CC BY
48
14. Дьячковский Ф.С., Ерицян М.Л., Каширенинов О.Е., Матиска Б., Мах К., Швестка М., Шилов А.Е. Исследование природы активных центров в каталитических системах ИС14+А1К2С1 // Высокомолярные соединения. - 1969. - Т. А9. - № 3. -С. 543-547.
15. Мананкова А.А., Бондалетов В.Г., Белоусова А.С., Ляпков А.А. Исследование стадии дезактивации тетрахлорида титана
в процессе получения нефтеполимерных смол // Ползунов-ский вестник. - 2010. - № 4. - С. 271-274.
16. Aoshima S., Kanaoka S. A Renaissance in Living Cationic Polymerization // Chem. Rev. - 2009. - V. 109. - P. 5245-5287.
Поступила 15.01.2013 г.
УДК 543.552.054.1
КОНТРОЛЬ ХРОМА В ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТКАХ МЕТОДОМ АДСОРБЦИОННОЙ КАТОДНОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ
Г.Б. Слепченко, В.М. Пичугина, Е.Г. Черемпей, Т.И. Щукина
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Выбраны условия вольтамперометрического определения хрома шестивалентного на графитовых электродах с использованием дифенилкарбазида методом адсорбционной катодной вольтамперометрии. Разработана и метрологически аттестована вольтамперометрическая методика контроля опухолевых клеток на содержание хрома шестивалентного.
Ключевые слова:
Вольтамперометрия, хром, биологические объекты, пробоподготовка, электрод, методика, метрологические характеристики. Key words:
Voltammetry, chromium, biological objects, probes pretreatment, electrode, procedure, metrological characteristics.
Хром участвует в регуляции углеводного, жирового обмена, важен для ферментного и гормонального обмена в организме, деятельности сердечной мышцы, сосудов. Наличие этого элемента помогает человеку преодолеть стресс, регулирует уровень сахара в крови. Нехватка хрома нередко является причиной ухудшения толерантности к глюкозе, избыточного веса, способствует быстрой утомляемости, появлению бессонницы. При избыточном поступлении в организм хром, особенно шестивалентный, может оказывать канцерогенный и аллергизирующий эффекты, предрасполагает к более частому развитию гастритов, гепатитов, астено-невротических расстройств [1].
В литературе микроколичества хрома определяют несколькими инструментальными физико-химическими методами: проточно-инжекционные методы, атомно-абсорбционная спектрометрия, электрохимические методы и т. д. [2-5].
Среди электрохимических методов наиболее чувствительным является метод адсорбционной катодной вольтамперометрии (АКВА). Широко распространен способ накопления хрома в виде адсорбированного комплекса с органическими лигандами (диэтилентриаминпентауксусная кислота, 1,5-дифенилкарбогидразид и др.) [6, 7]. Также используется метод адсорбционного вольтампероме-трического определения хрома с купфероном [8].
Купферон - аммонийная соль нитрозофенил-гидроксиламина. Применяется в аналитической химии для осаждения ионов различных металлов. Метод дает более высокую чувствительность, чем предыдущие адсорбционные методики для хрома.
Он основан на эффективном концентрировании комплекса хром-купферон на электроде типа висящей ртутной капли и каталитическом восстановлении адсорбированного комплекса. Это дает предел обнаружения 1,0нг/дм3. Для достижения высокой чувствительности, как правило, в качестве индикаторного применяется ртутьсодержащий электрод, что существенно ограничивает применение данного способа измерения хрома.
Поэтому целью исследований являлся выбор индикаторного нетоксичного электрода на основе углеродсодержащих материалов, а также вольтам-перометрических условий для определения хрома шестивалентного и разработка методики его определения в опухолевых клетках.
Экспериментальная часть
Используемые реактивы были квалификации «х. ч.» или «ос. ч.». Воду перегоняли дважды, с добавлением перманганата калия и серной кислоты. Рабочие растворы с концентрациями 10,0 и 1,0 мг/дм3 готовили из ГСО состава раствора ионов хрома.
