CC BY
1
ХИМИЯ
НАУЧНЫЙ ОТДЕЛ
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024. Т. 24, вып. 4. С. 364-373
Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2024, vol. 24, iss. 4, pp. 364-373 https://ichbe.sgu.ru https://doi.org/10.18500/1816-9775-2024-24-4-364-373
EDN: DQGJAQ
Научная статья УДК 543.426
Перенос энергии возбуждения в комплексах европия с доксициклином в присутствии мицелл поверхностно-активных веществ и наночастиц серебра
Т. Г. Данилина1, А. В. Сярдина1, Е. Р. Тимонова1, Н. В. Неврюева2, Т. Д. Смирнова1 к
Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, Россия, 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 83
2Саратовский государственный медицинский университет имени В. И. Разумовского, Россия, 410012, г. Саратов, ул. Б. Казачья, д. 112
Данилина Татьяна Григорьевна, кандидат химических наук, ассистент кафедры аналитической химии и химической экологии Института химии, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-7956-2716
Сярдина Алина Владимировна, студент Института химии, [email protected], httpc://orcid. org/0009-0003-7060-4969
Тимонова Екатерина Романовна, студент Института химии, ekaterinatimonova8491@gmail. com, httpc://orcid.org/0009-0009-4068-2070
Неврюева Наталия Владимировна, кандидат химических наук, старший преподаватель кафедры общей, биоорганической и фармацевтической химии, [email protected], httpc://orcid.org/0000-0002-3457-1317
Смирнова Татьяна Дмитриевна, доктор химических наук, профессор кафедры аналитической химии и химической экологии Института химии, [email protected], httpc://orcid. org/0000-0002-3391-1092
Аннотация. Доксициклин относится к антибиотикам тетрациклинового ряда с широким спектром действия, используется для лечения инфекций у людей, в ветеринарии - в качестве препаратов профилактического действия, стимуляторов роста. По этой причине остаточные количества антибиотиков в молоке, мясе и других продуктах питания могут вызывать резистентность, развитие аллергии. В этой связи требуется постоянный контроль остаточных содержаний тетрациклинов в пищевых продуктах, объектах окружающей среды, биологических жидкостях. Целью настоящей работы явилось изучение влияния сферических наночастиц серебра и мицелл поверхностно-активных веществ на интенсивность сенсибилизированной флуоресценции комплексов ионов европия с доксициклином и разработка нового чувствительного и простого способа флуори-метрического определения доксициклина в растворах. В результате одновременного воздействия энергии внешнего источника возбуждения и поверхностного плазмонно-
© Данилина Т. Г., Сярдина А. В., Тимонова Е. Р., Неврюева Н. В., Смирнова Т. Д., 2024
го резонанса наночастиц серебра на доксициклин происходит возрастание интенсивности его флуоресценции. Вероятность перехода лиганда в возбужденное состояние значительно возрастает, что способствует наиболее эффективной реализации внутримолекулярного переноса энергии возбуждения в комплексе Eu3+ с доксициклином. Нами показано, что в присутствии наночастиц серебра и ионов Eu3+ интенсивность флуоресценции аналитической системы, содержащей доксициклин, возрастает в 125 раз. В присутствии неионогенного поверхностно-активного вещества Твин-80 сигнал сенсибилизированной флуоресценции хелата Eu3+ с доксициклином увеличивается более, чем в 19 раз. Солюбилизация компонентов аналитической реакции в мицеллы поверхностно-активных веществ способствует изменению их протолитических свойств, дегидратации, увеличению устойчивости комплексов, эффективности внутримолекулярного переноса энергии. При совместном присутствии мицелл поверхностно-активного вещества Твин-80 и наночастиц серебра наблюдается дополнительное увеличение интенсивности флуоресценции хелата иона металла с доксициклином в 27 раз. На основании проведенных исследований предложен способ флуориметрического определения докси-циклина с использованием мицелл Твин-80, нанокластеров серебра и ионов Eu3+ в природной воде. Диапазон определяемых концентраций 1.0-10-7 - 1.0-10-5 М, предел обнаружения (ПрО) 6.0-10-8 М (3 о). Правильность определения контролировали методом «введено-найдено».
