Сорбционно-спектроскопическое определение аналитов с использованием желатиновых пленок, модифицированных 3,4,5-тригидроксифлуоронами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

На правах рукописи

Анисимович Полина Владимировна

СОРБЦИОННО-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНАЛИТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖЕЛАТИНОВЫХ ПЛЕНОК, МОДИФИЦИРОВАННЫХ 3,4,5 - ТРИГИДРОКСИФЛУОРОНАМИ

02.00.02 - Аналитическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

2 9 ИЮЛ 2015

Краснодар - 2015 005571Ю1

005571101

Работа выполнена на кафедре аналитической химии факультета химии и высоких технологий Кубанского государственного университета

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Темердашев Зауаль Ахлоович ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет»

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Дмнтриенко Станислава Григорьевна, МГУ имени М.В. Ломоносова

кандидат химических наук, старший научный сотрудник Михайлова Алла Владимировна ГЕОХИ РАН

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Саратовский

государственный университет имени Н.Г.Чернышевского»

Защита диссертации состоится «24» сентября 2015 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д.212.101.16 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет» по адресу: 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, д. 149, ауд. 3030Л.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет» и в сети Интернет Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru и ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет» http://www.kubsu.ru

Автореферат разослан июля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук ^ Киселева Н.В.

Актуальность работы. Сочетание концентрирования и определения аналитов с использованием органических реагентов, иммобилизованных в твердой фазе, позволяет улучшить метрологические характеристики методик сорбционно-спектроскопического и тест-определения веществ. Особенно интересны оптически прозрачные сорбенты, позволяющие регистрировать спектры поглощения с помощью несложных аналитических приборов; прозрачные твердофазные реагенты в виде пленок пригодны для визуальной колориметрии и могут быть использованы как чувствительные элементы сенсорных устройств.

Одним из перспективных прозрачных полимерных материалов, используемых для этих целей, является отвержденный желатиновый гель, нанесенный на прозрачную полимерную основу. Развитая поверхность и наличие функциональных групп кислотной и основной природы в структуре желатина способствуют иммобилизации аналитических реагентов, а прозрачность твердого носителя и механическая прочность готовых пленок позволяют создавать на их основе чувствительные оптические сенсоры для тест-определения веществ и применять желатиновые пленки для разработки чувствительных методик сорбционно-спектроскопического определения аналитов.

К настоящему времени число органических аналитических реагентов, иммобилизуемых в отвержденный желатиновый гель для последующего определения аналитов, относительно невелико. Представляется перспективным создание оптически прозрачных пленочных материалов с иммобилизованными в отвержденный желатиновый гель 3,4,5-тригидроксифлуоронами -пирогаллоловым красным (ПГК) и бромпирогаллоловым красным (БПГК), обладающими кислотными свойствами по сульфо- и гидрокси-группам и используемыми для спектрофотометрического определения некоторых тяжелых металлов и белков. Для разработки чувствительных элементов необходимы исследования влияния среды желатинового геля на химико-аналитические свойства реагентов, изучение сорбционной способности

\0

V

желатина по отношению к важнейшим аналитическим реагентам, особенностей аналитических реакций, протекающих в желатиновой среде, и оценка возможности применения полученных модифицированных пленок в сорбционно-спектроскопическом и визуально-тестовом анализе.

Работа выполнена в рамках Госзадания Минобрнауки РФ в рамках базовой части государственного задания (проект 359) и гранта РФФИ № 13-03-96505-р_юг_а с использованием научного оборудования ЦКП «Эколого-аналитический центр».

Цель работы - создание на основе отвержденного желатинового геля, модифицированного 3,4,5-тригидроксифлуоронами, оптически прозрачных чувствительных элементов и исследование возможности их применения для сорбционно-спектроскопического и тест-определения аналитов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение сорбционной способности желатина по отношению к 3,4,5-тригидроксифлуоронам, получение и исследование свойств желатиновых пленок, модифицированных 3,4,5-тригидроксифлуоронами;

- исследование модифицирующего действия желатиновой среды на оптические, кислотно-основные и комплексообразующие свойства иммобилизованных реагентов;

- изучение взаимодействия модифицированных желатиновых пленок с белками и тяжелыми металлами на примере РЬ(И) и Си(П);

- получение оптически прозрачных чувствительных элементов на основе модифицированного 3,4,5-тригидроксифлуоронами желатинового геля для сорбционно-спектроскопического и визуального тест-определения аналитов и оптимизация условий проведения индикаторных реакций;

- разработка методик определения РЬ(П) и белков в реальных объектах.

Научная новизна. Получены и исследованы оригинальные прозрачные индикаторные пленки на основе отвержденного желатинового геля, модифицированного ПГК и БПГК, для создания чувствительных элементов для определения аналитов различной природы.

