Способ определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ и устройство для его осуществления



Способ определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ и устройство для его осуществления
Способ определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ и устройство для его осуществления
Способ определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ и устройство для его осуществления
Способ определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2486499:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный экономический университет" (ФГБОУ ВПО "УрГЭУ") (RU)

Изобретение относится к способу определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ. Способ включает приготовление исходного раствора с медиаторной системой, содержащей одновременно окисленную и восстановленную формы реагента и оценку оксидантной/антиоксидантной активности по электрохимическим параметрам экстракта анализируемого вещества, введенного в исходный раствор, и характеризуется тем, что исходный раствор разделяют на два объема, сообщающихся между собой через полупроницаемую мембрану, а экстракт анализируемого вещества вводят в один из объемов исходного раствора, при этом в качестве электрохимического параметра оценки оксидантной/антиоксидантной активности служит установившееся значение электродвижущей силы в измерительной системе. Также изобретение относится к устройству для осуществления способа. Использование настоящего способа позволяет повысить точность и достоверность получаемой информации. 2 н. и 4 з.п., 3 пр., 4 ил.

 

Изобретение относится к области электрохимических методов анализа, в частности к анализу оксидантной/антиоксидантной активности веществ.

Существует способ определения оксидантной активности, в котором проводят анализ биологических объектов по 54 параметрам, являющимся индикаторами оксидантного стресса, и сравнивают полученные значения с нормальным уровнем, используя специальные диаграммы (патент США 5950634).

Недостатком известного способа является необходимость определения большого количества параметров в исследуемых объектах, что определяет его высокую сложность и неоднозначность результатов.

Известен способ определения антиоксидантной активности, включающий оценку антиоксидантной активности по электрохимическим параметрам раствора ("Free Radical Biology & Medicine", Vol.28, №6, pp.860-870).

К недостаткам данного способа следует отнести то, что не все антиоксиданты обладают электрохимической активностью и соответственно не дают волну окисления при использовании циклической вольтамперометрии. В то же время они могут быть химически активны по отношению к основным оксидантам. Также не может быть получена информация об активности (концентрации) оксидантов.

Известен способ определения суммарной концентрации антиоксидантов, в котором в качестве окислителя, взаимодействующего с антиоксидантами, используются ионы железа Fe3+ в составе комплексного соединения. Измерения «железовосстанавливающей/антиоксидантной способности/Ferric reducing/antioxidant power assay (FRAP)» проводят методом спектрофотометрии, используя реакцию восстановления Fe(III)-трипиридилтриазина до Fe(II)-трипиридилтриазина, который окрашен в интенсивно синий цвет (максимум поглощения при 593 нм) (Патент США 6177260 В1).

Недостатком этого способа является то, что в круг определяемых соединений не входят важнейшие сульфгидрильные SH-содержащие антиоксиданты, такие как глутатион и цистеин, поэтому этот метод не позволяет судить об общем содержании антиоксидантов в объекте исследования.

Наиболее близким техническим решением по способу, выбранному в качестве прототипа, является способ определения оксидантной/антиоксидантной активности растворов, заключающийся в измерении сдвига потенциала платинового электрода относительно хлорид-серебряного электрода, возникающего при введении в раствор медиаторной системы исследуемого образца (Патент РФ 2235998).

Данный способ имеет следующие недостатки. Способ применим для анализа только водорастворимых объектов и для определения только водорастворимых антиоксидантов. Использование органических растворителей лимитируется тем, что они неконтролируемо смещают потенциал измерительного электрода, что делает невозможной оценку оксидантной/антиоксидантной активности исследуемого объекта. Кроме того, на границе раздела (электрод-раствор) в растворе, содержащем органический растворитель, в который погружен хлорид-серебряный электрод сравнения, возникает диффузионный потенциал, чей вклад в измеряемую величину практически невозможно учесть. Процесс измерения является двухступенчатым. Измеряется исходный потенциал электрода, погруженного в медиаторную систему, затем потенциал электрода, погруженного в медиаторную систему, после введения в раствор исследуемого образца.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, служит расширение спектра анализируемых веществ (возможность исследования веществ, нерастворимых в водной среде), повышение достоверности, точности и воспроизводимости получаемых результатов, упрощение процедуры анализа и сокращение времени его проведения (сокращение числа стадий анализа).

