Вольтамперометрический сенсор на основе модифицированной шунгитом и формазанатом меди углеволоконной бумаги для определения лидокаина

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлен высокочувствительный сенсор на основе углеволоконной бумаги, модифицированной композитом из шунгита и формазаната меди, для вольтамперометрического определения лидокаина. Синтезированный металлорганический комплекс, композит и модифицированный электрод охарактеризованы методами инфракрасной спектроскопии, масс-спектрометрии высокого разрешения, элементного анализа, сканирующей электронной микроскопии, циклической и линейной вольтамперометрии. Двукратное увеличение тока пика окисления лидокаина на модифицированном электроде, по сравнению с немодифицированным, связано с сенсибилизирующим эффектом композитного модификатора, обусловленным увеличением электроактивной площади и числа сайтов связывания лидокаина на электродной поверхности. Сенсор демонстрирует широкий динамический диапазон от 2 до 2120 мкМ с низким пределом обнаружения 0.18 мкМ лидокаина и высокой чувствительностью 0.7553 мкА/В×мкМ. Межэлектродная и внутриэлектродная повторяемость аналитического сигнала не превышают 3.5%. Реакция сенсора стабильна в течение трех недель. Разработанный сенсор использован для определения лидокаина в фармацевтических препаратах. Результаты анализа реальных образцов продемонстрировали хорошие воспроизводимость (sr ≤ 5.5%) и показатель правильности (98–102%).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. А. Бухаринова

Уральский государственный экономический университет

Email: sny@usue.ru
Россия, 620144, Екатеринбург, ул. 8 Марта, 62/ул. Народной Воли, 45

Н. Ю. Стожко

Уральский государственный экономический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: sny@usue.ru
Россия, 620144, Екатеринбург, ул. 8 Марта, 62/ул. Народной Воли, 45

Т. Г. Федорченко

Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук

Email: sny@usue.ru
Россия, 620990, Екатеринбург

Г. Н. Липунова

Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук

Email: sny@usue.ru
Россия, 620990, Екатеринбург

Е. В. Шаброва

Уральский государственный экономический университет

Email: sny@usue.ru
Россия, 620144, Екатеринбург, ул. 8 Марта, 62/ул. Народной Воли, 45

Е. И. Хамзина

Уральский государственный экономический университет

Email: sny@usue.ru
Россия, 620144, Екатеринбург, ул. 8 Марта, 62/ул. Народной Воли, 45

А. В. Тарасов

Уральский государственный экономический университет

Email: sny@usue.ru
Россия, 620144, Екатеринбург, ул. 8 Марта, 62/ул. Народной Воли, 45