Изучено влияние среды желатинового геля на химико-аналитические свойства 3,4,5-тригидроксифлуоронов - ПГК и БПГК, оценены константы диссоциации реагентов, иммобилизованных в желатиновый гель, установлен состав комплексов и константы равновесия процессов комплексообразования с участием твердофазных реагентов на примере РЬ(П) и Си(П). Получен оптически прозрачный чувствительный элемент для сорбционно-спектроскопического и тест-определения свинца.

На основании исследований взаимодействия иммобилизованного в желатиновую пленку ПГК с белками разработан оптически прозрачный чувствительный элемент для сорбционно-спектроскопического определения общего белка в биологических жидкостях.

Практическая значимость. На основе иммобилизованных в желатиновую пленку ПГК и БПГК получены прозрачные, механически прочные, простые в изготовлении, стабильные при длительном хранении чувствительные элементы для определения РЬ(И) и белков. Индикаторные желатиновые пленки позволяют снизить трудоемкость, способствуют повышению экспрессности анализа, позволяют проводить испытания вне лаборатории и могут многократно использоваться для получения градуировочных зависимостей и построения цветовых шкал сравнения.

Разработана и апробирована методика сорбционно-спектроскопического определения общего белка в биологических жидкостях с использованием чувствительного элемента на основе ПГК, иммобилизованного в отвержденный желатиновый гель.

Разработан способ определения свинца (II) в водных средах с бромпирогаллоловым красным, иммобилизованным в желатиновую пленку, способ защищен патентом РФ.

Отдельные результаты диссертационной работы внедрены в образовательный процесс в КубГУ.

Автор выносит на защиту:

— результаты исследования сорбции ПГК и БПГК в отвержденный желатиновый гель, сорбционные характеристики желатина по отношению к ПГК и БПГК;

- результаты исследований по синтезу и изучению свойств твердофазных реагентов на основе желатиновых пленок, модифицированных 3,4,5-тригидроксифлуоронами (сорбционная способность и морфология их поверхностей);

— результаты исследования оптических и протолитических свойств ПГК и БПГК, иммобилизованных в желатиновую матрицу, а также данные по их комплексообразующим свойствам по отношению к тяжелым металлам на примере Pb(II) к Cu(II);

— методики сорбционно-спектроскопического и визуального тест-определения свинца (II) в водных средах, их метрологические характеристики;

- результаты изучения взаимодействия иммобилизованного в желатиновую матрицу ПГК с белками;

- методику сорбционно-спектроскопического определения общего белка в биологических жидкостях с использованием прозрачного чувствительного элемента на основе ПГК, иммобилизованного в желатиновую матрицу.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на VIII Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды "Экоаналитика-2011» (2011 г., Архангельск); III Всероссийском симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» с международным участием (2011 г., Краснодар); Всероссийской конференции по аналитической спектроскопии с международным участием (2012 г., Краснодар); Школе молодых ученых по аналитической химии (2012 г., Краснодар); II съезде аналитиков России (2013 г., Москва); IV Всероссийском симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» с международным участием (2014 г., Краснодар).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 статей, 11 тезисов докладов, получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 186 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 60 рисунков, состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, 4 глав обсуждения результатов, общих выводов и списка цитируемой литературы из 419 наименований.

Личный вклад автора состоял в постановке и выполнении экспериментальных исследований, интерпретации данных, написании статей, подготовке докладов и выступлениях на конференциях, практической апробации полученных результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цели и задачи, научная новизна и практическая значимость.

В Литературном обзоре обсуждены сорбенты, используемые для сорбционно-спектроскопического определения аналитов, способы детектирования аналитического сигнала с использованием твердофазных сорбентов, подходы к иммобилизации реагентов. Отдельное внимание уделено оптически прозрачным полимерным материалам, в том числе отвержденному желатиновому гелю, как матрице для проведения аналитических реакций. Рассмотрено влияние организованных сред на оптические, протолитические и комплексообразующие свойства иммобилизованных реагентов, обсуждены протолитические и комплексообразующие свойства представителей 3,4,5-тригидроксифлуоронов - ПГК и БПГК.

В Экспериментальной части описаны объекты исследования, материалы, реактивы и методики проведения анализа. Использованные в экспериментальных исследованиях реактивы имели квалификацию «хч» или «чда»; для определения белка использовали стандартные образцы -калибраторы «Альбумин» и «Общий белок» (ООО «Агат-Мед» сер. 11409/230514). В работе использовали бесцветные, прозрачные и

механически прочные пленки, полученные на основе фотографической пленки для офсетной печати фирмы AGFA с толщиной желатинового слоя ~ 20 мкм. Оптическую плотность получаемых пленок измеряли на спектрофотометре UV-1800 («Shimadzu», Япония). Поверхностный слой желатина с иммобилизованными реагентами и их комплексами с металлами изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-7500F («JEOL», Япония) и волно-дисперсионного рентгенофлуоресцентного анализатора ARL-Perfom'X («Thermo Fisher Scientific», США). Элементные определения металлов при изучении процессов комплексообразования проводили с использованием атомно-абсорбционного спектрометра АА-6800 («Shimadzu», Япония). Визуальную оценку интенсивности окраски полученных пленок проводила группа из 14-15 независимых наблюдателей.