Измерение сигналов методом вольтампероме-трии проводили с использованием комплекса аналитического вольтамперометрического СТА (ООО «ИТМ», г. Томск, Россия). Использовали рабочие электроды - сажевые на основе сажи из электропроводящей пластмассы; графитовые с использованием спектрального графита; стеклоуглеродные (СУЭ) и пропитанные эпоксидной смолой графитовые (ГЭ). Электрод сравнения - хлоридсеребря-ный в 1,0 моль/дм3 КС1 (ХСЭ).
Е, В
Рис. 1. Вольтамперные кривые на СУ: 1 - фон: 0,05 моль/дм3 Ма2В4О1+5О32-; 2 - фон + С(Сг^1))=0,005 мг/дм3; 3 - фон + С(Сг^))=0,01 мг/дм3
Пробоподготовку - минерализацию проб -проводили с использованием комплекса пробопод-готовки «Темос-Экспресс» (ООО «ИТМ», г. Томск,
Россия).
Нами проведены исследования основных способов определения хрома шестивалентного с использованием адсорбционной катодной вольтам-перометрии на органических лигандах - дифенил-карбазида и купферона.
Методика работы заключалась в следующем: в кварцевый стаканчик помещали фоновый электролит (0,05 моль/дм3№2В407), 0,05 г сульфита натрия для удаления кислорода и 0,2 см3купферона концентрации 1-10-2 моль/дм3либо 2-10-4 моль/дм3 ди-фенилкарбазида. Снимали фоновую вольтампер-ную кривую. Затем добавляли 0,05 см3аттестован-ного раствора ионов хрома шестивалентного концентрации 1,0 мг/дм3 ипроводили снятие вольтам-перной зависимости.
На сажевом электроде не удалось получить сигнал восстановления ни купферона, ни дифенил-карбазида, ни хрома в связи с тем, что процесса адсорбции на поверхности графита не происходило.
На графитовом мягком электроде были получены только катодные пики купферона и хрома. Данные сигналы не изменялись от их добавок, что связано с заполнением поверхности и трудностью очистки электрода. Также в качестве рабочего был предложен стеклоуглеродный электрод в виде стержня.
На данном электроде были получены пики купфе-рона и адсорбированного комплекса, растущие от концентрации добавленного хрома (VI).
Аналогичные результаты были получены и при использовании дифенилкарбазида.
Недостатком данного электрода является достаточно большая поверхность, и единственный ме-
тод очистки, который здесь можно применить, -это механическая чистка электрода фильтровальной бумагой после снятия каждой вольтамперной кривой. Данный метод очистки приводит к нестабильным и постоянно изменяющимся высотам пиков. Вследствие этого дальнейшие исследования на этом электроде прекращены.
Нами проведены исследования по выбору условий определения хрома шестивалентного на пропитанном графитовом электроде с использованием дифенилкарбазида. Электрод изготавливали из пропитанного эпоксидной смолой графитового стержня с диаметром рабочей поверхности 3...5 мм. Перед работой электрод шлифовали на фильтровальной бумаге.
Из рис. 2 видно, что разрешающая способность определения хрома и градуировочная зависимость удовлетворяют требованиям методики его измерения на уровне 0,005 мг/кг.
Таким образом, для определения хрома нами был выбран нетоксичный индикаторный электрод - пропитанный графитовый. Условия его определения даны в табл. 1.
Нами было сделано предположение, что дифе-нилкарбазид образует схожий комплекс с другим металлом. Одним из распространенных металлов, как примесь в реактивах, воде и т. д., является медь. Опыт проводили аналогично опыту с хромом, только вместо хрома добавляли 0,05 см3ра-створа меди (2+) из 0,1 мг/дм3. Сигнал комплекса от добавок меди (0,05 см3) не наблюдался. Также в ходе исследований установлено, что регистрация аналитических сигналов Сг6+ в присутствии РЬ2+допустима с погрешностью 15 % с его избытком в 400 раз. Определению Сг6+ не мешает 100-кратный избыток следующих элементов: Аз, Cd и Бе.