Технический результат, обеспечиваемый настоящим изобретением, заключается в возможности достоверно измерять сдвиг потенциала, определяемый наличием в системе именно оксидантов или антиоксидантантов, исключить влияние растворителя на измеряемый потенциал, исключить вклад диффузионного потенциала в измеряемую величину, определять интегральные значения антиоксидантной и оксидантной активности в одном измерении, что повышает точность и достоверность получаемой информации.

Технический результат и решение поставленной задачи достигаются тем, что емкость, содержащую исходный раствор, разделяют на две части, сообщающиеся между собой через полупроницаемую мембрану, а экстракт анализируемого вещества вводят в одну из частей емкости, при этом в качестве электрохимического параметра оценки оксидантной/антиоксидантной активности служит установившееся значение электродвижущей силы в измерительной системе (разность потенциалов электродов, помещенных в разные части емкости). В исходный раствор дополнительно вводят электролит. Оксидантную/антиоксидантную активность рассчитывают, используя установившееся значение ЭДС в измерительной системе

A O A = C O x α C Re d 1 + α , причем α = ( C O x / C Re d ) 10 E n F / 2,3 R T

O A = α C Re d C O x 1 + α , причем α = ( C O x / C Re d ) 10 E n F / 2,3 R T , где

Е - установившееся значение ЭДС, В; COx - концентрация окисленной формы медиаторной системы, М; CRed - концентрация восстановленной формы медиаторной системы, М; AOA - антиоксидантная активность, М-экв; OA - оксидантная активность, М-экв; n - число электронов, участвующих в окислительно-восстановительной реакции; F - число Фарадея (F=96484,56 Кл/моль); R - универсальная газовая постоянная (R=8.31441 Дж/моль·K); T - абсолютная температура, К.

Способ реализуют посредством устройства, в котором емкость для раствора, содержащая измерительный электрод и электрод сравнения, выполнена в виде двух отдельных частей и снабжена полупроницаемой мембраной, через которую части емкости для раствора сообщаются между собой, при этом одна из частей емкости содержит исходный раствор, а другая - исходный раствор с экстрактом, содержащим определяемые вещества, причем один из электродов размещен в одной части емкости, а второй - в другой части емкости. Электроды выполнены из одного материала. В качестве электродов используют платиновые планарные, объемные, толстопленочные или наноэлектроды.

Указанные отличительные признаки существенны.

Медиаторная система, состоящая из пары соединений с химическим элементом в разных степенях окисления или окисленной и восстановленной форм органического вещества, обеспечивает возможность окислять известные антиоксиданты и восстанавливать продукты окисления и гидропероксиды, что позволяет определять интегральные антиоксидантную и оксидантную активности в одном измерении. Использование емкости из двух частей, разделенных полупроницаемой мембраной, заполненными исходно одинаковым по составу раствором, содержащим растворитель (водный, смешанный или органический), электролит, например, KCl в растворе, содержащем водный, или LiClO4 - органический или смешанный растворитель и медиаторную систему, включающую окисленную и восстановленную формы соединения, а также использование двух электродов из одного и того же материала - в одной части электрод сравнения и в другой части - измерительный электрод, позволяют определять интегральные значения антиоксидантной и оксидантной активности по величине ЭДС за одну измерительную стадию, исключить влияние растворителя на измеряемый потенциал, исключить вклад диффузионного потенциала в измеряемую величину, что повышает точность и достоверность получаемой информации и позволяет использовать водные, смешанные и органические растворители и анализировать как водорастворимые, так и жирорастворимые вещества. Введение электролита в исходно используемый раствор уменьшает омическое падение напряжения в растворе, повышает стабильность установившегося значения ЭДС, что в совокупности повышает точность измерения.