Сорбция ПГК и БПГК в отвержденный желатиновый гель. Время иммобилизации реагентов в отвержденный желатиновый гель устанавливали по результатам кинетических исследований. Равновесие в системе «раствор/желатиновая пленка» для обоих реагентов наступает примерно через 50 мин контакта пленок с раствором (рис. 1). Оптическая плотность полученных пленок максимальна в диапазоне pH от 2.5 до 4.5 (рис. 2).

2.о ■

1.5 ■

1,0 •

0.5 ■

0.0 ■

:0 40 60 S0 100 120

Т. MIIH

Рисунок 1. Зависимость оптической

А

2.0 -1,?

1.0 -0,5 -0.0

S pH

Рисунок 2. Зависимость оптической

плотности желатиновых пленок от времени плотности желатиновых пленок от pH выдерживания в 2.0-10"^ М растворах раствора после выдерживания в 2.0-1 (Г4М

БПГК, 580 нм (1) и ПГК, 540 нм (2), pH 4.5 растворе БПГК (X 580 нм)

Степень извлечения БПГК и сорбционная емкость желатина по отношению к БПГК выше, чем к ПГК. Изотермы адсорбции имеют вид, характерный для непористых сорбентов с однородной поверхностью, полученные экспериментальные данные аппроксимировали изотермой Фрейндлиха. В присутствии ионогенных ПАВ (катионного - цетилпиридиний хлорида, анионного - додецилсульфат натрия) сорбционная способность желатина и степень удерживания реагентов заметно снижается.

Влияние желатиновой матрицы на протолитические свойства реагентов. Пирогаллоловый красный и бромпирогаллоловый красный относятся к 3,4,5-тригидроксифлуоронам и обладают кислотными свойствами по сульфо- и гидрокси-группам в положении 3,4,5:

Пирогаллоловый красный Бромпирогаллоловый красный

Подтверждением взаимодействия красителя со средой желатинового геля из растворов с различным рН является батохромное смещение максимумов поглощения на 15-20 нм в спектрах поглощения реагентов, иммобилизованных в желатиновую пленку. Аналогичный эффект батохромного смещения наблюдается и в присутствии в растворе КПАВ.

Результаты исследования влияния кислотности среды на спектральные характеристики модифицированных пленок позволили предположить, что в случае обоих реагентов в желатиновую матрицу преимущественно сорбируется форма Н3Я", что согласуется со значением изоэлектрической точки используемого желатина, равной 4.5.

Кислотно-основное равновесие в гетерогенной системе «раствор/желатиновая пленка» в общем виде описывали уравнением реакции:

нк<=>к+н\

где чертой над формулами обозначены частицы, находящиеся в фазе желатина (заряд частиц красителя опущен). Оценку «кажущихся» констант диссоциации К" проводили спектрофотометрическим методом с контролем рН фазы раствора при 1=0.1 (КС1), значения рК" рассчитывали по формуле

рк°; = Рн+, (1)

Аня

где Ак и Апл - оптические плотности пленок, содержащих только форму И. или Ш1; А - оптическая плотность пленки, содержащей обе формы.

Проверку постоянства значений констант в растворе и плёнке проводили путем изучения зависимости логарифма индикаторного отношения ^([НАп]/[Ап~]) от рН. Во всех случаях были получены линейные зависимости с коэффициентами корреляции, близкими к единице, что подтверждает постоянство значений рКа как для растворов, так и для пленок.

Как видно из табл. 1, иммобилизация реагентов в отвержденный желатиновый гель приводит к усилению кислотных свойств реагентов. Этот эффект коррелирует с эффектом, наблюдаемым в присутствии КПАВ.