Ключевые слова: перенос энергии возбуждения, люминесценция, ионы европия, доксициклин, наночастицы серебра Для цитирования: Данилина Т. Г., Сярдина А. В., Тимонова Е. Р., Неврюева Н. В., Смирнова Т. Д. Перенос энергии возбуждения в комплексах европия с доксициклином в присутствии мицелл поверхностно-активных веществ и наночастиц серебра // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024. Т. 24, вып. 4. С. 364-373. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2024-24-4-364-373, EDN: DQGJAQ
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0) Article
Excitation energy transfer in europium complexes with doxycycline in the presence of surfactant micelles and silver nanoparticles
T. G. Danilina1, A. V. Syardina1, E. R. Timonova1, N. V. Nevryueva2, T. D. Smirnova1 K
1 Saratov State University, 83 Astrakhanskaya St., Saratov 410012, Russia
2 V. I. Razumovsky Saratov State Medical University, 112 Bolshaya Kazachiya St., Saratov 410012, Russia
Tatyana G. Danilina, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-7956-2716
Alina V. Syardina, [email protected], https://orcid.org/0009-0003-7060-4969
Ekaterina R. Timonova, [email protected], https://orcid.org/0009-0009-4068-2070
Natalya V. Nevryueva, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-3457-1317
Tatyana D. Smirnova, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-3391-1092
Abstract. Doxycycline is a broad-spectrum tetracycline antibiotic used to treat infections in humans and in veterinary medicine as a prophylactic drug and growth stimulant. For this reason, residual amounts of antibiotics in milk, meat and other food products can cause resistance and the development of allergies. In this regard, constant monitoring of residual contents of tetracyclines in food products, environmental objects, and biological fluids is required. The purpose of this work was to study the effect of spherical silver nanoparticles and surfactant micelles on the intensity of sensitized fluorescence of europium ion complexes with doxycycline and to develop a new sensitive and simple method for the fluorimetric determination of doxycycline in solutions. As a result of the simultaneous influence of the energy of an external excitation source and the surface plasmon resonance of silver nanoparticles on doxycycline, the intensity of its fluorescence increases. The probability of the ligand transition to the excited state increases significantly, which contributes to the most efficient implementation of intramolecular excitation energy transfer in the Eu3+ complex with doxycycline. We have shown that in the presence of silver nanoparticles and Eu3+ ions, the fluorescence intensity of an analytical system containing doxycycline increases 125 times. In the presence of the nonionic surfactant Tween-80, the sensitized fluorescence signal of the Eu3+ chelate with doxycycline increases by more than 19 times. Solubilization of the components of the analytical reaction into micelles of surfactants helps to change their protolytic properties, dehydration, increase the stability of the complexes, and the efficiency of intramolecular energy transfer. In the combined presence of Tween-80 surfactant micelles and silver nanoparticles, an additional 27-fold increase in the fluorescence intensity of the metal ion chelate with doxycycline is observed. Based on the conducted research, a method for the fluorimetric determination of doxycycline using Tween-80 micelles, silver nanoclusters and Eu3+ ions in natural water has been proposed. The range of detectable concentrations is 1.0-10"7-1.0-10"5 M, detection limit (Limit of Detection) 6.0-10"8М (3 о). The correctness of the definition has been controlled by the "entered-found" method.
Keywords: excitation energy transfer, luminescence, europium ions, doxycycline, silver nanoparticles
For citation: Danilina T. G., Syardina A. V., Timonova E. R., Nevryueva N. V., Smirnova T. D. Excitation energy transfer in europium complexes with doxycycline in the presence of surfactant micelles and silver nanoparticles. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2024, vol. 24, iss. 4, pp. 364-373 (in Russian). https://doi.org/10.18500/1816-9775-2024-24-4-364-373, EDN: DQGJAQ This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0)
Введение
Доксициклин относится к антибиотикам тетрациклинового ряда с широким спектром действия, высокой антимикробной активностью в отношении грамположительных и грамотри-цательных бактерий, широко используется для лечения инфекций у людей, а также в ветеринарии, животноводстве, рыбоводстве - в качестве препаратов профилактического действия и стимуляторов роста. В сложившейся ситуации остаточные количества антибиотиков могут содержаться в молоке, мясе и других продуктах питания человека, объектах окружающей среды. Употребление продуктов, содержащих антимикробные препараты, может быть причиной развития резистентности к антибиотикам, снижения эффективности применения лекарственных препаратов этой группы, развития аллергических заболеваний. В этой связи требуется постоянный контроль остаточных содержаний тетрациклинов в сыворотке крови, моче, молоке, мясе, рыбе, яйцах и др. Для обеспечения безопасности пищевых продуктов Европейской комиссией в 2010 г. установлена предельно допустимая концентрация препаратов тетраци-клиновой группы в мышцах и почках быка на уровне 100-600 мкг/кг [1].