Список литературы

  1. Фелькер Е.Ю., Заболотский Д.В., Корячкин В.А., Малашенко Н.С., Колосов А.О., Горбачева Т.В. Эффективность и безопасность внутривенной инфузии лидокаина у детей // Анестезиология и реаниматология. 2021. № 2. C. 50.
  2. Leung Y.L. Lidocaine. Encyclopedia of Toxicology. 3rd Ed. Academic Press, 2014. P. 71.
  3. Stozhko N.Yu., Bukharinova M.A., Khamzina E.I., Tarasov A.V., Sokolkov S.V. Film carbon veil-based electrode modified with Triton X-100 for nitrite determination // Chemosensors. 2020. V. 8. Article 78.
  4. Brainina Kh.Z., Bukharinova M.A., Stozhko N.Yu., Sokolkov S.V., Tarasov A.V., Vidrevich M.B. Electrochemical sensor based on a carbon veil modified by phytosynthesized gold nanoparticles for determination of ascorbic acid // Sensors. 2020. V. 12. Article 1800.
  5. Stozhko N.Yu., Khamzina E.I., Bukharinova M.A., Tarasov A.V. A novel voltammetricsensor based on carbon paper modified by graphite powder for determination of sunset yellow and tartrazine in drinks // Sensors. 2022. V. 22. Article 4092.
  6. Stozhko N.Yu., Khamzina E.I., Bukharinova M.A., Tarasov A.V., Kolotygina V.Yu., Lakiza N.V., Kuznetcova E.D. Carbon paper modified with functionalized poly(diallyldimethylammonium chloride) graphene and gold phytonanoparticles as a promising sensing material: Characterization and electroanalysis of Ponceau 4R in food samples // Nanomaterials. 2022. V. 12. Article 4197.
  7. Matos C.R.S., Souza Jr H.O., Santana T.B.S., Candido L.P.M., Cunha F.G.C., Sussuchi E.M., Gimenez I.F. Cd1-xMgxTe semiconductor nanocrystal alloys: Synthesis preparation of nanocomposites with graphene-based materials , and electrochemical detection of lidocaine and epinephrine // Microchim. Acta. 2017. V. 184. P. 1755.
  8. Zhang J., Liu J., Zhang Y., Yu F., Wang F., Peng Z., Li Y. Voltammetric lidocaine sensor by using a glassy carbon electrode modified with porous carbon prepared from a MOF, and with a molecularly imprinted polymer // Microchim. Acta. 2018. V. 185. Article 78.
  9. Yang G., Zhao F. A novel electrochemical sensor for the determination of lidocaine based on surface-imprinting on porous three-dimensional film // J. Mater. Chem. C. 2014. V. 2. P. 10201.
  10. Rahbar N., Ramezani Z., Ghanavati J. CuO-nanoparticles modified carbon paste electrode for square wave voltammetric determination of lidocaine: Comparing classical and Box–Behnken optimization methodologies // Chin. Chem. Lett. 2016. V. 27. P. 837.
  11. Alham A., Ibraimov A., Alimzhanova M. Mamedova M. Natural material shungite as solid-phase extraction sorbent for the extraction of red synthetic dye Ponceau 4R from tap water, wine, and juice // Food Anal. Methods. 2022. V. 15. P. 707.
  12. Diyuk V.E., Ishchenko O.V., Loginova O.B., Melnik L.M., Kisterska L.D., Garashchenko V.V., Turchun O.V. Recovery of adsorption properties of shungite // J. Superhard Mater. 2019. V. 41. P. 221.
  13. Bukharinova M.A., Khamzina E.I., Stozhko N.Yu., Tarasov A.V. Highly sensitive voltammetric determination of Allura Red (E129) food colourant on a planar carbon fiber sensor modified with shungite // Anal. Chim. Acta. 2023. V. 1272. Article. 341481.
  14. Kajal N., Singh V., Gupta R., Gautam S. Metal organic frameworks for electrochemical sensor applications: A review // Environ. Res. 2022. V. 204. Article 112320.
  15. Бузыкин Б.И., Липунова Г.Н., Первова И.Г. Прогресс в химии формазанов. Синтез-свойства-применение. М.: Научный мир, 2009. 296 с.
  16. Garkani Nejad F., Beitollahi H., Sheikhshoaie I. A UiO-66-NH2 MOF/PAMAM dendrimer nanocomposite for electrochemical detection of tramadol in the presence of acetaminophen in pharmaceutical formulations // Biosensors. 2023. V. 13. Article 514.
  17. Tajik S., Sharifi F., Aflatoonian B., Di Bartolomeo A. A new electrochemical sensor for the detection of ketoconazole using carbon paste electrode modified with sheaf-like Ce-BTC MOF nanostructure and ionic liquid // Nanomaterials. 2023. V. 13. Article 523.
  18. Zhao J., Kan Y., Chen Z., Li H., ZhangW. MOFs-modified electrochemical sensors and the application in the detection of opioids // Biosensors. 2023. V. 13. Article 284.
  19. Ольховикова Н.Б., Русинова Л.И., Шмелев Л.В., Липунова Г.Н., Клюев Н.А., Ельцов А.В. Метилирование 1-арил-3-фенил-5-(бензтиазолил)формазанов // Журн. орг. химии. 1988. Т. 58. С. 1626.
  20. Бузыкин Б.И., Липунова Г.Н., Сысоева Л.П., Русинова Л.И. Химия формазанов. М.: Наука, 1992. С. 233.
  21. Tabrizi L., Dao D.Q., Vu T.A. Experimental and theoretical evaluation on the antioxidant activity of a copper(II) complex based on lidocaine and ibuprofen amide-phenanthroline agents // RSC Adv. 2019. V. 9. P. 3320.
  22. Saad A.S., Al-Alamein A.M. A., Galal M.M., Zaazaa H.E. voltammetric determination of lidocaine and its toxic metabolite in pharmaceutical formulation and milk using carbon paste electrode modified with C18 Silica // J. Electrochem. Soc. 2019. V. 166. P. B103.
  23. Крылов Ю.Ф., Бобырев В.М. Фармакология. М.: ВУНМЦ МЗ РФ, 1999. 352 с.
  24. Krishnakumar A., Kumar Mishra R., Kadian S., Zareei A., Heredia Rivera U., Rahimi R. Printed graphene-based electrochemical sensor with integrated paper microfluidics for rapid lidocaine detection in blood // Anal. Chim. Acta. 2022. V. 1229. Article 340332.
  25. Rahbar N., Ramezani Z., Babapour A. Electro-oxidation mechanism and direct square-wave voltammetric determination of lidocaine with a carbon-paste electrode // Jundishapur J. Nat. Pharm. Prod. 2015. V. 10. Article 19382.
  26. Nouri-Nigjeh E., Permentier H.P., Bischoff R., Bruins A.P. Lidocaine oxidation by electrogenerated reactive oxygen species in the light of oxidative drug metabolism // Anal. Chem. 2010. V. 82. P. 7625.
  27. Сурмилло А.С. N-Деалкилирование аминов при обеззараживании воды / Тез. докл. X Всерос. конф. с междунар. участием “Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы”. 2023. Москва. 30 октября–03 ноября 2023. С. 55.
  28. Oliveira R.T.S., Salazar-Banda G.R., Ferreira V.S., Oliveira S.C., Avaca L.S. Electroanalytical determination of lidocaine in pharmaceutical preparations using boron-doped diamond electrodes // Electroanalysis. 2007. V. 19. P. 1189.
  29. Burns D.T., Danzer K., Townshend A. Use of the terms “Recovery” and “Apparent recovery” in analytical procedures (IU-752 PAC Recommendations 2002) // Pure Appl. Chem. 2002. V. 74. P. 2201.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Схема 1. Структурная формула лидокаина.