Таблица 1. Константы ионизации ПГК и БПГК в растворах и двухфазной системе «раствор/желатиновая пленка» (Р = 0.95, п = 15-20)

Среда Значения рКс реагентов в различных средах

Пирогаллоловый красный Бромпирогаллоловый красный

Без ПАВ КПАВ АПАВ Без ПАВ КПАВ АПАВ

рК»1 раствор 2.8 ±0.1 2.6 ±0.1 3.1 ±0.1 1.6 ±0.2 - -

пленка 2.3 ±0.1 2.2 ±0.1 2.2 ± 0.2 - - -

РК„ 2 раствор 6.6 ±0.1 5.6 ±0.3 6.6 ± 0.2 4.6 ±0.1 4.0 ±0.2 4.9 ±0.2

пленка 4.7 ±0.1 4.8 ± 0.2 5.0 ± 0.2 2.4 ±0.1 2.1 ±0.2 2.3 ±0.3

рКа 3 раствор 10.4 ±0.3 10.8 ±0.1 10.2 ±0.1 9.3 ± 0.2 8.9 ±0.3 9.4 ±0.1

пленка - - - 4.9 ±0.1 4.8 ±0.1 5.1 ±0.2

РКа 4 раствор - - - 11.2 ±0.2 11.0 ±0.3 11.3 ±0.1

пленка - - - - - -

Влияние желатиновой матрицы на комплексообразующие свойства 3,4,5-тригидроксифлуоронов. Комплексообразование в гетерофазных системах «раствор/желатиновая пленка» и влияние желатина на комплексообразующие свойства ПГК и БПГК изучали на примере РЬ2+ и Си2+, с которыми 3,4,5-тригидроксифлуороны образуют интенсивно окрашенные комплексы. Данные, полученные при изучении поверхностного слоя желатина, показывают, что реагенты и их комплексы равномерно распределяются по поверхности пленки (рис. 3). Результаты исследований, полученных при поперечном сканировании желатиновых пленок, свидетельствуют, что процесс комплексообразования происходит в большей степени в поверхностном слое желатина. Ни реагенты, ни их комплексы не проникают в слой полимерной матрицы.

Рисунок 3. Микрофотографии поверхностного слоя желатина с иммобилизованным комплексом РЬ - БПГК

Модифицированные желатиновые пленки при погружении в растворы, содержащие РЬ(П) или Си(П), приобретают синюю окраску за счет образования комплексных соединений, при этом в спектрах наблюдаются максимумы поглощения при 580-610 нм. После 40 мин контакта твердофазных реагентов с раствором оптическая плотность металлокомплексов в пленках меняется незначительно, равновесие в гетерогенных системах с участием обоих реагентов наступает через 60 мин. Наибольшие значения оптической плотности наблюдаются в диапазоне рН 3.0-4.5

Состав и устойчивость комплексов РЬ" и Си с ПГК и БПГК. образующихся в растворах с различной кислотностью и в двухфазной системе «раствор/желатиновая пленка», устанавливали методами Асмуса, изомолярных серий и молярных отношений. Установлено, что стехиометрическое соотношение в составе комплексов Ме:ПГК и Ме:БПГК в растворах равно 1:1,

в случае комплексообразования в гетерогенной системе «раствор/желатиновая пленка» число координируемых Ме2+ частиц реагентов не изменяется. Условную константу (/?') равновесия процесса взаимодействия Ме(П) с твердофазным реагентом (заряд частиц опущен)

Ме + Я о МеК

?

рассчитывали как: в' =-, (2)

с г *

^ Не ^ /?

где СМе - остаточная концентрация металла в растворе после извлечения пленок с реагентом, СМеК и Ск* - молярные концентрации комплекса и несвязанного в комплекс реагента в объемной фазе желатинового геля. Условные константы равновесия процессов комплексообразования, а также значения коэффициентов распределения (О) металлов в двухфазной системе «раствор/желатиновая пленка» и степени извлечения (II) металлов одним образцом индикаторной пленки (площадь 1.4 см2) представлены в таблице 2.

Таблица 2. Комплексообразующие свойства ПГК и БПГК, иммобилизованных в желатиновую пленку

Среда Ме рн Б Ме:Я е-10"4 (л/(моль-см) (п = 5-7, Р = 0.95)

