Катионы переходных металлов в качестве индикаторов присутствия алкалоидов в исследуемой пробе в условиях инверсионной вольтамперометрии

Аннотация

Разработан новый электрохимический метод проведения экспресс-анализа на основе мультисенсорной инверсионной вольтамперометрии. Метод инверсионной вольтамперометрии --- один из наиболее информативных, но его реализация требует предварительной пробоподготовки, состоящей в очистке пробы от органических веществ, которые влияют на вид вольтамперограмм. Эту способность изменять поведение электрохимической системы, содержащей катионы различных металлов, предложено использовать для анализа алкалоидов. Предложенный метод позволяет с высокой достоверностью идентифицировать алкалоиды в исследуемых образцах, выявлять информативные признаки, характеризующие их наличие в исследуемой пробе. Оптимизирован также состав тест-системы с учетом специфики обнаруживаемых веществ. Предложенный метод отличается от существующих тем, что вместо множества индикаторных электродов, каждый из которых отвечает за определенный информативный признак, используется единичный планарный электрод, погруженный в исследуемый раствор, где в состав фонового электролита вводятся ионы переходных металлов, способных образовывать комплексы с веществами пробы. Определение веществ, принадлежащих различным химическим классам, осуществляется путем сравнения вольтамперограммы пробы с электронной базой данных. Метод реализован в портативном электроаналитическом комплексе в форматах "электронный язык" и "электронный нос"

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Петренко Е.М., Семенова В.А. Катионы переходных металлов в качестве индикаторов присутствия алкалоидов в исследуемой пробе в условиях инверсионной вольтамперометрии. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2024,№ 1 (112), с. 104--117. EDN: GJMMJN

Литература

[1] Ганшин В.М., Фесенко А.В., Чебышев А.В. Комплексные системы мониторинга токсикологической и экологической безопасности. Специальная техника, 1998, № 4-5, с. 2--10.

[2] Системы обнаружения опасных веществ, работающих на разных физических принципах. М., БНТИ Техника для спецслужб, 2009.

[3] Stitzel S.E., Aernecke M.J., Walt D.R. Artificial noses. Annu. Rev. Biomed. Eng., 2011, vol. 13, pp. 1--25. DOI: http://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-071910-124633

[4] Persaud K., Dodd G. Analysis of discrimination mechanisms in the mammalian olfactory system using a model nose. Nature, 1982, vol. 299, pp. 352--355. DOI: https://doi.org/10.1038/299352a0

[5] Gardner J., Bartlett P. Electronic noses. Principles and applications. Oxford Univ. Press, 1999.

[6] James D., Scott S.M., Ali Z., et al. Chemical sensors for electronic nose systems. Microchim. Acta, 2005, vol. 149, no. 1, pp. 1--17. DOI: http://doi.org/10.1007/s00604-004-0291-6

[7] Ганшин В.М., Фесенко А.В., Чебышев А.В. От обонятельных моделей к "электронному носу". Новые возможности параллельной аналитики. Специальная техника, 1999, № 1-2, с. 2--11.

[8] Долгополов Н.В., Яблоков М.Ю. "Электронный нос" --- новое направление индустрии безопасности. Мир и безопасность, 2007, № 4, c. 54--59.

[9] Biolatto A., Grigioni G., Irurueta M., et al. Seasonal variation in the odour characteristics of whole milk powder. Food Chem., 2007, vol. 103, iss. 3, pp. 960--967. DOI: http://doi.org/10.1016/j.foodchem.2006.09.050

[10] Bhattacharya N., Tudu B., Jana A., et al. Preemptive identification of optimum fermentation time for black tea using electronic nose. Sens. Actuators B Chem., 2008, vol. 131, iss. 1, pp. 110--161. DOI: http://doi.org/10.1016/j.snb.2007.12.032

[11] El Barbri N., Llobet E., El Bari N., et al. Electronic nose based on metal oxide semiconductor sensors as an alternative technique for the spoilage classification of red meat. Sensors, 2008, vol. 8, iss. 1, pp. 142--156. DOI: http://doi.org/10.3390/s8010142

[12] Dragonieri S., Schot R., Mertens B., et al. An electronic nose in the discrimination of patients with asthma and controls. J. Allergy Clin. Immunol., 2007, vol. 120, iss. 4, pp. 856--862. DOI: http://doi.org/10.1016/j.jaci.2007.05.043

