УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ АНТИОКСИДАНТНОЙ ЕМКОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД

Техническое решение относится к медицинскому оборудованию клинических лабораторий и ветеринарных лечебниц и может использоваться для проведения диагностических исследований биологических сред в клинической практике.
Предлагается устройство для определения интегральной антиоксидантной емкости (АОЕ) биологических сред - диагностический кулонометрический прибор ПДК-1.
В основе методик кулонометрического определения различных фармацевтических препаратов лежит кулонометрическое генерирование титрантов из активных металлических электродов в различных органических, водных, неводных смешанных средах.
В гальваностатической кулонометрии основными контролируемыми параметрами являются сила тока и время.
В настоящее время существуют приборы и устройства, позволяющие измерить эти параметры с достаточно высокой точностью [Зозуля А.П. Кулонометрический анализ. Л., Химия, 1968].
Известно устройство для амперометрического определения концентрации исследуемых веществ в физиологической пробе, содержащие электрохимическую ячейку с рабочим электродом и электродом сравнения и измерительное устройство [RU №2262890 С2, 2005.10.27]. Заявленное устройство содержит:
(а) средство приложения первого электрического потенциала, имеющего первую полярность, к содержащей пробу электрохимической
ячейке и измерения тока в ячейке как функции времени для получения первой переходной характеристики время-ток;
(б) средство приложения второго электрического потенциала, имеющего противоположную первой вторую полярность, к электрохимической ячейке и измерения тока в ячейке как функции времени для получения второй переходной характеристики время-ток;
(в) средство определения значения предварительной концентрации исследуемого вещества и переменной v на основании первой и/или второй переходных характеристик время-ток
(г) средство удаления обусловленной гематокритным числом составляющей из значения предварительной концентрации для выделения концентрации исследуемого вещества в пробе.
Известно устройство для определения интегральной антиоксидантной емкости биологических сред, включающее электролитическую ячейку для кулонометрического титрования, содержащую основной генераторный и дополнительный электроды, а также два индикаторных электрода и измерительный блок, включающий потенциостат, миллиамперметр для регистрации силы тока, источник постоянного тока (батарейка), реостат или делитель напряжения, гальванометр, милливольтметр, секундомер [Учебно-методическое пособие «Применение метода гальваностатической кулонометрии в клинической диагностике антиоксидантного статуса организма человека», авторы: Погорельцев В.И., Зиятдинова Г.К., Будников Г.К. Минздрав РФ. Казанский медицинский университет, г.Казань. 2004; RU №2253114 C1, 2005.05.27].
Однако, это устройство громоздко, в нем используют визуальное определение времени кулонометрического титрования образца с помощью секундометра, одновременно наблюдая за показаниями значения тока и напряжения, что кроме неудобства вносит и погрешность в определения.
Кроме того, во время работы этого устройства возникают высокочастотные помехи, что является существенным недостатком этого устройства.
Задача заявляемой полезной модели - новое, компактное автоматизированное устройство для определения интегральной антиоксидантной емкости биологических жидкостей, расширяющее ассортимент известных устройств, простое и удобное в использовании.
Технический результат заключается в реализации заявляемого устройства по определению интегральной антиоксидантной емкости биологических жидкостей, позволяющего повысить точность определений за счет автоматизации процесса измерений и подавления высокочастотных помех и переходных процессов.
Технический результат достигается заявляемым устройством, включающим электрохимическую ячейку, содержащую основной генераторный, дополнительный и два индикаторных электрода, и измерительный блок, содержащий два источника напряжения, один из которых последовательно соединен с генератором тока, индикатором цепи тока, основным генераторным и дополнительным электродами, и второй источник напряжения, соединенный с блоком управления, источником ЭДС смещения, который подключен к одному из индикаторных электродов, а второй индикаторный электрод соединен с измерительным преобразователем «ток-напряжение», который через компаратор напряжения установки конечного значения связан с блоком управления, а последний соединен со счетчиком времени процесса, индикатором готовности, генератором тока и выключателем, причем между измерительным преобразователем «ток-напряжение» и компаратором напряжения установки конечного значения включен индикатор прохождения процесса.
Весь процесс анализа выполняется автоматически с момента нажатия кнопки «пуск».
2
3
В процессе определения интегральной антиоксидантной емкости биологических жидкостей производят кулонометрическое титрование исследуемого образца биологической жидкости электрогенерированным окислителем - бромом. Электрогенерацию брома осуществляют из 0,2 М раствора бромида калия в 0,1 М водном растворе серной кислоты на платиновом электроде при постоянной силе тока 5,0 мА. Электрохимическое окисление бромид-ионов на платиновом электроде в кислых средах приводит к образованию Вr, радикалов Вr и Вr, которые взаимодействуют с исследуемыми образцами. Количественно интегральная антиоксидантная емкость выражается в единицах количества электричества на 1 мл биологической жидкости. Методика определения аналогична описанной в пат.RU №2253114, 2005.05.27.