БПГК

РЬ 3.5 1:1 0.32 ±0.02 5.1 ±0.1

Раствор Си 1:1 0.86± 0.07 5.7 ±0.2

РЬ 4.5 1:1 0.34 ±0.02 5.2 ± 0.2

Си 1:1 1.03 ±0.03 6.0 ±0.1

РЬ 3.5 112 ±14 6.0 ±0.8 1:1 0.63 ±0.20 2.7 ±0.2

Пленка Си 220 ±4 11.0 ±1.0 1:1 0.97 ±0.09 5.6 ±0.1

РЬ 4.5 159 ±17 8.3 ±1.0 1:1 1.08 ±0.12 3.2 ±0.1

Си 323 ±4 15.0 ±1.0 1:1 1.37 ±0.10 5.9 ±0.3

ПГК

РЬ 3.5 0.030±0.004 4.2±0.1

Раствор Си 0.17 ±0.04 4.6 ±0.2

РЬ 4.5 1:1 0.040 ±0.004 4.7 ±0.1

Си 1:1 0.36 ±0.04 5.1 ±0.3

РЬ 3.5 134 ±14 9.2 ±0.9 1:1 0.14 ±0.03 1.7 ±0.2

Пленка Си 390 ±9 18.0 ±1.0 1:1 0.33 ±0.09 4.5 ± 0.2

РЬ 4.5 243 ± 10 12.1 ±2.0 1:1 0.16± 0.02 1.9 ±0.1

Си 613±13 26.0 ±1.0 1:1 0.44 ±0.07 4.9 ±0.2

Влияние среды желатина проявляется в случае свинца (II) и меди (II) по-разному. Несмотря на «кажущееся» снижение устойчивости комплексов свинца при переходе реагентов из раствора в желатиновую матрицу, индикаторная пленка с иммобилизованными ПГК и БПГК способна эффективно извлекать и удерживать исследуемые ионы, что свидетельствует о перспективности использования указанных материалов в качестве оптически прозрачного твердофазного реагента. Бромпирогаллоловый красный образует более прочные комплексы с обоими металлами и в растворах, и в пленках по сравнению с пирогаллоловым красным.

Анализ проб, содержащих свинец и медь, должен предполагать определение одного из компонентов после маскирования второго с последующим определением их суммы. Экспериментально установлено, что в диапазоне суммарных концентраций металлов от 1.010-6 до 8.0' 10~5 М оптическая плотность металлокомплексов в пленках является величиной аддитивной.

По масштабам выброса в атмосферу свинец занимает ведущее место среди токсичных микроэлементов, поэтому контроль за содержанием этого металла, токсичного во всех своих формах нахождения в окружающей среде, - одна из актуальных задач в области охраны окружающей среды. Выбор того или иного метода определения обусловлен содержанием свинца в анализируемом объекте, а также необходимой точностью, временем определения и технической оснащенностью лаборатории.

С учетом изложенных выше результатов по взаимодействию иммобилизованных в желатиновую матрицу 3,4,5-тригидроксифлуоронов с тяжелыми металлами на примере РЬ(П) и Си(П), нами изучена возможность сорбционно-спектроскопического и тест-определения свинца (II).

Для выбора оптимальных условий визуального тестирования готовили цветовые шкалы с шагом, равным 2, в диапазоне концентраций свинца (II) от 1.0-10"7до 1.0-10"4 М, варьируя рН и концентрацию реагента в модифицирующем растворе. В оптимальных условиях интервал ненадежности обнаружения РЬ(П)

составляет 1.9—3.7 мкМ, относительная ширина интервала соответствует значению 0.95. Узкий интервал ненадежности подтверждает хорошие аналитические свойства выбранной тест-реакции и свидетельствует об устойчивости тест-системы к внешним воздействиям. Экспериментальную кривую эффективности одинаково хорошо описали функции нормального, логнормального распределений и функция распределения Вейбулла, что характерно для тест-систем с узким интервалом ненадежности. Значения предела обнаружения Ст;п и предела определения Сщп РЬ(П) составили 3.2 мкМ и 3.9 мкМ соответственно.

Проверку правильности методики проводили на модельных растворах (табл. 3), в которые погружали по три образца БПГК-пленок, содержание свинца устанавливали 5 наблюдателей с помощью цветовой шкалы, полученной для концентраций РЬ(П): 0; 4.0; 8.0; 16; 32; 64 мкМ (рис. 4).

Рисунок 4. Цветовая шкала, полученная после выдерживания пленок в растворах, содержащих РЬ(П): 0; 4.0; 8.0; 16; 32; 64 мкМ

Таблица 3. Результаты тестового определения свинца(П) в стандартных растворах (п = 15)

Введено Срьш>'106,М 4.8 6.0 12 19 38 50

Найдено СрьшгМ6, М 4.4 6.1 11 18 40 43

Интервал разброса результатов ДСРЬ(Щ-106,М 4.0-8.0 4.0-8.0 8.0-16 16-32 32-64 32-64

В оптимальных условиях сорбционно-спектроскопического определения зависимость оптической плотности пленок от концентрации свинца при рН 4.5 имеет линейный характер в диапазоне от 1-10~6 до МО"4 М, предел обнаружения 3.8-10~7 М.

Разработанные методики сорбционно-спектроскопического и визуального тест-определения свинца апробировали при анализе воздуха рабочей зоны

типографии ООО «Биотех-Юг» (г. Краснодар) и завода ЗАО «КубаньЦветмет» (п. Холмский Краснодарского края). После кислотного вскрытия фильтров и создания необходимой кислотности в полученные растворы погружали индикаторные пленки, концентрацию свинца оценивали визуально и спектрофотометрически. В табл. 4 приведены полученные результаты в пересчете концентраций на реальный объект.

