Újszerű amperometriás méréstechnika fejlesztése célszerűen módosított elektródokkal működő hatékony módszerek kidolgozására

Abstract

Kísérleteim első szakaszában banán szöveten alapuló, dopamin meghatározására alkalmas amperometriás bioszenzor érzékenységének és analitikai teljesítmény-jellemzőinek javítása céljából végeztem kísérleteket. A dopamin mérésére leginkább alkalmas munkapotenciált -0,2 V vs. Hg/Hg2Cl2 értéken állapítottam meg áramló oldatos rendszerben, dinamikus voltammogramok felvétele útján. Ez a potenciál érték az, ahol az oxigén vagy más zavaró komponensek árama kicsi és a háttéráram is minimális mértékű. A banán szelet mezokarpium belső része esetében enzimaktivitásmérő elektrokémiai cella segítségével jelentősen nagyobb tirozináz aktivitást mutattam ki, mint a mezokarpium külső részeiben, ezért minden esetben a belső részt használtam bioszenzor készítéshez. Az enzimreakcióban résztvevő anyagok koncentráció eloszlását a modell bioszenzor reakciórétegében pásztázó elektrokémiai mikroszkóppal vizsgáltam, ennek eredményeképp helyi maximum értéket állapítottam meg a dopamin-kinon koncentrációprofilban a mintaoldatot és a banán szövetet elválasztó membrán rétegtől 130-160 μm távolságban. Az enzimréteg vastagságának optimalizálása rövidebb válaszidőt és nagyobb katódos áramot eredményezett. A dinamikus voltammogramok alapján válaszottam ki a periódikusan megszakított amperometriás detektálás során alkalmazott pihentetési/feltöltődési periódus -0,02 és -0,03 V vs. Hg/Hg2Cl2 közötti optimális potenciál értéket, mivel ezen értéknél nem tapasztaltam mérhető anódos vagy katódos áramot. A kísérletek során a PMA detektálás esetében optimalizált hosszúságú pihentetési időt (t3) válaszottam, mely 0,5 s értéknek adódott. A dopamin koncentráció meghatározására használt banánotród bioszenzor érzékenysége nőtt, a kimutatási határ pedig lényegesen csökkent az optimális elektródpotenciálok és reakcióréteg vastagság, valamint a PMA detektálási program alkalmazása mellett. Hagyományos amperometriás detektálás esetében a dopaminra vonatkozó kimutatási határ értéke 1,05*10-5 mól/dm3, míg PMA detektálás mellett 2*10-6 mól/dm3 értéknek adódott, ezáltal már a mikromólos koncentrációtartományba tartozó vizelet és oldott gyógyszer minták esetében is alkalmazható – akár alumínium-oxid rétegen vagy gélen történő elődúsítási lépést követően – az így elkészített bioszenzor. A banán szövet reakcióréteg mindezek mellett gyorsan és reprodukálhatóan megújítható. A költséghatékony előállíthatóság és a viszonylag hosszú életidő további fontos előnyei ennek a bioszenzornak. Egy adott anyag diffúziós együtthatója üledékekben, élő szövetekben, gyümölcsökben, stb. lényegesen különbözhet a sztenderd kalibráló oldatokban mérhető értékétől, ezért a diffúziót gátló,akadályokat tartalmazó közegben végzett elektroaktív anyag koncentrációjának voltammetriás meghatározása nem megfelelő eredményt ad. Munkám második részében diffúziós membrán réteggel módosított glassy carbon munkaelektródot készítettem és rövid idejű kronoamperometriás méréstechnikát alkalmaztam. A meghatározandó modellanyag L-aszkorbinsav volt, míg a modell minta mátrix homok üledék. Bebizonyítottam, hogy a vizes kalibráló sztenderd oldatokban felvett adatok felhasználásával valós koncentráció értékek nyerhetők mindaddig, amíg az elektródfolyamat során kialakuló L-aszkorbinsav diffúziós profil a beépített diffúziós rétegben van. Megmutattam, hogy ez az időtartam az elméleti elképzeléssel megegyezően a diffúziós rétegvastagság növelésével arányosan növekszik. További kísérleteimben a friss, sárga paprika szeletek L-aszkorbinsav tartalmának közvetlen, mintaelőkészítési és elválasztási lépéseket mellőző meghatározását tűztem ki célul. Ciklikus voltammetriás méréssorozattal szemléltettem az elektród passziválódás, szennyeződés komoly jelentőségét. A viszkozitás zavaró hatásának tanulmányozását LAS tartalmú víz-glicerin modell oldatsorozat segítségével végeztem. Többek között a tortuozitás problémájának megoldására alkalmazott diffúziós réteggel módosított glassy carbon elektród és rövid idejű kronoamperometriás mérési módszer optimális feltöltődési idejét 90 s hosszúságúnak állapítottam meg. Mindezek alkalmazásával méréseket végeztem rostos paprika lében, az ennek során kapott eredmények a javasolt viszkozitási korrekciót követően a klasszikus jodometriás titrálási módszerhez viszonyítva, már elfogadhatóak. Közvetlenül, paprika szeleteken kivitelezett helyi mérések alapján megmutattam, hogy a sárga paprika hús jelentősen gyorsabb ütemben veszít LAS tartalmából, amennyiben azokat vas késsel vágtam el, mint rozsdamentes acél- vagy kerámia kés alkalmazása esetében. Doktori kutatómunkám záró szakaszában az oxigén mérésére elterjedten alkalmazott, diffúziós réteget eleve tartalmazó Clark-cella alkalmazhatóságát vizsgáltam tortuózus közegekben. A különböző szemcseméretű modell homok üledékekben jelentkező oxigénkoncentráció mérési hiba kb. 23-24% a hagyományos amperometriás detektálás esetében, míg optimalizált 5 s hosszúságú feltöltődési/pihentetési időszakokat és rövid mérési periódusokat tartalmazó periódikusan megszakított amperometriás méréstechnika esetében minimálisra csökkenthető.