Е, В
Рис. 2. Вольтамперная зависимость системы хром-дифенилкарбазид на ГЭ: 1 - фон 0,15 моль/дм3Н25О4,
Сдифенилкарб =4-10 моль/дм3; 2 - фон + С(СгС/))=0,005 мг/дм3; 3 - фон +С(Сг^!))=0,01 мг/дм3
Таблица 1. Задаваемые режимы работы прибора при определении массовой концентрации хрома в пробах опухолевых клеток методом инверсионной воль-тамперометрии
Параметры измерения Показатели
Система измерений двухэлектродная
Электроды: - рабочий; - сравнения ГЭ ХСЭ
Развертка катодная
Режим регистрации вольтамперограмм дифференциально- импульсный
Поляризующее напряжение для электронакопления, В 0,35
Потенциал начала регистрации вольтам-перной кривой,В 0,35
Конечное напряжение развертки, В -0,2
Потенциал очистки электрода, В -0,2
Время очистки электрода, с 20
Скорость линейного изменения потенциала, мВ/с 30
Время электролиза, с 60
Потенциал аналитического пика, В (ориентировочное значение) 0,1
Фоновый электролит Н2БО4 0,15 моль/дм3 + дифенилкарбазид 4-10-5 моль/дм3
Методика анализа опухолевых клеток на содержание хрома
Подготовленные для анализа пробы анализируемого объекта массой 0,003^2,000 г, взятые с точностью до 0,0002 г, помещают в кварцевые стаканчики вместимостью 20...25 см3, добавляют 2...4 см3 концентрированной азотной кислоты и 0,5 см3 пероксида водорода концентрации 30 %. Стаканчики с пробами помещают в комплекс пробоподготовки «Темос-Экспресс».
Температуру повышают до 120.130 °С, раствор упаривают до объема примерно 0,5 см3. В каждый стаканчик добавляют по 2,0 см3 перегнанной азотной кислоты, по 1,0 см3пероксида водорода и снова упаривают (до объема « 0,5 см3). Эту обработку повторяют еще 3. 5 раз, последний раз упаривая досуха.
Стаканчики с остатком помещают в комплекс пробоподготовки «Темос-Экспресс», предварительно нагретый до 450+15 °С и прокаливают в течение 10 мин. Если после первого прокаливания в осадке присутствуют несгоревшие частицы, то осадок в каждом стаканчике снова обрабатывают смесью азотной кислоты и пероксида водорода, как указано выше, а затем прокаливают в комплексе пробоподготовки «Темос-Экспресс» в течение 5 мин. Обработку пробы смесью азотной кислоты и пероксида водорода с последующим прокаливанием повторяют до получения золы белого, серого или рыжеватого цвета (без черных угольных включений).
Стаканчики с полученной золой охлаждают до комнатной температуры. В каждый из них добавляют по 0,5 см3 серной кислоты концентрации 3 моль/дм3, 8,0 см3бидистиллированной воды и 1,5 см3 раствора надсернокислого аммония массовой концентрации 0,1 %. Снова помещают стаканчики на 20 мин в разогретый до температуры 170 °С комплекс «Темос-Экспресс». Затем стаканчики вынимают, охлаждают до комнатной температуры, добавляют в каждый стаканчик с пробой бидистиллированной воды до объема 10,0 см3 и по 0,2 см3 раствора дифенилкабазида концентрации 2-10-4 моль/дм3. Выдерживают стаканчики 15 мин. Проба готова для выполнения измерений.
При разработке методики нами проведены анализы проб опухолевых клеток.
В табл. 2 приведены результаты проведенных измерений и проверка правильности методом «вве-дено-найдено».