Таблица 4. Результаты сорбционно-спектроскопического и визуального тест-определения РЬ(П) в воздухе рабочей зоны

Объект № пробы Срь(п> в воздухе, мг/м3 (ПДК свинца в воздухе рабочей зоны 0.01 мг/м3)

визуальное тестирование (интервал разброса результатов, п = 15) индикаторные пленки (СФ) (Р = 0.95, п = 3) ААС

ЗАО НПП «КубаньЦветМет» 1 0.041 (0.032+0.064) 0.035 ± 0.003 0.035 ± 0.002

2 0.039 (0.032+0.064) 0.034 ±0.002 0.033 ± 0.002

3 0.020 (0.016+0.032) 0.022 ± 0.003 0.021 ± 0.002

4 0.010 (0.008+0.016) 0.011 ±0.002 0.011 ±0.001

Типография ООО «Биотех-Юг» 1 0.023 (0.021+0.042) 0.021 ± 0.003 0.021 ± 0.003

2 0.009 (0.008+0,016) 0.013 ± 0.003 0.011 ±0.003

3 0.010 (0.008+0.016) 0.009 ± 0.002 0.009 ±0.001

4 0.007 (0.005+0.010) 0.008 ± 0.002 0.008 ± 0.002

Взаимодействие 3,4,5-тригидроксифлуоронов с белками. Среди органических красителей для определения белка в биологических жидкостях наиболее широко используется ПГК. При проведении реакции ПГК с белком в среде сукцинатного буфера с рН 2.5 в присутствии молибдат-ионов наблюдается заметный батохромный сдвиг максимума поглощения (рис. 5).

Рисунок 5. Спектры поглощения растворов ПГК в сукцинатном буферном растворе (рН 2.5) в отсутствие (1) и в присутствии альбумина (2). Смо(У1) = 4.0'10~

5М; Сальбумина= 1.0 г/л

Наблюдаемый спектральный эффект в растворах рядом авторов объясняется образованием тройного комплекса Мо(\Т)-ПГК-белок. Аналогичный батохромный сдвиг наблюдался нами при замене ПГК на БПГК.

Исследование реакции иммобилизованного в желатиновый гель ПГК с белком показывает, что молекулы белка не проникают в желатиновый слой, и взаимодействие в гетерогенной системе «раствор/желатиновая пленка» происходит в растворе. В присутствии белка пленки сохраняют прозрачность, интенсивность синей окраски пленок уменьшается с увеличением концентрации белка в растворе.

Для сорбционно-спектроскопического определения общего белка в биологических объектах оптимальной является концентрация красителя в исходных растворах в диапазоне от 1.0-1 (Г4 до 1.0-10"3 М. Для дальнейших исследований, с учетом динамики формирования аналитического сигнала, выбрано время контакта модифицированных ПГК желатиновых пленок с раствором белка в сукцинатном буфере с рН 2.5 в присутствии 4.0' 10~5М Мо(У1) 20 мин. Метрологические характеристики методики определения белка с пирогаллоловым красным, иммобилизованным в отвержденный желатиновый гель, приведены в табл. 5.

Таблица 5. Метрологические характеристики методик определения белка с пирогаллоловым красным в биологических объектах (Р = 0.95, п = 6)

Среда Уравнение зависимости аналитического сигнала от концентрации, С белка, г/л Диапазон определяемых концентраций, г/л г с г/л

Раствор А=(0.50±0.01)хС + (0.020±0.001) 0.05-1.20 0.997 0.020

Желатиновая пленка А=(8.20±0.02)хС - (0.040±0.001) 0.007-0.070 0.996 0.006

Предлагаемая методика позволяет расширить диапазон определяемых концентраций и снизить предел обнаружения общего белка в биологических жидкостях. Проверку правильности определения общего белка проводили на

модельных растворах (табл. 6), методика апробирована на образцах плазмы крови (табл. 7).

Таблица 6. Результаты определения общего белка в модельных растворах (Р = 0.95, п = 5)

Проба Введено х-102, г/л Найдено (х±4С™Х))-Ю2,г/л •VII вг

1 2.0 2.2±0.2 0.06

2 4.0 3.8±0.3 0.04

3 5.0 4.8±0.3 0.06

Таблица 7. Результаты определения общего белка в различных образцах плазмы крови * (Р = 0.95, п = 5)

Образец плазмы Введено (х), г/л , , ИР.ГгаСхХ , Найдено (х ± ——), г/л Ун вг

крови

1 - 43±3 0.05

30 67±5 0.06

2 - 40±3 0.05

20 54±6 0.08

3 - 41±4 0.07

10 49±4 0.06

*Данные таблицы приведены в пересчете концентраций на реальный объект.

Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования прозрачных сорбентов на основе отвержденного желатинового геля, модифицированного пирогаллоловым красным и бромпирогаллоловым красным, для сорбционно-спектроскопического и визуального тест-определения аналитов в водных средах. Прозрачность, механическая прочность твердофазных реагентов, простота изготовления и стабильность окраски при длительном хранении делают разработанные чувствительные элементы удобными для определения аналитов в объектах окружающей среды и в сложных биологических объектах.