Скачать (31KB)
Метаданные
3. Схема 2. Схема синтеза формазаната меди (CuОК).

Скачать (81KB)
Метаданные
4. Схема 3. Предполагаемая структура комплекса лидокаин–СuOK.

Скачать (65KB)
Метаданные
5. Схема 4. Предполагаемый механизм окисления лидокаина на Ш-CuOK/УВЭ.

Скачать (58KB)
Метаданные
6. Рис. 1. ИК-спектры формазаната меди (CuOK), шунгита (Ш) и композита Ш-CuOK.

Скачать (204KB)
Метаданные
7. Рис. 2. Фрагмент масс-спектра комплекса CuOK, симулированный для состава C40H30N12O2S2ClCu2 и экспериментальный.

Скачать (163KB)
Метаданные
8. Рис. 3. СЭМ-изображения (а) немодифицированного электрода на основе углеволоконной бумаги (УВЭ) и (б) модифицированного Ш-CuОК/УВЭ. Ускоряющее напряжение 20 кВ в режиме рассеянных электронов.

Скачать (184KB)
Метаданные
9. Рис. 4. Влияние (а) массовой доли комплекса CuOК в составе композитного модификатора и (б) количества слоев модификатора Ш-CuOK на углеволоконном электроде на сигнал 0.64 мМ лидокаина. Фон: универсальный буферный раствор с рН 8.

Скачать (92KB)
Метаданные
10. Рис. 5. (а) Циклические вольтамперограммы 1 мМ раствора K4[Fe(CN)6], зарегистрированные в 0.1 М KCl с использованием немодифицированного углеволоконного электрода (УВЭ) и модифицированного Ш-CuOК/УВЭ. (б) Хроноамперограммы 1 мМ раствора K4[Fe(CN)6], зарегистрированные при Е = 0.6 В на разных электродах. Вставка: зависимость I = f(t-1/2), полученная из хроноамперометрических измерений для разных электродов.

Скачать (157KB)
Метаданные
11. Рис. 6. Циклические вольтамперограммы 0.64 мМ раствора лидокаина на разных электродах: 1 ‒ УВЭ, 2 ‒ CuOК/УВЭ, 3 ‒ Ш/УВЭ, 4 ‒ Ш-CuOК/УВЭ. Фон: универсальный буферный раствор с рН 8, ν = 50 мВ/с.

Скачать (86KB)
Метаданные
12. Рис. 7. (а) Циклические вольтамперограммы 0.64 мМ раствора лидокаина, зарегистрированные на Ш-CuOК/УВЭ в универсальном буферном растворе с рН 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.3, 8.8, 9.0, 9.6, ν = 50 мВ/с; (б) влияние рН универсального буферного раствора на потенциал пика окисления 0.64 мМ раствора лидокаина; (в) зависимость максимального тока 0.64 мМ раствора лидокаина от рН универсального буферного раствора.

Скачать (191KB)
Метаданные
13. Рис. 8. Линейные вольтамперограммы с коррекцией базовой линии 0.32 мМ раствора лидокаина в универсальном буферном растворе с рН 9 при скорости развертки потенциала 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300 мВ/с.

Скачать (90KB)
Метаданные
14. Рис. 9. Производные вольтамперограмм, зарегистрированные на Ш-CuOK/УВЭ при разных концентрациях лидокаина. Вставка: зависимость аналитического сигнала от концентрации лидокаина в растворе.

Скачать (142KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024