В литературе предложены методы контроля содержания антибиотиков в объектах самого разного происхождения. Наиболее часто для обнаружения следовых количеств тетрациклинов в пищевых продуктах используется высокоэффективная жидкостная хроматография с различными детекторами: масс-спектрометрическими, флуоресцентными, УФ-детекторами и электрохимическими [2-5]. Люминесцентный метод определения биологически активных веществ в настоящее время является наиболее простым, доступным, высокочувствительным с возможностью совершенствования метрологических характеристик известных способов путем применения последних достижений нанотехноло-гий. Для усиления аналитического сигнала во флуориметрическом методе широко используется перенос энергии возбуждения в комплексах производных тетрациклинов с ионами редкоземельных металлов в присутствии мицелл поверхностно-активных веществ (ПАВ) [6-10]. Солюбилизация компонентов аналитической реакции в мицеллы ПАВ способствует изменению их протолитических свойств, дегидратации, увеличению устойчивости комплексов, эффективности внутримолекулярного переноса
энергии. Влияние твердых наноматериалов (на-ночастиц благородных металлов) на эффективность внутримолекулярного переноса энергии в комплексах определяется взаимным расположением спектров поверхностного плазмонного резонанса наночастиц и флуоресценции исследуемого флуорофора [11-16].
Целью настоящей работы явилось изучение влияния наночастиц серебра и мицелл поверхностно-активных веществ при совместном присутствии на интенсивность сенсибилизированной флуоресценции комплекса ионов Eu3+ с доксициклином и разработка нового способа флуориметрического определения доксицикли-на в растворах.
Материалы и методы
Реагенты. Доксициклин гиклат (Fengchen group CO., LTD) содержал не менее 99% основного вещества; цетилпиридиний хлорид, Тритон Х-100 (Sigma), Бридж 35(Acros), натрия додецилсульфат (AppliChem) с содержанием основного вещества не менее 99%; хлорид Eu3+ шестиводный (Acros Organics), содержание основного вещества не менее 99%.
Аппаратура. Спектры флуоресценции регистрировали при помощи спектрофлуориметра СМ 2203 фирмы ЗАО «SOLAR» с источником возбуждения - импульсной ксеноновой лампой. Ширина дифракционной щели возбуждения 10 нм, флуоресценции 5 нм. Скорость регистрации спектров 75 нм/мин. Измерения проводили в кварцевой кювете с толщиной слоя 1 см. Сигнал регистрировали под углом 90° к возбуждающему свету. Оптическую плотность растворов и электронные спектры поглощения в видимой и УФ-области спектра измеряли на спектрофотометре UV-1800 (Shimadzu), кварцевые кюветы с длиной оптического пути 1 см (Shimadzu).
Значение рН контролировали на рН-метре (рН-673 М) со стеклянным индикаторным электродом и хлоридсеребряным электродом сравнения.
Синтез наночастиц серебра осуществляли борогидридным методом [17]. Цитрат стабилизированные наночастицы получают восстановлением нитрата серебра боргидридом натрия в соответствии с методикой по реакции:
AgNO3 + NaBH4
1
1
Ag + ^H2 + ^B2H6 + NaNO3.