Таблица 2. Обобщение результатов анализа проб опухолевых клеток на содержание хрома шестивалентного методом инверсионной вольтамперометрии (п=24, Р=0,95)
Номер серии Анализируемая проба Содержание ионов хрома шестивалентного, мг/кг Введено, мг/кг Найдено, мг/кг
1 Клетки (образец № 1) 0,0070±0,0028 0,015 0,017±0,007
2 Клетки (образец № 2) Менее 0,0050 0,070 0,067±0,027
3 Клетки (образец № 3) Менее 0,0050 0,200 0,190±0,070
4 Клетки (образец № 4) Менее 0,0050 1,5GG 1,430±0,570
5 Клетки (образец № 5) 2,1600±0,8600 2,500 4,570±1,830
Для доказательства правильности проведенных расчетов и сравнения рассчитанных по уравнениям и экспериментально определенных значений характеристик погрешности и ее составляющих, а также для практического использования проведен расчет приписанных характеристик погрешности и ее составляющих по выведенным уравнениям для ряда значений концентраций хрома в пробе.
Для всего диапазона выбраны максимальные значения (из экспериментально оцененных значений) для определения приписанных характеристик. Полученные результаты представлены в свидетельстве об аттестации методики в виде табл. 3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Преображенский В.Н., Ушаков И.Б., Лядов К.В. Активационная терапия в системе медицинской реабилитации лиц опасных профессий. - М.: Паритет Граф, 2000. - 320 с.
2. Маркова И.В. Кулонометрическое определение хрома (VI) и меди (II) при их совместном присутствии // Журнал аналитической химии. - 2001. - Т. 56. - № 9. - С. 971-975.
3. Фицев И.М. Проточно-инжекционное определение хрома по каталитическому току гидроксиламина // Журнал аналитической химии. - 1998. - Т. 53. - № 2. - С.128-130.
4. Najafi N. Mashkouri. Cr (VI)/Cr (III) speciation by in situ electrodeposition onto tube prior to electrothermal atomic absorption spectrometry // J. Sci. Islam. Rep. Iran. - 2002. - V. 13. - № 2. -P. 125-130.
5. Дедкова В.П., Швоева О.П., Савин С.Б. Тест-метод определения Cu (II), Ni (II), Cr (VI) из одной пробы // Журнал аналитической химии. - 2001. - Т. 56. - № 8. - С. 851-855.
Таблица 3. Диапазоны измерений, относительные значения показателей точности, повторяемости и воспроизводимости методики при доверительной вероятности Р=0,95
Опре- деля- емый элемент Диапазон концен- траций, мг/кг Показатель повторяемости (среднек-вадратиче-ское отклонение повторяемости), аг(8), % Показатель воспроизводимости (сред-неквадратическое отклонение воспроизводимости), од(<5), % Показатель точности (границы, в которых находится погрешность методики), 5,%
Хром От 0,005 до 5,000 включ. 8 15 40
Выводы
В результате проведенных исследований в качестве индикаторного был выбран нетоксичный графитовый электрод и вольтамперометрические условия определения хрома шестивалентного с использованием дифенилкарбазида методом АКВА. Разработана методика количественного химического анализа проб опухолевых клеток на содержание хрома шестивалентного инверсионно-воль-тамперометрическим методом и проведена ее метрологическая аттестация. Методика предназначена для использования в химических лабораториях организаций, предприятий и служб. Диапазон определяемых содержаний хрома составляет от 0,005 до 5,000 мг/кг.
Работа выполнена в рамках государственного задания «Наука» по теме 3.2816.2011.
6. Jorge E.O., Rocha M.M., Fonseca I.T.E., Neto M.M.M. Studies on the stripping voltammetric determination and speciation of chromium at a rotating-disc bismuth film electrode // Talanta. - 2010. -V. 81. - №1-2. - P. 556-564.
7. Малахова Н.А., Чернышева А.В., Брайнина Х.З. Инверсионная вольтамперометрия хрома с дифенилкарбазидом // Журнал аналитической химии. - 1987. - Т. 42. - № 9. -С. 1636-1640.
8. Wang J., Lu J., Olsen K. Measurements of Ultratrace Level of Chromium by Absorptive - Catalytic Stripping Voltammetry in the Pres-enae of Cupferron // J. Analyst. - 1992. - V. 117. - P. 1913-1917.
Поступила 19.02.2013 г.