Как видно из рис.1, блок - схема заявляемого устройства состоит из генераторной и индикаторной цепей.
n1
n2
Генераторная цепь содержит источник напряжения U +/-15 В, последовательно соединенный как с генератором 1 тока (5 мА), который соединен с индикатором 2 цепи тока и основным генераторным электродом, так и с дополнительным электродом (электроды расположены в электролитической ячейке). Индикаторная цепь содержит - источник напряжения U+/-12 В, соединенный с блоком 3 управления и источником 5 ЭДС смещения 300 мВ, который подключен к одному из индикаторных электродов, также расположенных в электролитической ячейке, второй индикаторный электрод соединен с измерительным преобразователем 6 «ток-напряжение», который соединен с компаратором 7 напряжения установки конечного значения и индикатором 8 прохождения процесса, компаратор 7 напряжения установки конечного значения подключен к блоку 3 управления, а последний соединен со счетчиком 4 времени процесса, индикатором 9 готовности и выключателем.
Генератор 1 тока I=5mA служит для задания тока I=5mA и поддержания его стабильным при изменении нагрузки (проводимости раствора) в широких пределах;
индикатор 2 цепи тока, в качестве которого может быть выбран, например, светодиод, включенный последовательно с нагрузкой, служит для контроля целостности цепи генераторных электродов;
блок 3 управления под воздействием управляющих внешних сигналов формирует команды на включение генератора 1 тока, обнуление и запуск счетчика 4 времени процесса, остановку и фиксирование результата на счетчике 4 времени процесса, выдачу сигнала «готовность» на индикаторе 9 готовности;
счетчик 4 времени процесса - таймер, управляемый сигналами начало счета, остановка счета и фиксация результата, обнуление;
источник 5 ЭДС смещения - делитель напряжения,
измерительный преобразователь 6 «ток-напряжение» - электронная схема для измерения тока ячейки кулономерического титрования, преобразования этого тока в напряжение, что необходимо для работы компаратора 7 напряжения установки конечного значения и индикатора 8 прохождения процесса; в состав измерительного преобразователя 6 «ток-напряжение» входит фильтр высоких частот и интегратор с большим временем интегрирования, что необходимо для подавления высокочастотных помех и переходных процессов;
компаратор 7 напряжения установки конечного значения выдает сигнал «окончание процесса» на блок 3 управления и представляет из себя устройство сравнения напряжения установки (окончания процесса) и напряжения с измерительного преобразователя;
индикатор 8 прохождения процесса позволяет визуально контролировать прохождение процесса кулонометрического титрования (например, светодиодная шкала);
индикатор 9 готовности прибора (например, светодиодный индикатор), управляемый блоком управления, показывает, в каком режиме находится прибор (в состоянии измерения или в состоянии готовности к следующему измерению).
В качестве электродов могут быть использованы платиновые электроды.
Устройство работает следующим образом:
В электрохимическую ячейку на 50 мл вводят 20,0 мл фонового раствора (0,2 М раствор бромида калия в 0,1 М водном растворе серной кислоты), помещают основной генераторный и дополнительный электроды, а также индикаторные электроды. При нажатии кнопки «пуск» происходит включение обеих - генераторной и индикаторной цепей. Генератор 1 тока генерирует ток силой 5 мА, наличие которого контролируется индикатором 2 цепи тока. Ток по цепи передается на основной генераторный и дополнительный электроды. Между индикаторными электродами под воздействием источника 5 ЭДС смещения возникает ток, пропорциональный количеству генерированных зарядов. Этот ток преобразуется в напряжение на измерительном преобразователе 6 «ток-напряжение». Процесс генерации зарядов отображается на индикаторе 8 прохождения процесса. По достижении порога срабатывания компаратора 7 напряжения установки конечного значения, блок 3 управления останавливает счетчик 4 времени, отключает генератор 1 тока и включает индикатор 9 готовности, показывающий, что прибор готов к измерениям.
Помещают в электролитическую ячейку аликвоту исследуемого образца, происходит нейтрализация части нагенерированных зарядов, что приводит к изменению тока на индикаторных электродах и соответственно на преобразователе 6 «ток-напряжение», на входе компаратора 7 напряжения установки конечного значения. По индикатору 8 прохождения процесса можно оценочно определить процесс. При нажатии кнопки «пуск» блок 3 управления обнуляет счетчик 4 времени процесса,
отключает индикатор 9 готовности, подключает генератор 1 тока к электродам, что отражается на индикаторе 2 цепи. Начинается отсчет времени процесса, происходит генерация зарядов. По достижении порога срабатывания компаратора 7 напряжения установки конечного значения (уравновешивание заряда измеряемой пробы), блок 3 управления останавливает счетчик 4 времени, отключает генератор 1 тока, включает сигнал готовности измерения - индикатор 9 готовности. Отсчет времени процесса сохраняется на индикаторе счетчик 4 времени до следующего измерения (нажатия кнопки «пуск»).
Получив значение времени титрования, указанное счетчиком времени, зная силу тока и объем аликвоты, рассчитывают АОЕ, равную количеству электричества (Q) затрачиваемому на 1 мл образца по формуле:
где I - сила тока, А;
t - время достижения конечной точки титрования, с;
ал
V - объем аликвоты, мл, или в нашем случае: Q=0,25 t.
Методика расчета описана в [RU 2253114 C1, 2005.05.27] На заявляемом устройстве определяли антиоксидантную емкость плазмы цельной крови больных, а также сыворотки крови, слюны.
Заявляемое устройство удобно в эксплуатации, компактно, позволяет повысить точность определений за счет автоматизации процесса измерений и подавления высокочастотных помех и переходных процессов.