Методика синтеза: 1 мл водного раствора AgNO3 (10 мМ) и 1 мл цитрата (500 мМ) добавляют к 47 мл Н2О при перемешивании. После
-:>
инкубирования в течение 10 мин при комнатной температуре добавляли 600 мкл свежеприготовленного NaBH4 (10 мМ) при интенсивном перемешивании. Реакция восстановления продолжалась в течение 30 мин, затем раствор убирали в холодильник на 10 ч, чтобы обеспечить завершение роста наночастиц. Полученный раствор наночастиц серебра имеет ярко-желтый цвет. Концентрацию наночастиц (моль/л) рассчитывали по формуле [18]:
N . „т 3т
CH3 OH N(CH3)2 ,OH
C =
nav'
N =
4п г 3р
где N - число частиц в растворе; ЫА = = 6.02 х 1023, моль-1 - постоянная Авогадро, V - объем раствора, л; т - масса серебра в растворе (т = 0.0535 г); г - радиус наночастиц, см; р = 10.5 г/см3 - плотность серебра.
Методика отличается простотой и возможностью получения наночастиц определенного размера. В качестве стабилизатора коллоидного раствора использовали цитрат-ион, который адсорбируется на поверхности наночастиц и позволяет контролировать их размер. По данным просвечивающей электронной микроскопии, наночастицы имели сферическую форму и относительно узкий диапазон распределения по размерам со средним диаметром 7 ± 2 нм, ¿¡-потенциал -30 мВ, который свидетельствует о достаточно высокой стабильности золей. Нами установлено, что в течение двух недель характеристики наночастиц оставались без изменений. Спектры поглощения синтезированных наночастиц (AgNp) содержали полосу поверхностного плазмонного резонанса (ППР) при Л = 410 нм.
Результаты и их обсуждение
Спектральные свойства доксицикли-
на. Спектр поглощения доксициклина (ДЦ) характеризуется двумя максимумами в УФ -области Л = 280 и Л = 350 нм, что соответствует литературным данным [19] и объясняется присутствием в молекуле двух хромофоров (рис. 1). Первый хромофор включает кольцо, которое содержит протонированную диметил-аминогруппу, гидроксильную, карбамидную группы и хиноидный кислород. Сопряженная п-система хромофора невелика и ему соответствует полоса с коротковолновым максимумом. Второй хромофор включает три кольца и протяженную п-систему, которая характеризуется полосой с длинноволновым максимумом.
OH O
OHI OH O
CONH2 •HCl
Рис. 1. Формула доксициклина Fig. 1. Doxycycline formula
Спектру возбуждения доксициклина соответствует длина волны Авозб = 390 нм, позволяющая констатировать незначительные флуоресцентные свойства антибиотика.
Взаимодействие доксициклина с ионами европия. Доксициклин образует в слабощелочных растворах комплекс с ионами Eu3+, который характеризуется переносом электронной энергии возбуждения и сенсибилизированной флуоресценцией. Согласно классической теории Декстера, более высокое расположение и близость триплетных уровней лиганда и резонансных уровней энергии иона металла является определяющим фактором эффективного переноса энергии. Для ионов Eu3+ условие переноса энергии с триплета доксициклина (18100-20300 см-1) на его резонансный уровень (17260 см-1) соблюдается и в результате в спектрах флуоресценции системы Eu3+ - ДЦ наблюдается сенсибилизированная люминесценция иона металла с Афл = 615 нм, интенсивность которой превышает на порядок собственную флуоресценцию доксициклина [20].
Влияние наночастиц серебра на флуоресцентные свойства доксициклина и его комплекса с ионами европия. Особенности использования твердых нанообъектов в разработке новых подходов флуориметрического определения биологически активных веществ связаны с их непосредственным участием в процессе переноса энергии, высокими значениями коэффициентов экстинции, легко варьируемыми оптическими характеристиками, зависящими от размера наночастиц, и окружением поверхностного слоя наночастиц. Докси-циклин обладает невысокой интенсивностью флуоресценции (Авозб = 390 нм, Афл = 525 нм). Наночастицы серебра могут оказывать на флуоресценцию доксициклина влияние, заключающееся в увеличении эмиссионных свойств в результате межмолекулярного переноса энергии возбуждения от наночастиц к органической молекуле ввиду значительного перекрывания
спектра поверхностного плазмонного резонанса наночастиц и спектров поглощения антибиотика (рис. 2) [1, 2]. Однако нами установлено, что возрастание флуоресценции флуорофора не наблюдалось, по-видимому, в связи со значительным расстоянием между донором и акцептором и экранированием поверхности наночастиц стабилизатором. С целью сокращения расстояния и сенсибилизации доксициклина поверхность наночастиц серебра модифицировали ионами европия. Образующийся на поверхности нанообъекта хелат Еи3+ с докси-циклином характеризуется переносом энергии с триплетного уровня лиганда на излучатель-
1
0,8 0,6 0,4 0,2
ные уровни иона металла с последующей его флуоресценцией (Лфл = 615 нм, Лвозб = 390 нм,
5D -5F.