Выводы

1. Изучены особенности получения оригинальных прозрачных чувствительных элементов на основе желатиновых пленок, модифицированных пгк и БПГК, для определения аналитов различной природы. Определены время установления гетерогенного равновесия в системе «раствор/желатиновая пленка» и характер влияния этилового спирта и поверхностно-активных веществ на процесс сорбции ПГК и БПГК. Максимальная оптическая плотность модифицированных желатиновых пленок наблюдается в диапазоне рН от 2.5 до 4.5.

2. Исследовано модифицирующее действие желатиновой матрицы на оптические, кислотно-основные и комплексообразующие свойства иммобилизованных ПГК и БПГК. Наблюдаемое батохромное смещение максимумов поглощения диссоциированных форм реагентов (20 нм) свидетельствует о возможности образования в двухфазной системе «раствор/желатиновая пленка» ионных ассоциатов. Установлены значения «кажущихся» констант диссоциации ПГК и БПГК, иммобилизованных в отвержденный желатиновый гель. Показано, что среда желатинового геля, как и КПАВ, усиливает кислотные свойства ПГК и БПГК, а присутствие АПАВ в пределах погрешности не влияет на кислотные свойства изученных 3,4,5-тригидроксифлуоронов.

3. Изучены реакции комплексообразования закрепленных на желатиновой матрице ПГК и БПГК с тяжелыми металлами (РЬ(П) и Си(П)). В оптимизированных условиях установлены стехиометрические соотношения Ме:ПГК и Ме:БПГК в растворах (1:1), при извлечении металлокомплекса из раствора в желатиновую матрицу число координируемых Ме2+ частиц реагентов не изменяется. Оценено влияние среды желатинового геля на константы равновесия образования комплексных соединений в гетерогенных системах. Исследована морфология поверхности желатиновых пленок, модифицированных ПГК и БПГК и их металлокомплексами.

4. Изучено взаимодействие модифицированных ПГК и БПГК желатиновых пленок с белками, оптимизированы условия проведения индикаторной реакции в слое твердого сорбента, выбран состав буферного раствора, концентрация реагента для иммобилизации и время контакта модифицированных желатиновых пленок с растворами белка.

5. Разработаны методики сорбшшнно-спектроскопического и тест-определения свинца (II) в водных средах с использованием полученных сорбционных материалов. Указанные методики успешно апробированы для определения свинца (II) в воздухе рабочей зоны промышленных предприятий. Разработана и апробирована методика сорбционно-спектроскопического определения общего белка в биологических жидкостях на основе ПГК, иммобилизованного в отвержденный желатиновый гель.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Темердашев, З.А. Тест-определение свинца с помощью тонкослойных сорбентов РИБ-Металл-Тест / З.А. Темердашев, В.М. Островская, Т.Б. Починок, [и др.] // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества (ЧЭС). - 2010. - № 2. - С. 80.

2. Починок, Т.Б. Использование тонкослойных сорбентов на основе пирогаллолового красного для тест-определения свинца / Т.Б. Починок, В.М. Островская, П.В. Тарасова (Анисимович), [и др.] // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества (ЧЭС). -2010. - № 3. - С. 37.

3. Тарасова (Анисимович), П.В. О возможности создания оптического сенсора на основе отвержденного желатинового геля для определения свинца / П.В. Тарасова (Анисимович), М.А. Гостева // Всероссийская научная школа по аналитической химии. Материалы научной школы. Краснодар. — 2011. - С. 264.

4. Темердашев, З.А. Исследование иммобилизации бромпирогаллолового красного в желатиновую матрицу и оценка возможности создания на ее основе оптически прозрачного сенсора для определения металлов / З.А. Темердашев,

19

Т.Б, Починок, П.В. Тарасова (Анисимович), М.А. Гостева // Аналитика и контроль. - 2012. - Т. 16. - № 1. - С. 39.

5. Починок, Т.Б. Сорбционно-спектроскопическое определение РЬ(П) с бромпирогаллоловым красным, иммобилизованным в отвержденный желатиновый гель / Т.Б. Починок, П.В. Анисимович, З.А. Темердашев, Е.А. Решетняк // Аналитика и контроль. - 2013. - Т. 17. - № 4. - С. 477.

6. Анисимович, П.В. Визуальное тест-определение РЬ(П) с использованием индикаторной желатиновой пленки / П.В. Анисимович, З.А. Темердашев, Т.Б. Починок, [и др.] // Аналитика и контроль. - 2014. - Т. 18. - №3. -С. 328.

7. Анисимович, П.В. Иммобилизация пирогаллолового красного желатиновым гелем и использование композита для определения общего белка / П.В. Анисимович, З.А. Темердашев, Т.Б. Починок, Е.А. Решетняк // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2015. - Т. 15. - Вып.2. - С. 724.