На фиг.1 схематически изображены возможные варианты устройства для реализации способа.

Обозначения:

1 - часть емкости, содержащая электрод сравнения (заполнено исходным раствором);

2 - часть емкости, заполненой исходным раствором с экстрактом, содержащим исследуемый объект;

3 - полупроницаемая мембрана;

4 - электрод сравнения;

5 - измерительный электрод.

На фиг.2 приведена зависимость потенциала медиаторной системы в водном растворе при добавлении аскорбиновой кислоты в качестве антиоксиданта. Исходный раствор содержит 0,1 М KCl и медиаторную систему (концентрации 0,001 М K3[Fe(CN)6] и 0,00005 М K4[Fe(CN)6]). В измерительное пространство (10 мл) добавлен 0,1 мл 0,01 М аскорбиновой кислоты. Уменьшение потенциала свидетельствует о наблюдающемся увеличении антиоксидантной активности исследуемого раствора.

На фиг.3 приведена зависимость потенциала медиаторной системы в смешанном растворителе (вода/этанол) при добавлении K4[Fe(CN)6] в качестве вещества, моделирующего антиоксидантную активность раствора. Исходный раствор содержит смешанный растворитель этанол/вода (1/4), 0,15 М LiClO4 и медиаторную систему (концентрации 0,001 М K3[Fe(CN)6] и 0,00005 М K4[Fe(CN)6]). В измерительное пространство (10 мл) добавлен 0,1 мл 0,01 М K4[Fe(CN)6]. Уменьшение потенциала свидетельствует о наблюдающемся увеличении антиоксидантной активности исследуемого раствора.

На фиг.4 приведена зависимость потенциала медиаторной системы в водном растворе при добавлении Н2О2 в качестве оксиданта. Исходный раствор содержит 0,1 М KCl и медиаторную систему (концентрации 0,0001 М K3[Fe(CN)6] и 0,01 М K4[Fe(CN)6]). В измерительное пространство (10 мл) добавлен 0,1 мл 0,01 М Н2О2. Увеличение потенциала свидетельствует о наблюдающемся увеличении оксидантной активности исследуемого раствора.

Реализация способа с использованием устройства заключается в следующем.

Готовят исходный раствор, содержащий водный, органический или смешанный растворитель, в который вводят медиаторную систему и электролит (KCl, LiClO4), помещают его в одну часть емкости 1. Во вторую (измерительную) часть 2 помещают раствор исходно того же состава, в который вводят экстракт, содержащий исследуемый образец. Раствор, помещаемый в измерительную часть емкости 2, может быть также приготовлен заранее. Части емкости 1 и 2 сообщаются между собой через полупроницаемую мембрану 3, через которую проходят ионы раствора, создавая электродвижущую силу, возникающую между электродами 4 и 5. Измеряют установившееся в системе значение электродвижущей силы (разности потенциалов на электродах). Оксидантную/антиоксидантную активность рассчитывают, используя величину установившегося значения ЭДС, по формулам

A O A = C O x α C Re d 1 + α , причем α = ( C O x / C Re d ) 10 E n F / 2,3 R T

O A = α C Re d C O x 1 + α , причем α = ( C O x / C Re d ) 10 E n F / 2,3 R T , где

Е - установившееся значение ЭДС, В; COx - концентрация окисленной формы медиаторной системы, М; CRed - концентрация восстановленной формы медиаторной системы, М; АОА - антиоксидантная активность, М-экв; ОА - оксидантная активность, М-экв; n - число электронов, участвующих в окислительно-восстановительной реакции; F - число Фарадея (F=96484,56 Кл/моль); R - универсальная газовая постоянная (R=8.31441 Дж/моль·K); Т - абсолютная температура, К.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Готовили раствор 0,1 М KCl и медиаторную систему (концентрации 0,001 М K3[Fe(CN)6] и 0,00005 М K4[Fe(CN)6]), помещали его в часть емкости 1 с электродом сравнения 4. В 10 мл такого же раствора добавляли 0,1 мл 0,01 М аскорбиновой кислоты (что соответствует АОАпробы=2×10-2 М-экв) и помещали его в часть емкости 2 с измерительным электродом 5. Измеренное установившееся значение ЭДС оказалось равным 43 мВ. Антиоксидантную активность рассчитывали, используя величину установившегося значения ЭДС, по формуле

