ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ 2-ХЛОР-3-((4-ГИДРОКСИФЕНИЛ)АМИНО)-1,4-НАФТОХИНОНА В МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРАХ
VOLTAMMETRIC METHOD FOR THE QUANTITATIVE DETERMINATION OF 2-CHLORO-3-((4-HYDROXYPHENYL)AMINO)-1,4-NAPHTOQUINONE IN MODEL SOLUTIONS

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к анализу материалов с помощью электрохимических средств, и может быть использовано для определения 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона в растворах.
Известен вольтамперометрический способ количественного определения гидрохинона и катехола на поверхности графитового электрода, в присутствии резорцина [Chetankumar К., Swamy В. Е. К., Sharma S. С.Electrochemical preparation of poly (direct yellow 11) modified pencil graphite electrode sensor for catechol and hydroquinone in presence of resorcinol: A voltammetric study //Microchemical Journal. - 2020. - T. 156. - C. 104979.], который проводят в трехэлектродной ячейке. Грифель карандаша диаметром 0,7 мм, длиной 60 мм используют как рабочий графитовый электрод. Для создания электрического контакта один конец грифеля карандаша соединяют с медной проволокой. Поверхность рабочего электрода модифицируют путем электрополимеризации азокрасителя Direct Yellow 11 в присутствии фонового электролита 0,1 М NaOH в течение 10 циклов при скорости развертки 50 мВ/с в диапазоне потенциалов от - 1,0 до 1,0 В. В качестве электрода сравнения используют насыщенный каломельный электрод, а в качестве вспомогательного электрода - платиновый.
Для получения электрокаталитического отклика гидрохинона и катехола концентрацией 10 мкМ для каждого вещества, используют метод циклической вольтамперометрии в присутствии 0,2 М фосфатного буфера рН 7,4 со скоростью развертки 50 мВ/с. Предел обнаружения и предел количественного определения оценивают путем изменения концентрации гидрохинона и катехола в растворе. Предел обнаружения для гидрохинона составляет 0,16 и 0,52 мкМ, а для катехола - 0,11 и 0,36 мкМ.
Известен способ вольтамперометрического количественного определения гидрохинона и катехола на поверхности графитового электрода, модифицированного пленкой анилинового красителя поликристаллического фиолетового [Ganesh P. S. et al. Poly (crystal violet) modified pencil graphite electrode sensor for the electroanalysis of catechol in the presence of hydroquinone //Sensing and bio-sensing research. - 2018. - T. 20. - C. 47-54.], который проводят в трехэлектродной ячейке. В качестве рабочего электрода используют графитовый электрод-карандаш, модифицированный пленкой поликристаллического фиолетового. Для этого графитовый электрод-карандаш помещают в электрохимическую ячейку, содержащую водный кристаллофиолетовый 1,0 мМ раствор, приготовленный с фосфатным буфером 0,2 М и рН=7,4. Потенциал поддерживают от 0,0 до 2,0 В при скорости сканирования 10 мВ/с в течение десяти кратных циклов. В качестве вспомогательного электрода используют платиновый электрод, а в качестве электрода сравнения - насыщенный каломельный электрод. Количественное определение двух аналитов выполняют с использованием метода дифференциальной импульсной вольтамперометрии. Предел обнаружения и предел количественного определения для гидрохинона и катехола составляет 30,53 нМ и 27,76 нМ соответственно.
Эти способы трудоемки и для их осуществления необходимо проведение сложной модификации поверхности рабочего электрода.
Известен вольтамперометрический способ количественного определения 2,3-дихлор-1,4-нафтохинона (Дихлон), [BALAJI К. et al. VOLTAMMETRIC REDUCTION BEHAVIOUR AND ANALYSIS OF DICHLONE.], который проводят в трехэлектродной ячейке методом дифференциально импульсной полярографии. В качестве рабочего электрода используют ртутно-капающий электрод. В качестве вспомогательного электрода используют платиновый электрод, а в качестве электрода сравнения - хлоридсеребряный.
-3
-5
-8
-8
Стандартный исходный раствор дихлона (1 × 10 М) готовят растворением дихлона в метаноле и доводят до нужного объема фоновым электролитом для получения желаемой концентрации. Далее 1 мл стандартного раствора переносят в полярографическую ячейку и добавляют 9 мл фонового электролита, затем раствор барботируют азотом в течение 10 мин. После записи полярограмм добавляют порции по 0,2 мл стандартного раствора, и полярограммы записывают после каждого добавления в аналогичных условиях. Оптимальными условиями для аналитического определения дихлона при рН 4,0 являются: время капания 1,4 с, амплитуда импульса 50 мВ и приложенный потенциал -0,40 В. Диапазон определяемых концентраций составляет от 1,0 ⋅ 10 М до 3,0 ⋅ 10 М. Предел обнаружения данного способа составляет 2,8 ⋅ 10 М.
Таким образом, из известных аналогов не выявлен способ количественного определения 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона, который может быть использован в качестве прототипа.
Техническим результатом изобретения является разработка вольтамперометрического способа количественного определения 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона в модельных растворах.
