycoumarin/ A.O. Gerasov, M.P. Shandura, Yu.P. Kovtun. // Dyes and Pigments 2008, 77.- Р.598-607.

8. Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/ по материалам TechnologyReview.

УДК 543:542.2

Н.Г. Новикова, Ю.В. Ермоленко, В.В. Кузнецов, Н.Г. Строкова, А.П. Соколовская

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия; Московский государственный текстильный университет им. А.Н.Косыгина, Москва, Россия

ТЕСТ-ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОБАЛЬТА(П) И ЖЕЛЕЗА(Ш) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ В ПОЛИМЕРНЫХ ГЕЛЯХ. ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

New express methods for determination of Fe(II) and Co (II) implementing nitroso-R-salt as a reagent immobilized on a polymeric gel are developed. A possibility of increasing sensitivity by concentrating analyte in a polymeric gel support is shown. Both spectrophotometry and coloristic approaches to getting analytical signal are carried out to elaborate color scales for visual test-indication of cobalt and iron. Approved is the usefulness of the methods in the analysis water of Moscow waterpipe and technological solutions (test-indication of iron and cobalt) and biological liquids (e.g. iron in the human blood plasma). A correctness of the determination is assessed on model solutions by a method "added - found" as well as on real objects by a method of additives. Prospects of practical application of the developed the test-methods are encouraging.

Разработаны методики тест-определения Fe(II) и Co(II) с использованием новых аналитических материалов на основе иммобилизации реагента нитрозо-Я-соль в полимерный гель. Показана возможность повышения чувствительности тест-определения при концентрировании аналита в полимерной гелевой подложке. Проведена сравнительная оценка спектрофотометрического и цветометрического вариантов индикации аналитического сигнала. Разработаны цветовые шкалы для визуальной тест-индикации при определении Fe(II) и Co(II). Показана возможность и перспективы практического

применения разработанных тест-методов при анализа воды московского водопровода и технологических растворов (тест-определение железа и кобальта) и биологических жидкостей (определение железа в сыворотке человеческой крови). Проведена оценка правильности определения на модельных растворах методом «введено-найдено» и при анализе реальных объектов методом добавок. Показаны перспективы практического применения разработанных тест-методов.

Широкое распространение в аналитической химии элементов получили гибридные методы, основанные на одновременном концентрировании и определении элементов в полимерном слое, разновидностью которых является твердофазная спектрофото-метрия [1]. Особенностью этого метода является возможность визуальной и цветомет-рической индикации аналитического сигнала, находящая в настоящее время широкое применение в тест-методах [2,3]. Из сорбентов, пригодных для использования в твердофазной спектрофотометрии, можно отметить полимерные гомогенные гели, образованные гидрофильными водорастворимыми полимерами, имеющие такие преимущества как оптическая прозрачность, наличие большого количества реакционноспособ-ных групп в макромолекуле полимера, пригодных как для различных вариантов иммобилизации органических реагентов, так и для модификации самого полимера.

Железо и кобальт являются микроэлементами, определение которых имеет особую актуальность в экологической аналитической химии, а также при анализе пищевых продуктов и биологических жидкостей. Новый метод на основе твердофазной спектрофотометрии, пригодный также для использования в вариантах тест-метода с визуальной и цветометрической индикацией аналитического сигнала для определения Со(11) и Ре(П), может найти широкое применение в аналитической практике.

1 г~

О, О -1-'-1-'-1-'-1-'-1-'-1 Т- I . ~

ЗЬО 40Q ЬОО bt>C) СзОО 6ЬО ftJO

н м

Рис. 1. Спектрофотометрия комплексообразования в системе нитрозо-Я-соль - Со(11) в водных растворах и в желатиновом геле.

Спектрофотометр Hitachi. I = 1 см; рН = 5,5, с(Со(П))=10"3М, c(R)= 104М.