0
2 переход), который сопровождается синергетическим увеличением сигнала флуоресценции в 125 раз ( рис. 3). Такое возрастание интенсивности является результатом совместного воздействия энергии внешнего источника возбуждения и поверхностного плазмонного резонанса наночастиц серебра на доксициклин. При этом вероятность перехода лиганда в возбужденное состояние значительно возрастает, что способствует наиболее эффективной реализации внутримолекулярного переноса энергии возбуждения.
A 1,6
1,2
0,8
0,4
0
300
400
600
700
500 Л, нм / Л, nm
Рис. 2. Спектры возбуждения доксициклина (1) и ППР наночастиц
серебра (2). СНЧС = 3.3-10"7 M, СДЦ = 1.0-10"5 M Fig. 2. Excitation spectra of doxycycline (l) and SPR spectra of silver nanoparticles (2). CSNP = 3.340-7 M, CDC = 1.0 -10"5 M
!фл / !fl
2
520
570
Л, нм / A, nm
620
670
Рис. 3. Спектр флуоресценции ДЦ (1) и комплекса Eu3 -ДЦ (2) в присутствии наночастиц серебра. Сдц = 5.0 •Ю-6 М, С eu3+ = 2.5 •Ю-5 М,
CAgNp = 1.0^10-8 М,Лвозб = 390 HM, pH E Fig. 3. Fluorescence spectrum of DC (1) and the Eu3+-DC complex (2) in the presence of silver nanoparticles. Cdc = 5.0 •Ю-6 M, Ceu3+ = 2.5 •Ю-5 M, CAgNp = 1.010-8 M, Лг = 390 nm, pH 8
Влияние мицелл ПАВ на флуоресцентные свойства доксициклина и его комплекса с ионами европия. Еще одним фактором, способствующим увеличению интенсивности флуоресценции во флуоресцентном анализе, является использование жидких наносистем - мицелл поверхностно-активных веществ. Солюбилизация компонентов аналитической реакции способствует дегидратации, а значит и изменению протолитических свойств ли-ганда, увеличению устойчивости комплексов, эффективности переноса энергии, сближению компонентов реакции. Нами показано, что в присутствии мицелл неионогенных, катионных и анионных ПАВ собственная флуоресценция доксициклина изменяется незначительно и зависит от состояния флуорофора в растворе и его гидрофобности. Известно, что высокая гидро-фильность тетрациклинов (log P = -1.3 ^ -0.6) не способствует их солюбилизации.
Нами установлено, что влияние мицелл поверхностно-активных веществ на интенсивность флуоресценции комплекса доксициклина с ионами европия зависит от природы мицелл и кислотности среды. В кислой среде ком-плексообразование выражено слабо, поэтому флуоресценция в присутствии мицелл хлорида цетилпиридиния увеличивается в кислой среде незначительно и возрастает в 2.6 раза в щелочной среде. Добавки мицелл анионного додецилсульфата натрия к растворам комплекса сопровождалось ростом сигнала в 5.4 раза.
В качестве неионогенных поверхностно-активных веществ использовались Тритон Х-100 (содержащий, помимо гидрофильных остатков оксида этилена, гидрофобный 4-третоктилфе-нол) и оксиэтилированный сложный моноэфир жирных кислот Твин-80. В присутствии мицелл Тритон Х-100 максимальное увеличение эмиссии комплекса в 13 раз установлено при рН 7. В более щелочной среде отмечено тушение флуоресценции. В среде мицелл Твин-80 наблюдался рост интенсивности сенсибилизированной флуоресценции в 19 раза при рН 8. В более щелочной и кислой средах люминесценция хелата Еи3+ с доксициклином уменьшалась.