[13] Siripatrawan U. Rapid differentiation between E. coli and Salmonella Typhimurium using metal oxide sensors integrated with pattern recognition. Sens. Actuators B Chem., 2008, vol. 133, iss. 2, pp. 414--419. DOI: http://doi.org/10.1016/j.snb.2008.02.046

[14] Zampolli S., Elmi I., Ahmed F., et al. An electronic nose based on solid state sensor arrays for low-cost indoor air quality monitoring applications. Sens. Actuators B Chem., 2004, vol. 101, iss. 1-2, pp. 39--46. DOI: http://doi.org/10.1016/j.snb.2004.02.024

[15] Raman B., Meier D.C., Evju J.K., et al. Designing and optimizing microsensor arrays for recognizing chemical hazards in complex environments. Sens. Actuators B Chem., 2009, vol. 137, iss. 2, pp. 617--629. DOI: http://doi.org/10.1016/j.snb.2008.11.053

[16] Feng L., Musto C.J., Kemling J.W., et al. A colorimetric sensor array for identification of toxic gases below permissible exposure limits. Chem. Commun., 2010, iss. 12, vol. 46, pp. 2037--2039. DOI: http://doi.org/10.1039/b926848k

[17] Moore D.S. Instrumentation for trace detection of high explosives. Rev. Sci. Instrum., 2004, vol. 75, iss. 8, pp. 2499--2512. DOI: http://doi.org/10.1063/1.1771493

[18] Yinon J. Peer reviewed: detection of explosives by electronic noses. Anal. Chem., 2003, vol. 75, iss. 5, pp. 98А--105А. DOI: http://doi.org/10.1021/ac0312460

[19] Singh S. Sensors --- an effective approach for the detection of explosives. J. Hazard. Mater., 2007, vol. 144, iss. 1-2, pp. 15--28. DOI: http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.02.018

[20] Voiculescu I., Zaghloul M.E., McGill R.A., et al. Electrostatically actuated resonant microcantilever beam in CMOS technology for the detection of chemical weapons. IEEE Sens. J., 2005, vol. 5, iss. 4, pp. 641--647. DOI: http://doi.org/10.1109/JSEN.2005.851016

[21] Bencic-Nagale S., Sternfeld T., Walt D.R. Microbead chemical switches: an approach to detection of reactive organophosphate chemical warfare agent vapors. J. Am. Chem. Soc., 2006, vol. 128, iss. 15, pp. 5041--5048. DOI: http://doi.org/10.1021/ja057057b

[22] Song L., Ahn S., Walt D.R. Detecting biological warfare agents. Emerging Infect. Dis., 2005, vol. 11, no. 10, pp. 1629--1632. DOI: http://doi.org/10.3201/eid1110.050269

[23] Aernecke M.J., Walt D.R. Fiber-optic sensors for biological and chemical agent detection. In: Nano and Microsensors for Chemical and Biological Terrorism Surveil-lance. Royal Society of Chemistry, 2008, pp. 98--113.

[24] Janata J. Electrochemical sensors. Electrochemistry Encyclopedia. URL: https://knowledge.electrochem.org/encycl/art-s02-sensor.htm

[25] Stetter J.R., Penrose W.R. The electrochemical nose. Electrochemistry Encyclopedia. URL: https://knowledge.electrochem.org/encycl/art-n01-nose.htm

[26] Forster R.J., Regan F., Diamond D. Modeling of potentiometric electrode arrays for multicomponent analysis. Anal. Chem., 1991, vol. 63, iss. 9, pp. 876--882. DOI: http://doi.org/10.1021/ac00009a007

[27] Forster R.J., Diamond D. Nonlinear calibration of ion-selective electrode arrays for flow injection analysis. Anal. Chem., 1992, vol. 64, iss. 15, pp. 1721--1728. DOI: http://doi.org/10.1021/ac00039a017

[28] Sasaki Y., Kanai Y., Uchida H. Highly sensitive taste sensor with a new differential LAPS method. Sens. Actuators B Chem., 1995, vol. 25, iss. 1-3, pp. 819--822. DOI: https://doi.org/10.1016/0925-4005(95)85182-8