Способ приготовления ферментного полимерного электрода для анализа глюкозы

 

Использование: в медицине, сельском хозяйстве, фармацевтической и пищевой промышленности при амперометрическом количественном анализе содержания глюкозы. Сущность изобретения: ферментный полимерный электрод (ФПЭ) для анализа глюкозы получают электрохимической полимеризацией N-метилпиррола в нейтральном водном солевом растворе в присутствии фермента глюкооксидазы и натриевой соли сополимера этилена и перфтор-(4-метил-3,6-диоксо-октан-7) сульфофторида общей формулы, приведенной в формуле изобретения, где m = 1 - 1,4; n = 1000, с концентрацией ее в растворе (1-2) · 10^-3 H в расчете на содержание сульфогрупп в сополимер в потенциальном режиме при электрическом потенциале относительно насыщенного каломельного электрода 1100 мВ. Свойства ФПЭ: интервал пропорциональности между силой тока и концентрацией глюкозы (интервал амперометрического определения содержания глюкозы) 10^-4-6·10^-3 М, время выхода силы тока на стационарное значение (время отклика) 5 мин.

Изобретение относится к способам приготовления ферментных полимерных электродов (ФПЭ). Такие электроды находят широкое применение для амперометрического анализа на содержание индивидуальных химических веществ в здравоохранении, сельском хозяйстве, фармацевтической и пищевой промышленности, контроле окружающей среды.

Известны способы приготовления ФПЭ путем включения фермента в проводящий органический полимер, который обеспечивает перенос заряда между токоотводом и активным центром во время протекания редокс-реакции на электроде [1] С этой целью проводят электрополимеризацию мономера (пиррол, N-метилпиррол, анилин, фенол) в водных электролитах, содержащих фермент, в гальваностатическом или потенциостатическом режиме. При этом образующийся катион-радикал инициирует рост линейной полимерной цепи, которая адсорбируется на электрод, давая полимерную пленку. В процессе роста пленки происходит захват молекул фермента. Вследствие относительно крупных размеров этих молекул они остаются в пленке при работе ФПЭ и не переходят в анализируемый раствор. Для анализа на содержание глюкозы используются ФПЭ, содержащие глюкозооксидазу (ФПЭ-ГОД), на поверхности которых протекают следующие реакции: β-глюкоза+O₂_→ β-глюконовая кислота +H₂O₂ (1) H₂O₂_→ O₂+2H⁺+2e^- (2) Реакция /2/ является токообразующей и величина тока, протекающего через ФПЭ, пропорциональна содержанию глюкозы в анализируемом растворе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ приготовления ФПЭ электрополимеризацией N-метилпиррола /0,05 М/ в присутствии ГОД /1 г/л/ на платиновом дисковом электроде в фосфатном буферном водном растворе /pH 7,2/, содержащем 0,1M /C₄H₉/₄NBF₄, в потенциостатическом режиме в интервале потенциалов 750 950 мВ относительно насыщенного каломельного электрода /нас. К.э/ [2] Область пропорциональности между силой тока ФПЭ-ГОД и концентрацией глюкозы ограничена интервалом 0,1-1 мМ, что ограничивает возможности практического использования данного электрода. Кроме того, время выхода силы тока ФПЭ-ГОД на стационарное значение /время отклика/ составляет 5 мин.

Техническим результатом изобретения является улучшение электроаналитических характеристик электрода за счет расширения области пропорциональности и сокращение времени отклика.

Результат достигается благодаря тому, что электрополимеризацию N-метилпиррола ведут в водном солевом растворе электролита, содержащем, кроме ГОД, 10^-3-2·10^-3 н /в пересчете на сульфогруппы/ натриевой соли водорастворимого сополимера этилена с перфтор /4-метил-3,6-диоксо-октен-7/сульфофторидом общей формулы: где m 1 1,4; n≈ 1000. Условное название сополимера-альтион. /ТУ 5531-92/ Электрополимеризацию ведут при постоянном потенциале 1100 мВ /относительно нас. к.э./ Отличительными признаками изобретения является введение в раствор для электрополимеризации натриевой соли альтиона. Введение альтиона улучшает морфологию пленки делает ее более гладкой и эластичной.

При использовании ФПЭ-ГОД, приготовленного согласно данному изобретению, область пропорциональности расширяется до 6 мМ, т.е. в 6 раз по сравнению с прототипом, а время отклика сокращается до 30 с (в прототипе 5 мин).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами: Пример 1.

ФПЭ-ГОД получали электрополимеризацией N-метилпиррола (0,05 М) в потенциостатическом режиме при потенциале 1100 мВ (относительно нас.к.э.) в водном растворе NaClO₄, содержащем 1 г/л ГОД и 10^-3 н альтиона, в бездиафрагменной трехэлектродной ячейке объемом 3 мл. Вспомогательным электродом служила платиновая пластина, электродом сравнения являлся насыщенный каломельный электрод. Электрополимеризацию проводили на платиновом дисковом электролите диаметром 1 мм и заканчивали после пропускания 150 350 Кл/см². Полученный ФПЭ-ГОД тщательно промывали дистиллированной водой и фосфатным буферным раствором. Испытание ФПЭ-ГОД проводили в насыщенном воздухом фосфатном буферном растворе (pH 7,0) при потенциале +0,6В (относительно нас.к.э. ). Электрод предварительно выдерживали при этом же потенциале до достижения постоянного значения фонового тока, которое в дальнейшем считали нулевым. Аликвоты глюкозы вводили при включенной ячейке. Величина тока ФПЭ-ГОД была пропорциональна концентрации глюкозы в интервале 10^-4-6·10^-3 М, а время отклика электрода составляло 30 с.

Пример 2 (сопоставительный).

ФПЭ-ГОД получали, как описано в примере 1, но в раствор для электрополимеризации не вводили альтион и электролиз вели при потенциале +0,7 В. Испытание ФПЭ-ГОД проводили, как описано в примере 1. Величина тока была пропорциональна концентрации глюкозы в интервале 10^-4-10^-3 М, а время отклика составляло 5 мин.

Формула изобретения

Способ приготовления ферментного полимерного электрода для анализа глюкозы электрохимической полимеризацией N-метилпиррола в нейтральном водном солевом растворе в присутствии глюкооксидаза на платиновом электроде в потенциостатическом режиме, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии натриевой соли сополимера этилена с перфтор(4-метил-3,6-диоксо-октен-7)сульфофторидом общей формулы

где m 1 1,4; n 1000,
с концентрацией ее в растворе (1 2) · 10^-3 н. в расчете на содержание сульфогрупп в сополимере.