A O A = C O x α C Re d 1 + α , причем α = ( C O x / C Re d ) 10 E n F / 2,3 R T

Е - установившееся значение ЭДС, В, COx - концентрация окисленной формы медиаторной системы, М; CRed - концентрация восстановленной формы медиаторной системы, М; АОА - антиоксидантная активность, М-экв; ОА - оксидантная активность, М-экв.

Расчет показывает, что полученные значения потенциалов при использованной концентрации медиаторной системы соответствуют АОА=0,019 М-экв при АОАпробы=2×10-2 М-экв. Данные хорошо согласуются между собой.

Пример 2.

Готовили раствор 0,15 М LiClO4 и медиаторную систему (концентрации 0,001 М K3[Fe(CN)6] и 0,00005 М K4[Fe(CN)6]) в смешанном растворителе этанол/вода, помещали его в часть емкости 1 с электродом сравнения 4. В 10 мл такого же раствора добавляли 0,1 мл 0,01 М K4[Fe(CN)6] (что соответствует АОАпробы=1×10-2 М-экв) и помещали его в другую часть емкости 2, содержащую измерительный электрод 5.

Установившееся значение ЭДС составляет 30 мВ. Расчет показывает, что найденная АОАпробы=1×10-2 М-экв.

Пример 3.

Готовили раствор 0,15 М LiClO4 и медиаторную систему (концентрации 0,001 М K3[Fe(CN)6] и 0,00005 М K4[Fe(CN)6]) в смешанном растворителе этанол/вода 1:4, помещали его в часть емкости 1, содержащей электрод сравнения 4. В 10 мл такого же раствора вводили образец косметического крема и помещали его в часть емкости 2, содержащей измерительный электрод 5. Установившееся значение ЭДС составляет 23 мВ. Найденная АОА крема составляет 0,0009 М-экв.

Предлагаемые способ и устройство обеспечивают быстрое и точное определение оксидантной/антиоксидантой активности веществ как в водном, так и в неводном растворах.

1. Способ определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ, включающий приготовление исходного раствора с медиаторной системой, содержащей одновременно окисленную и восстановленную формы реагента и оценку оксидантной/антиоксидантной активности по электрохимическим параметрам экстракта анализируемого вещества, введенного в исходный раствор, отличающийся тем, что исходный раствор разделяют на два объема, сообщающихся между собой через полупроницаемую мембрану, а экстракт анализируемого вещества вводят в один из объемов исходного раствора, при этом в качестве электрохимического параметра оценки оксидантной/антиоксидантной активности служит установившееся значение электродвижущей силы в измерительной системе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксидантную/антиоксидантную активность определяют по формулам:
A O A = C O x α C Re d 1 + α , причем α = ( C O x / C Re d ) 10 E n F / 2,3 R T
O A = α C Re d C O x 1 + α , причем α = ( C O x / C Re d ) 10 E n F / 2,3 R T ,
где Е - установившееся значение ЭДС, В; COx - концентрация окисленной формы медиаторной системы, М; CRed - концентрация восстановленной формы медиаторной системы, М; АОА - антиоксидантная активность, М-экв; ОА - оксидантная активность, М-экв; n - число электронов, участвующих в окислительно-восстановительной реакции; F - число Фарадея; R - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура, К.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в исходный раствор дополнительно вводят электролит.

4. Устройство для реализации способа по п.1, включающее емкость для раствора с измерительным электродом и электродом сравнения, соединенными с прибором для измерения электродвижущей силы, отличающееся тем, что емкость для раствора выполнена в виде двух отдельных частей и снабжена полупроницаемой мембраной, через которую части емкости для раствора сообщаются между собой, при этом одна из частей емкости содержит исходный раствор, а другая - исходный раствор с экстрактом, содержащим определяемые вещества, причем один из электродов размещен в одной части емкости, а второй - в другой части емкости.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что электроды изготовлены из одного материала.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве электродов используют платиновые планарные, объемные, толстопленочные или наноэлектроды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к физическим методам исследования состояния воды в биообъектах, в том числе тканях живых животных, и представляет интерес для биофизики, биологии, медицины, решения ряда проблем «Экологии человека».