Совместное влияние мицелл ПАВ и наночастиц серебра на интенсивность сенсибилизированной флуоресценции. Нами установлено, что в присутствии мицелл неионогенных ПАВ - Твин-80 и Тритон Х-100 в диапазоне концентрациий 1.0-10-4 - 1.0-10-2 М происходит модификация поверхности наночастиц серебра, о чем свидетельствует уменьшение ^-потенциала до -10 мВ и увеличение среднего диаметра наночастиц серебра. Модификация поверхности наночастиц неионогенными поверхностно-активными веществами сопровождалась ростом интенсивности сенсибилизированной флуоресценции. В присутствии наночастиц серебра, модифицированных Твин-80, наблюдалось максимальное увеличение интенсивности сенсибилизированной флуоресценции комплекса Еи3+-ДЦ в 27 раз (табл. 1).
Таблица 1 / Table 1
Отношение интенсивностей сенсибилизированной флуоресценции хелата европия с доксициклином в присутствии и в отсутствие AgNp и мицелл ПАВ Ratio of sensitized fluorescence intensities of europium chelate with doxycycline in the presence and absence of AgNp and surfactant micelles
Интенсивность флуоресценции / Fluorescence intensity Еи3+-ДЦ / Eu3+- DC AgNp-ЦПХ/ Eu3+-DC -AgNp-CPH AgNp-ДДС/ Eu3+-DC-AgNp-DDS Eu3+^^ AgNp - Тритон Х-100 / Eu3+-DC- AgNp -Triton Х-100 Eu3+^^ AgNp - Твин-80 / Eu3+-DC- AgNp -Tvin-80
1фл / Ifl 25 17 37 433 677
^Eu^-^-AgNp-nAB / 1 Еи3+-ДЦ IEu3+-DC-AgNp-SAS / 1 Eu3+-DC 1 0.7 1.5 17.0 27.0
Найдены оптимальные условия получения максимального сигнала сенсибилизированной флуоресценции ионов Еи3+ в системе Еи3+-ДЦ- Твин-80-AgNp (табл. 2). На основании проведенных исследований предложен флу-ориметрический способ определения докси-циклина с помощью аналитической системы Eu3+-AgNp-Твин-80. Некоторые химико-аналитические характеристики представлены в табл. 3.
Построение градуировочного графика: в шесть пробирок вносят 1.0 мл буферного раствора рН 8-9, 0.2-0.8 мл 1.0 • 10-6-1.0 • 10-4 М доксициклина, 0.4 мл 1.0 • 10-3 М раствора соли Еи3+, 0.4 мл 0.1 М Твин-80 1.0 • 10-2 М и 0.4 мл 3.3 • 10-7 М раствора наночастиц серебра, буферный раствор до общего объёма 4,0 мл, измеряют интенсивность флуоресценции (Авозб = 390 нм, Афл = 615 нм). Измеренные значения используют для построения градуировочного графика.
Таблица 2 / Table 2
Оптимальные условия получения максимального сигнала сенсибилизированной флуоресценции
ионов европия
Optimal conditions for obtaining the maximum signal of sensitized fluorescence of europium ions
CE^ М CAgN^ М CTVin-80, М рН Лвозб, нм Лфл, нм
2.5-10-5 1.0-10-8 1.0-10-2 8-9 390 615
Таблица 3 / Table 3
Химико-аналитические характеристики флуориметрического способа определения доксициклина Chemical and analytical characteristics of some fluorimetric methods for determining doxycycline
Аналитическая система/ Analytical system Диапазон определяемых концентраций, М / Range of determined concentrations рН R2 Уравнение градуировочного графика / Calibration graph equation ПрО, М / Detection limit, M
Eu3+-ДЦ-Твин-80-AgNp / Eu3+-DC-Tvin-80- AgNp 1 10-7-1 10-5 8-9 0,999 У = 7.0x-104+6 6-10-8
Определение доксициклина. Предложенный способ флуориметрического определения доксициклина апробирован в анализе природной воды р. Волги, в пробу которой предварительно нами введено определенное количество доксициклина: в пробирку вносят 1.0 мл буферного раствора рН 9, 1-3 мл исследуемой воды, 0.4 мл 1.0-10"3 М соли Еи3+, 0.4 мл 0.1 М Твин-80, 0.4 мл 3.3 •Ю-7 М раствора AgNp, буферный раствор до общего объёма
4 мл, измеряют интенсивность флуоресценции (Авозб = 390 нм, Афл = 615 нм) и с помощью градуировочного графика определяют содержание доксициклина в воде (табл. 4). Результаты определения доксициклина в речной воде (р. Волга) представлены в табл. 3. Диапазон определяемых концентраций составляет 1.0-10-7 - 1.0-10-5 М, ПрО составил 6.0-10-8М. Правильность определения контролировали методом «введено-найдено».