3
3
Предложенный вольтамперометрический способ количественного определения 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона в модельных растворах включает использование электрохимической ячейки, где в качестве рабочего используют механически очищенный импрегнированный дисковый графитовый электрод, в качестве вспомогательного электрода и электрода сравнения - хлоридсеребряные электроды. Электроды помещают в электрохимическую ячейку с раствором фонового электролита, приготовленного растворением перхлората натрия концентрацией 0,1 М в этиловом спирте, подщелаченного 1 моль/дм раствором гидроксида натрия до рН=10. Кислород в растворе фонового электролита удаляют, барботируя его газообразным азотом в течение 5 минут. Регистрируют анодную вольтамперограмму раствора фонового электролита в режиме первой производной в диапазоне развертки потенциала от -1,5 до +1,5 В при скорости 100 мВ/с при перемешивании в течение 10 секунд. Далее успокаивают раствор фонового электролита в течение 10 секунд и проводят процесс электронакопления при потенциале -1 В в течение 30 секунд. Затем вносят в виде добавок раствор анализированного вещества с концентрацией 0,1 моль/дм в диметилформамиде и регистрируют анодные пики окисления 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона при потенциале -0,52±0,05 В на анодной вольтамперограмме в режиме первой производной в диапазоне развертки потенциала от -1,5 до +1,5 В при скорости 100 мВ/с при перемешивании в течение 10 секунд. Успокаивают раствор фонового электролита с добавками раствора анализируемого вещества в течение 10 секунд и проводят процесс электронакопления при потенциале -1 В в течение 30 секунд. Концентрации 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона определяют по высоте анодного пика при анодном максимуме вольтамперных кривых относительно хлоридсеребряного электрода сравнения. Количественное определение 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона в растворе проводят методом введено-найдено.
Таким образом, вольтамперометрический способ количественного определения 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона в модельных растворах является простым в исполнении, экспрессным и селективным. Время анализа составляет не более 20 минут.
На фиг. 1 представлена структурная формула 2-хлор-3-((4-гидроксифенил)амино)-1,4-нафтохинона.
На фиг. 2 показана структурная формула 2,3-дихлор-1,4-нафтохинона (Дихлон).
-6
3
-5
3
-4
3
На фиг. 3 приведены вольтамперограммы окисления 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона на импрегнированном графитовом электроде, где 1 - раствора фонового электролита; 2 - c пиком окисления 2 - хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона при концентрации 4⋅10 моль/дм; 3 - c пиком окисления 2-хлор-3-((4-гидроксифенил)амино)-1,4-нафтохинона при концентрации 4 ⋅ 10 моль/дм; 4 - c пиком окисления 2-хлор-3-((4-гидроксифенил)амино)-1,4-нафтохинона при концентрации 4⋅10 моль/дм.
4
На фиг. 4 показана концентрационная зависимость тока электроокисления 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона от концентрации в спиртовом растворе 0,1 М NaClO (рН 10,0) на импрегнированном графитовом электроде относительно хлоридсеребряного электрода (1 моль/л KCl), при скорости сканирования потенциала 100 мВ/с.
В таблице 1 представлены результаты количественного определения 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона в растворе.
Использовали 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинон -вещество, обладающее цитотоксическими свойствами [Tandon V.K. et al. Synthesis and evaluation of 2-heteroaryl and 2,3-diheteroaryl-1,4-naphthoquinones that potently induce apoptosis in cancer cells // RSC Advances. - 2014. - T. 4. - №. 24. - C. 12441-12447] [Rozanov D. et al. Targeting mitochondria in cancer therapy could provide a basis for the selective anti-cancer activity // PLoS One. - 2019. - T. 14. -№. 3. - С.e 0205623.] (фиг. 1), которое было синтезировано на основе 2,3-дихлор-1,4-нафтохинона (Дихлон) (фиг. 2).
3
3
Для приготовления исходного раствора концентрацией 0,1 моль/дм взяли навеску 2-хлор-3-((4-гидроксифенил)амино)-1,4-нафтохинона массой 0,0599 г, которую поместили в пробирку и растворили в 2 см диметилформамида.
3
Для приготовления раствора фонового электролита взяли навеску перхлората натрия массой 1,25 г, которую поместили в мерную колбу вместимостью 100 см, растворили в 96% спирте этиловом ректификованном, затем объем раствора довели до метки.
В качестве рабочего электрода использовали импрегнированный дисковый графитовый электрод производства ООО «ЮМКС» (Томск, Россия), спектроскопический графитовый стержень которого диаметром 5 мм пропитан расплавленным парафиновым воском [Khristunova Е. et al. Electrochemical immunoassay for the detection of antibodies to tick-borne encephalitis virus by using various types of bioconjugates based on silver nanoparticles // Bioelectrochemistry. - 2020. - T. 135. - C. 107576.].
Торцевую поверхность рабочего электрода в течение 30 секунд механически очищали о фильтр обеззоленный «Синяя лента».
3
-6
3
3
Далее в кварцевый стаканчик 20 мл внесли 10 мл раствора фонового электролита: спиртового раствора перхлората натрия с концентрацией 0,1 моль/дм, и подщелачивали его 6⋅10 дм раствором гидроксида натрия с концентрацией 1 моль/дм для создания рН=10, а затем поместили в выносную электрохимическую ячейку вольтамперометрического анализатора (TA-Lab, ООО "Томьаналит", г. Томск). В раствор фонового электролита опустили рабочий импрегнированный дисковый графитовый электрод, хлоридсеребряные вспомогательный электрод и электрод сравнения.
Затем провели удаление кислорода, растворенного в растворе фонового электролита. Для этого к вольтамперометрическому анализатору (TA-Lab, ООО "Томьаналит", г. Томск) подключили баллон с газообразным азотом и трубочкой для подачи газа барботировали раствор фонового электролита в течение 5 минут.
После этого регистрировали циклическую вольтамперограмму в постоянном режиме развертки потенциала в диапазоне развертки потенциала от -1,5 до +1,5 В при скорости 100 мВ/с, при этом перемешивание раствора фонового электролита происходило в течение 10 секунд, успокоение 10 секунд. Далее производили процесс электронакопления при потенциале -1 В в течение 30 секунд. Отсутствие каких-либо пиков на вольтамперограмме свидетельствовало о чистоте раствора фонового электролита.
Затем приступили к регистрации аналитического сигнала от 2-хлор-3-((4-гидроксифенил)амино)-1,4-нафтохинона методом анодной вольтамперометрии в режиме первой производной. Для этого регистрировали анодную вольтамперограмму раствора фонового электролита в режиме первой производной в диапазоне развертки потенциала от -1,5 до +1,5 В при скорости 100 мВ/с, при этом перемешивание раствора фонового электролита происходило в течение 10 секунд, успокоение 10 секунд. Далее производили процесс электронакопления при потенциале -1 В в течение 30 секунд. Отсутствие каких-либо пиков на анодной вольтамперограмме свидетельствует о чистоте раствора фонового электролита (фиг. 3, кривая 1).
-6
-4
3
После получения фоновых кривых в кварцевый стаканчик с раствором фонового электролита внесли 26 добавок исходного раствора анализируемого вещества для достижения концентрации в ячейке от 1⋅10 до 6⋅10 моль/дм. Перемешивали в течение 10 секунд, успокаивали в течение 10 секунд, далее производили процесс электронакопления при потенциале -1 В в течение 30 секунд и снимали анодную вольтамперограмму при тех же условиях (в режиме первой производной в диапазоне развертки потенциала от -1,5 до +1,5 В при скорости 100 мВ/с).
Анодный пик окисления регистрировали при потенциале -0,52±0,05 В. Для примера на фиг. 3 кривыми 2, 3, 4 представлены вольтамперограммы окисления на трех уровнях концентраций 2-хлор-3-((4-гидроксифенил)амино)-1,4-нафтохинона в растворе фонового электролита.
-6
-4
3
Концентрационная зависимость тока окисления 2-хлор-3-((4-гидроксифенил) амино)-1,4-нафтохинона от его концентрации в растворе фонового электролита в диапазоне от 1⋅10 до 6⋅10 моль/дм была построена (фиг. 4) на основании данных, полученных в результате анализа анодных вольтамперограмм.
-6
3
3
-7
-6
-6
3
3
-6
-5
-4
3
В подготовленную элекрохимическую ячейку, содержащую 10 мл раствора фонового электролита (подщелаченного 6⋅10 дм раствором гидроксида натрия с концентрацией 1 моль/дм для создания рН=10), добавили 6⋅10, 2⋅10, 12⋅10 дм исходного раствора 2-хлор-3-((4-гидроксифенил)амино)-1,4-нафтохинона в диметилформамиде концентрацией 0,1 моль/дм, для достижения концентрации анализируемого вещества в ячейке 6⋅10; 2⋅10; 1,2⋅10 моль/дм соответственно. Перемешивали в течение 10 секунд, успокаивали в течение 10 секунд, далее производили процесс электронакопления при потенциале -1 В в течение 30 секунд и снимали анодную вольтамперограмму при тех же условиях (в режиме первой производной (dI/dE) в диапазоне развертки потенциала от -1,5 до +1,5 В при скорости 100 мВ/с).
После получения значения анодного тока по уравнению регрессии градуировочного графика (фиг. 4):
dI/dE=0,0398 ⋅ С + 0,2595 определяли концентрацию анализируемого вещества в элекрохимической ячейке. Правильность результатов контролировали методом «введено-найдено».
-6
-5
-4
3
3
В результате были определены концентрации 2-хлор-3-((4-гидроксифенил)амино)-1,4-нафтохинона равные 5,8⋅10; 2,15⋅10; 1,22⋅10 моль/дм, что согласуется с введенными концентрациями. В таблице 1 представлены результаты количественного определения 2-хлор-3-((4-гидроксифенил)амино)-1,4-нафтохинона в растворе при n=3, Р=0,95, где n - число параллельных определений 2-хлор-3-((4-гидроксифенил)амино)-1,4-нафтохинона; Р - доверительная вероятность (вероятность охвата). Среднеквадратичное отклонение составило 0,1; 0,075; 0,01 моль/дм соответственно.