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам контроля окисленности шлака и металла при выплавке сплавов на основе железа в электродуговых печах переменного тока.

Изобретение относится к способам анализа двухкомпонентных структур на основе кремния и может использоваться в электронной промышленности. .
Изобретение относится к области биологии, а именно к физиологии растений, и может быть использовано для экспресс-способа ионометрического определения содержания калия в листьях и распределения его по физиологическим пулам.

Изобретение относится к фармацевтической химии и может быть использовано для количественного определения антиоксиданта коэнзима Q10 в субстанции. .
Изобретение относится к области биотехнологии и пищевой промышленности, в частности к способу получения аналитического устройства - биосенсорного электрода, который может быть использован для определения содержания моно- и полисахаридов в углеводсодержащем растительном сырье и промежуточных продуктах на разных стадиях технологического процесса.
Изобретение относится к медицине, онкологии и гематологии и может быть использовано для определения кардиотоксических осложнений у больных хроническим лимфолейкозом, получающих полихимиотерапию.

Изобретение относится к способу приготовления высокостабильного чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода и может быть использовано в аналитической химии, в клинической диагностике, для контроля состояния окружающей среды, в различных областях промышленности.

Изобретение относится к медицине и описывает способ неинвазивного потенциометрического определения оксидант/антиоксидантной активности биологических тканей, включающий введение исследуемого объекта в контакт с электропроводящей средой, содержащей медиаторную систему и оценку оксидант/антиоксидантной активности по изменению разности потенциалов на электродах, введенных в электропроводящую среду, при этом электропроводящая среда представляет собой гель, содержащий в качестве медиаторной системы пару химических соединений, содержащих элемент в разных степенях окисления, при этом электроды через гель контактируют с исследуемым объектом, а оксидант/антиоксидантную активность определяют по формулам.

Изобретение относится к электрохимическим способам определения концентрации элементов в водных растворах, может быть использовано в промышленности при анализе растворов, в контроле объектов окружающей среды, пищевых продуктов и других объектов, особенно в непрерывных и автоматических измерениях, а также для амперометрического детектирования в жидкостной хроматографии

Изобретение относится к вольтамперометрическому анализу, а именно к способу удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в строительных материалах и изделиях, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности
Изобретение относится к аналитической химии сахаров, в частности к способам определения глюкозы, сахарозы, фруктозы в сельскохозяйственном сырье и продукции переработки, и направлено на ускорение, совершенствование и повышение объективности количественного анализа сахаров

Изобретение относится к способу измерения редокс потенциала биологических сред и может быть использовано для мониторинга с целью получения диагностической информации о состоянии пациента. Способ измерения редокс потенциала биологических сред предусматривает определение потенциала рабочего электрода при разомкнутой цепи относительно хлорсеребряного электрода сравнения в тестируемой среде. Стандартизация состояния поверхности рабочего электрода позволяет получить точные и воспроизводимые результаты измерений редокс потенциала, кроме того, способ позволяет непрерывно фиксировать изменения значения редокс потенциала для получения дополнительной информации о тестируемой среде в ходе измерения. 3 ил., 2 табл.
Использование: в материаловедении, криминалистике, ювелирном деле, а также гальванотехнике для определения состава изделий, выполненных из металлов или металлических сплавов, в том числе и имеющих металлические покрытия. Сущность: заключается в том, что при реализации способа приводят в соприкосновение с исследуемым объектом заполненного электролитом зонда. В зонде размещены катод и электрод сравнения. Подают между исследуемым объектом (анодом) и катодом кратковременный анодный поляризующий импульс. Измеряют потенциал на исследуемом изделии с последующей идентификацией состава исследуемого объекта по результатам измерения. Технический результат: повышение достоверности тестирования и идентификации состава образца, выполненного из металла или металлического сплава, в том числе и металлического образца, содержащего металлическое покрытие. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к аналитической химии фосфора, в частности к способу определения общего фосфора в сельскохозяйственном сырье и продукции переработки, и направлено на ускорение, совершенствование и повышение объективности количественного анализа. Указанный способ предусматривает термическое кислотное разложение пробы растительного образца, кратное разбавление пробы до содержания общего фосфора не более 500 мг/дм3, центрифугирование и выполнение анализа на системе капиллярного электрофореза в кварцевом капилляре, эффективной длиной 0,5 м, внутренним диаметром 75 мкм, при этом для проведения анализа используют водный раствор ведущего электролита, содержащий 0,2% хромата калия и 0,6% уротропина при отрицательной полярности напряжения и длине волны детектирования - 254 нм. 1 ил., 1 табл., 6 пр.

Использование: для анализа химических или физических свойств, элементного и фазового состава, марки, характера термической обработки металлов и сплавов в машиностроении, металлообработке и металлургической промышленности. Сущность: в предлагаемом способе идентификации металлов и сплавов осуществляют формирование электрохимической системы электроды электролит, при этом пробу испытуемого металла или сплава используют в качестве одного из электродов, затем воздействуют на сформированную электрохимическую систему электрическим током, а именно, по меньшей мере, одним информационным импульсом напряжения, осуществляемым со строго заданным, по меньшей, одним значением скорости нарастания/спада напряжения, проводят измерение электрических параметров в зависимости от скорости нарастания/спада напряжения: значений тока и падения напряжения одновременно с упомянутым воздействием с сохранением массива полученных данных и его математической обработкой, дополнительно перед воздействием информационного импульса на упомянутую электрохимическую систему воздействуют электрическим током с заданным значением количества электричества. Также в изобретении предложено устройство для идентификации металлов и сплавов, содержащее генератор информационных электрических импульсов напряжения, содержащий элементы управления скоростью нарастания и спада выходного напряжения, измерительный модуль, пригодный для измерения электрических параметров сильнотоковых процессов в растворе электролита, и компьютер. Технический результат: возможность контроля и идентификации металлов и их сплавов с высокой точностью, повышение информативности и достоверности способа. 2 н. и 24 з.п.ф-лы, 11 ил.

Использование: для разработки методик анализа никеля в различных типах вод, эко- и биологических объектах, пищевых продуктах, продовольственном сырье, кормах и кормовых добавках. Сущность: заключается в сочетании кислотной минерализации образца на этапе подготовки проб с последующим вольтамперометрическим определением Ni2+ в трехэлектродной ячейке: индикаторный электрод - серебряная подложка, модифицированная арилдиазоний тозилатом с аминогруппой в качестве заместителя, вспомогательный и сравнения - хлоридсеребряные электроды. При этом накопление Ni2+ в перемешиваемом растворе проводят в течение 30 с при потенциале электролиза минус 0,7±0,05 В на фоне хлоридно-аммиачного буферного раствора с добавкой 0,03 см3 0,1 моль/дм диметилглиоксима, без удаления из электролита растворенного кислорода, с последующей регистрацией катодных пиков в дифференциально-импульсном режиме при скорости развертки потенциала 20 мВ/с. Концентрацию никеля определяют по высоте пика в диапазоне потенциалов от минус (1,00±0,05) В методом добавок аттестованных смесей. Технический результат: использование нетоксичных органо-модифицированных электродов (ОМЭ) для определения никеля методом катодной инверсионной вольтамперометрии в присутствии растворенного кислорода. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения цинка (II) в технических и природных объектах. Способ заключается в потенциометрическом титровании пробы комплексоном (III) с индикаторным электродом из металлического висмута с буферным раствором при рН 4,1 - 9,0. Достигается упрощение, а также - повышение точности и безопасности анализа. 2 табл., 1 ил.
Наверх