Таблица 4 / Table 4
Результаты определения доксициклина в речной воде (р. Волга, д. Сосновка)
(n = 3, P = 0.95, ^абл = 4.30) Determination of doxycycline in river water (Volga river, Sosnovka village) (n = 3, P = 0.95, ttable = 4.30)
Введено, мг/л / Introduced, мg/l Найдено, мг/л / Found, мg/l Sr "^эксп / texp
46 48.0 ± 12.2 0.10 0.71
34 29.7 ± 8.7 0.12 2.48
23 20.7 ± 3.3 0.06 3.23
Заключение
Установлено влияние наночастиц серебра и мицелл неионогенных поверхностно-активных веществ на эффективность внутримолекулярного переноса энергии возбуждения в комплексе Еи3+ с доксициклином. Показано, что интенсивность флуоресценции и эффективность внутримолекулярного переноса энергии возрастает более, чем в 19 раз в присутствии неионогенного Твин-80 в связи с эффективной солюбилизацией хелата в мицеллы
и изменением характера его гидратации. В присутствии наночастиц серебра эффективность внутримолекулярного переноса энергии также увеличивается, но более значимо - в 125 раз, что можно объяснить эффективной адсорбцией комплекса Еи3+ на поверхности наночастиц серебра и сокращением расстояния в паре донор-акцептор. Усиление сигнала сенсибилизированной флуоресценции является результатом переноса энергии возбуждения от наночастиц серебра к хелату. Перенос энергии реализуется за счет перекрывания спектра поверхностного
плазмонного резонанса нанокластеров и спектра возбуждения лиганда. В результате воздействия на антибиотик внешнего источника излучения и энергии поверхностного плазмонного резонанса наночастиц возрастает вероятность перехода доксициклина в возбужденное состояние и, соответственно, интенсивность сенсибилизированной флуоресценции. При совместном присутствии мицелл ПАВ и наночастиц серебра наблюдается дополнительное увеличение интенсивности флуоресценции хелата в 27. Это связано, по-видимому, с эффективной сорбцией на поверхности нанокластеров Твин-80 и комплекса европия с доксициклином и влиянием поверхностно-активного вещества на ближайшее окружение флуоресцирующего центра, которое способствует уменьшению гидратации комплекса, удалению молекул тушителей, подавляя процесс диссипации энергии возбуждения. В результате наблюдается рост эффективности внутримолекулярного и межмолекулярного переноса энергии возбуждения.
Предложен способ флуориметрического определения доксициклина с использованием мицелл Твин-80, нанокластеров серебра и ионов Eu3+. Диапазон определяемых концентраций составляет 1.0-10-7 - 1.0-10-5 М, ПрО 6.0-10-8 М. Правильность определения контролировали методом «введено-найдено».
Список литературы
1. Tan H., Chen Y. Silver nanoparticle enhanced fluorescence of europium (III) for detection of tetracycline in milk // Sensors and Actuators B. 2012. Vol. 173. P. 262-267. https://doi.org/10.1016Zj.snb.2012.06.090
2. Navratilova P., Borkovcova I., Drackova M., Janstova B., Vorlova L. Occurrence of tetracycline, chlortetracycline and oxytetracycline residues in raw cow's milk // Czech J. Food Sci. 2009. Vol. 27, № 5. P. 379-385. https://doi. org/10.17221/177/2008-CJFS
3. Zhou J., Xue X., Li Y, Zhang J., Chen F., Wu L, Chen L., Zhao J. Multiresidue determination of tetracycline antibiotics in propolis by using HPLC-UV detection with ultrasonic-assisted extraction and two-step solid phase extraction // