ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ СЕНСОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИЗИНА В ВОДНОМ РАСТВОРЕ
POTENTIOMETRIC SENSOR FOR DETECTING LYSINE IN AQUEOUS SOLUTION

Изобретение относится к области потенциометрических методов анализа. Оно может быть использовано для количественного контроля лизина в продуктах пищевой и фармацевтической промышленности, а также для непрерывного количественного контроля лизина на всех стадиях его электродиализной очистки.
Известен биосенсор для определения лизина, основанный на детектировании аммиака, выделяющегося при взаимодействии лизина с лизин-оксидазой, иммобилизированной на мембрану аммиак-селективного электрода (Garsia-Villar N., Saurina J., Hernandez-Cassou S. // Fresenius' journal of analytical chemistry. 2001. Volume 371. №7. P.1001-1008).
Недостатками известного сенсора являются, во-первых, неселективность в растворах, содержащих другие аминокислоты; во-вторых, необходимость регенерации активного фермента после измерения, что делает сенсор сложным в эксплуатации и непригодным для использования в длительных непрерывных процессах; в-третьих, низкая точность, порядка 30%.
Заявляемое изобретение предназначено для количественного определения лизина в водных растворах.
Технический результат: увеличение селективности и стабильности сенсора, упрощение эксплуатации, увеличение точности определения.
Технический результат достигается тем, что потенциометрический сенсор для определения лизина в водном растворе состоит из хлорсеребряного электрода сравнения, мембраны из перфторированного сульфокатионитового полимера, двух корпусов, соединенных между собой, в одном из которых установлен электрод сравнения, в другом установлена мембрана таким образом, что один ее конец размещен в первом корпусе, а другой выступает за пределы второго корпуса.
Мембрана может быть выполнена в виде полосы, или стержня, или трубки и обработана в этиленгликоле при 110°С.
Сенсор может быть снабжен защитным колпачком для выступающего за пределы второго корпуса конца мембраны.
Для разработки сенсора использовались перфторированные сульфокатионитовые (ПС) мембраны МФ-4СК (изготовленные ОАО «Пластполимер», г.Санкт-Петербург, Россия) в лизиновой форме, предварительно обработанные в этиленгликоле при 110°С. Такая обработка вызывает быстрые и стабильные перестройки наноструктуры ПС полимеров, в то время как их молекулярная структура остается практически неизменной [1]. Термическая обработка мембран в этиленгликоле увеличивает чувствительность сенсора.
Использование катионитовых мембран для определения лизина в водных растворах основано на потенциалопределяющей протолитической реакции (1), в результате которой однозарядные ионы лизина в растворе переходят в двухзарядные в фазе мембраны [2-4].
На фигуре 1 представлена схема сенсора; на фиг.2 - основные аналитические характеристики сенсора; на фиг.3 - средние значения концентрационных констант селективности сенсора к катионам лизина; на фиг.4 представлены фактические и найденные значения концентраций лизина для некоторых исследуемых растворов.
3
Конструкция сенсора включает два пластиковых (или стеклянных) корпуса 1 и 2 объемом соответственно 5 и 0,5 см соединенных между собой пробкой 3. Корпуса 1 и 2 герметично закрыты пробками 4, 5, 6. Хлорсеребряный электрод сравнения 7 (серебряная проволока, покрытая хлоридом серебра), закрепленный в пробке 4, погружен в корпус 1. Мембрана (полоска, трубка, стержень) 8 длиной 6-8 см закреплена в пробках 3 и 6 таким образом, что один ее конец 9 находится внутри корпуса 1, основная ее часть находится внутри корпуса 2, второй ее конец 10 выступает за пределы корпуса 2. При длительном хранении конец 10 мембраны закрывается защитным колпачком 11. Между измерениями сенсор следует хранить в 0,001 М растворе моногидрохлорида лизина.
Работа сенсора реализуется следующим образом.
0,001 М раствор моногидрохлорида лизина в корпусе 1 заменяется 1 М раствором моногидрохлорида лизина. Корпус 1 закрывается пробкой 4, в которую встроен хлорсеребряный электрод сравнения 7. Из корпуса 2 удаляется 0,001 М раствор моногидрохлорида лизина, после чего корпус 2 закрывается пробкой 5. Сенсор свободным концом 10 мембраны погружается в анализируемый раствор. Измерение потенциала осуществляется относительно хлорсеребряного электрода 7 сравнения с помощью электронного вольтметра. Значение потенциала фиксируется через 10-15 минут.
ПРИМЕР 1
На фигуре 3 представлены калибровочные зависимости отклика сенсора на основе модифицированных (1) и исходных (2) мембран МФ-4СК от концентрации катионов лизина в индивидуальных растворах моногидрохлорида лизина. Показано, что чувствительность сенсора после обработки мембран этиленгликолем увеличивается, об этом свидетельствует увеличение наклона калибровочной зависимости. Тангенс угла наклона 50,6±0,1 мВ/lgC калибровочной зависимости для сенсора на основе модифицированных мембран близок к нернстовскому, что позволяет использовать разрабатываемый сенсор для селективного определения лизина.
ПРИМЕР 2
Для оценки селективности сенсора к катионам лизина исследованы водные растворы моногидрохлорида лизина с добавками нейтральных аминокислот. Константы селективности (2) рассчитывали как отношение концентраций определяемого и мешающего компонентов в точках, начиная с которых наблюдается заметное отклонение отклика сенсора от постоянного значения.
Средние значения концентрационных констант селективности сенсора к катионам лизина в присутствии индивидуальных аминокислот глицина, аланина и лейцина, а также в присутствии эквимолярной смеси аминокислот глицина, аланина, лейцина представлены в таблице на фигуре 4. Константы селективности для исследуемых растворов не превышали 0,019.
ПРИМЕР 3
Для определения концентрации лизина в водных растворах сенсор откалибровали в индивидуальных растворах моногидрохлорида лизина. Зависимость отклика сенсора от концентрации катионов лизина в растворе определяется уравнением (3).
Методом калибровочного графика определены концентрации лизина в индивидуальных растворах моногидрохлорида лизина и в растворах моногидрохлорида лизина с добавками нейтральных аминокислот. В таблице на фигуре 5 представлены фактические и найденные значения концентраций лизина для некоторых исследуемых растворов. Относительная ошибка определения не превышала 5%.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Кривандин А.В., Соловьева А.Б., Глаголев КН., Шаталова О.В., Котова С.Л., Беляев В.Е. // Серия. Критические технологии. Мембраны. 2003. №17. С.16-21.
2. Бобрешова О.В., Кулинцов П.И., Новикова Л.А. / Сорбционные и хроматографические процессы. 2003. Т.3. Вып.3. С.310-319.
3. Аристов И.В., Бобрешова О.В., Кулинцов П.И., Загородных Л.А. // Электрохимия. 2001. Т.37. №2. С.248-251.
4. Письменская Н.Д., Белова Е.И., Никоненко В.В., Ларше К. / Электрохимия, 2008, Т.44.