8. Темердашев, З.А., Тарасова (Анисимович) П.В., Починок, Т.Б. Сорбционно-спектрофотометрический способ определения свинца (II) // Патент РФ на изобретение № 2529660. 2014.

9. Починок, Т.Б. Сорбционно-спектрофотометрическое определение свинца с использованием пирогаллолового красного и его производных, иммобилизованных в желатиновую матрицу / Т.Б Починок, П.В. Тарасова (Анисимович), М.А. Гостева, В.М. Островская // VIII Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2011». Тезисы докладов. - С. 229.

10. Починок, Т.Б. Сорбция пирогаллолового красного и его производных в желатиновую матрицу / Т.Б Починок, П.В. Тарасова (Анисимович), М.А. Гостева, В.М. Островская // Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии. Материалы III Всероссийского симпозиума. Краснодар. 2011.-С. 76.

11. Починок, Т.Б. Тонкослойный сорбент на основе бромпирогаллолового красного для определения свинца методом твердофазной спектроскопии / Т.Б. Починок, З.А. Темердашев, П.В. Тарасова (Анисимович), М.А. Гостева // Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии. Материалы III Всероссийского симпозиума. Краснодар. 2011. - С. 129.

12. Починок, Т.Б. Протолитические свойства бромпирогаллолового красного, сорбированного в отвержденный желатиной гель / Т.Б. Починок, М.А. Гостева, П.В. Тарасова (Анисимович), A.B. Акимова // Всероссийская конференция по аналитической спектроскопии с международным участием. Материалы конференции. Краснодар. 2012. - С. 257.

13. Тарасова (Анисимович), П.В. К вопросу об аддитивности оптической плотности прозрачного оптического сенсора на основе отвержденного желатинового геля / П.В. Тарасова (Анисимович), Т.Б. Починок // Всероссийская конференция по аналитической спектроскопии с международным участием. Материалы конференции. Краснодар. 2012. - С. 271.

14. Тарасова (Анисимович), П.В. Спектрофотометрическое исследование реакции Cu(II) с бромпирогаллоловым красным, иммобилизованным в отвержденный желатиновый гель / П.В. Тарасова (Анисимович), Т.Б. Починок, A.B. Акимова // Всероссийская конференция по аналитической спектроскопии с международным участием. Материалы конференции. Краснодар. 2012. - С. 272.

15. Тарасова (Анисимович), П.В. Оценка аддитивности аналитического сигнала прозрачного сенсора на основе желатина, иммобилизованного бромпирогаллоловым красным / П.В. Тарасова (Анисимович), Т.Б. Починок, О.Ю. Ломакина, Т.С. Смоленская // Второй съезд аналитиков России. Тезисы докладов. Москва. 2013. - С. 55.

16. Анисимович, П.В. Сорбционно-спектроскопическое определение общего белка с использованием твердого носителя - желатинового геля / П.В. Анисимович, Т.Б. Починок, Ю.В. Коркишко, К.Г. Бадалян // Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии. Материалы IV

Всероссийского симпозиума с международным участием. Краснодар. 2014. - С. 22.

17. Анисимович, П.В. Протолитические и комплексообразующие свойства красителей группы триоксифлуоронов, иммобилизованных в желатиновую матрицу / П.В. Анисимович, Т.Б. Починок, О.Ю Ломакина // Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии. Материалы IV Всероссийского симпозиума с международным участием. Краснодар. 2014. - С. 23.

18. Анисимович, П.В. Метрологические характеристики визуального тест-определения свинца на твердом носителе- отвержденном желатиновом геле / П.В. Анисимович, Т.Б. Починок, Т.С. Смоленская // Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии. Материалы IV Всероссийского симпозиума с международным участием. Краснодар. 2014. - С. 24.

19. Анисимович, П.В. Модифицированные 3,4,5-тригидроксифлуоронами желатиновые пленки для сорбционно-спектроскопического и тест-определения аналитов / П.В. Анисимович, Т.Б. Починок // Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии. Материалы IV Всероссийского симпозиума с международным участием. Краснодар. 2014. - С. 25.

Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность к.х.н. Т.Б. Починок за оказанное содействие при постановке, выполнении и обсуждении результатов данного исследования; к.х.н. Е.А. Решетняк за участие в обсуждении результатов исследований и предоставленные образцы желатиновых пленок.

Автореферат

Анисимович Полина Владимировна

СОРБЦИОННО-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНАЛНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖЕЛАТИНОВЫХ ПЛЕНОК, МОДИФИЦИРОВАННЫХ 3,4,5 - ТРИГИДРОКСИФЛУОРОНАМИ

Формат 60х841/16. Бум. тип. № 1. Уч. изд. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 2297.1 Издательско-полиграфический центр Кубанского государственного университета 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149.