Были исследованы возможности применения в качестве полимерной матрицы следующих полимерных гелей: сульфат хитозана, триолигоэтиленоксидсульфонат хитозана, олигоэтиленоксидсульфонат хитозана, сшитый глутаровым альдегидом или лапроксидом, желатин. Наилучшие результаты показал гель на основе желатины [4]. Желатиновый гель, являясь амфолитным ионообменником, обладает рядом преимуществ: собственное буферное действие, фрактальность матрицы, простота иммобилизации реагента, хорошая адгезия к триацетилцеллюлозной подложке. В качестве органического реагента для иммобилизации в полимерный гель был выбран реагент нитрозо-Я-соль [5]. Этим реагентом Co(II) можно определять в присутствии

других металлов, например железа, т.к. комплексы этих элементов имеют максимумы поглощения в различных областях спектра.

Полное совпадение спектральных характеристик образующихся комплексных соединений в водном растворе и в желатиновой геле свидетельствуют об электростатическом механизме иммобилизации реагента и об идентичности реакций комплексо-образования в геле и в водной среде (рис.1). Установлено, что оптимальными условиями спектрофотометрического определения в исследуемой системе являются X 535 нм и pH 5 (ацетатный буфер) - Со(П), X 700 нм и pH 6 (ацетатный буфер) - Fe(II). Спектры снимали относительно желатинового геля (1), реагента, иммобилизованного в желатиновый гель (2) и раствора реагента (3). 1 - R , 2 - МК в геле; 3 - MR в растворе.

Исходя из данных спектрального анализа комплексов Fe(П) и Fe(Ш) с нитрозо-К-солью (рис.2), железо следует определять в виде комплекса Fe(II)-R, т.к. при этих условиях обеспечена наибольшая селективность аналитической реакции. Двухвалентное железо образует с нитрозо-К-солью комплексное соединение ярко-зеленого цвета с максимумом поглощения 700 нм.

При спектрофотометрической регистрации сигнала использовали заимствованный из кинетических методов способ регистрации нарастания аналитического сигнала по времени. Оптимальное время отклика для Со(П) составило 200 с, для Fe(II) - 100 с. Предел определения составил 0,11 мкг/мл (Со(П)) и 0,34 мкг/мл (Те(П)). Уравнения градуировочных зависимостей при спектрофотометрической индикации сигнала приведены в табл.1 .

Табл. 1. Градуировочные зависимости при спектрофотометрическом определении Со

Уравнение r Область линейности s

А (Л 535 нм) = 0,00063 + 0,01698-с(Со(П)) 0,999 до 25 мкг/мл 0,005

А (Л 700 нм) = 0,01724 + 0,04999-c(Fe(II)) 0,997 до 15 мкг/мл 0,02

Э50 400 4SO 500 550 SOO S50 700

Л., нм

Рис. 2. Спектрофотометрия комплексообразования в системе нитрозо-Я-соль - Fe(II) и нитрозо-Я-соль - Fe(III) в водных растворах. Спектрофотометр Hitachi. I = 1 см; рН = 6,3, c(Fe(II))=10"2M, c(Fe(III))=10_2M, c(R)= 10 4 М. 1 - R , 2 - Fe(II)-R; 3 - Fe(III)-R

Установлено, что предлагаемая индикаторная система пригодна для спектрофотометрического определения Со(П) и Fe(II) в водных растворах (твердофазная спектрофотометрия), а также в варианте тест-метода с визуальной индикацией. Цветовой шаг визуального восприятия сигнала составил 2,5 мкг/мл (Со(11)) и 5 мкг/мл (Fe(II)).

Тест-метод пригоден для визуального определения в интервале от 2 до 25 мкг/мл (Co(II)) и от 2 до 30 мкг/мл (Fe(II)).

Также показана возможность использования предлагаемого чувствительного элемента в варианте тест-метода с цветовой индикацией аналитического сигнала, методика которого отличается от спектрофотометрической только способом регистрации отклика: вместо спектрофотометра используется сканер. Установлены градуировочные зависимости с(Со(П)) и c(Fe(II)) от параметров цветности в RGB координатах (рис. 3). Выявлено, что цветометрические функции обеспечивают большую чувствительность по сравнению со спектрофотометрией. Уравнения градуировочных зависимостей при цветометрической индикации сигнала представлены в табл.2:

Табл. 2. Градуировочные зависимости при определении Co(II) и Fe(II) с использованием цветометрической индикации

Стандартная цветометрия: r Область линейности

А(координата G) = 226,21 - 12,687-с(Со(П)) 0,989 от 2 до 25 мкг/мл 8,0

А(координата R) = 186,29 - 3,952-c(Fe(II)) 0,986 от 2 до 30 мкг/мл 7,2

Цветометрия с концентрированием:

А(координата G) = 144,23 - 33,635-с(Со(П)) 0,876 до 2 мкг/мл 17

А(координата R) = 194,26 - 12,468-c(Fe(II)) 0,917 до 2 мкг/мл 4,0

Предел определения в случае цветометрической индикации приблизительно на порядок меньше, чем для спектрофотометрии: для Со(П) он составляет 0,02 мкг/мл, для Бе(11) - 0,023 мкг/мл.

Разработанная методика концентрирования компонентов в слое желатинового геля, позволила еще больше увеличить чувствительность цветометрического определения: Со(П) до 0,004 мкг/мл, Бе(11) до 0,009 мкг/мл.

Табл. 3. Результаты определения Cо(П) и Fe(П) в реальных объектах

Введено мкг/мл Добавлено мкг/мл Найдено спектрофотометрия Найдено по RGB

c(Co(II)) sr c(Co(II)) sr

Аммиачно-цитратный электролит 4,63 8,43 13,13 0,04 0,01 8,10 12,70 0,0 1 0,09

Технологический раствор 5,79 6,76 12,69 0,04 0,07 6,67 12,56 0,05 0,02

Природные воды 0,5 0,909 1,435 0,06 0,02 0,959 1,466 0,1 0,12

c(Fe (II)) данные биохим. лаб. c(Fe (II)) Sr

Сыворотка крови 2,5 5 1,023 0,8 - 0,97 2,95 5,67 0,05 0,11 0,08

Проведена оценка правильности определения Со(П) методом «введено-найдено» и при анализе реальных объектов методом добавок. Установлено, что результаты спек-

трофотометрии и цветометрии в исследуемой системе характеризуются удовлетворительной прецизионностью (¿V не превышает 0,09 при спектрофотометрической регистрации сигнала и 0,1 при цветометрической регистрации).

Рис. 3. Градуировочные зависимости при цветометрической индикации Со(11) и Fe(II) в координатах RGB

Широкие возможности аналитического применения разработанной тест-системы показаны при анализе ряда аналитических объектов. Выполнено определение содержания Co(II) в аммиачно-цитратном электролите, применяемом в гальваниотехнике для осаждения сплава Co-Mo, в технологическом растворе - фильтрате после адсорбции элемента на угольном фильтре. Возможность применения разработанного способа при анализе Fe(II) продемонстрирована при анализе воды московского водопровода. Широкие коммерческие перспективы может иметь практическое применение метода для определения Fe(II) в сыворотке человеческой крови. Разработанная методика была применена при анализе образцов сыворотки. Правильность выполненного анализа подтверждена данными, полученными биохимической лабораторией для того же исследуемого образца. В таблице 3 представлены данные, полученные при спектрофотометри-ческой и цветометрической индикации сигнала.

Список литературы

1. Золотов, Ю.А. Сорбционное концентрирование микрокомпонентов из растворов. Применение в неорганическом анализе / Ю.А.Золотов, Г.И.Цизин, С.Г.Дмитриенко, Е.И.Моросанова. - М,: Наука, 2007. - 320 с.

2. Островская, В.М. Вода. Индикаторные системы / В.М. Островская, О.А. Запорожец, Г.К. Будников, Н.М. Чернавская. - М,: 2002. - 266 с.

3. Золотов, Ю.А. Химические тест-методы анализа / Ю.А.Золотов, В.М.Иванов,

B.Г.Амелин. - М,: Едиторал УРСС, 2002. - 304 с.

4. Шереметьев, С.В. Ковалентная и электростатическая иммобилизация органических реагентов к полимерной и гелевой матрицам и чувствительные элементы на их основе. Диссертационная работа на соискание степени кандидата химических наук /

C.В. Шереметьев. - М,: РХТУ им. Менделеева, 2006. - 190 с.

5. Марченко, З. Методы спектрофотометрии в УФ и видимой области в неорганическом анализе / З. Марченко, М. Бальцежак. - М,: Бином, 2007. -С.631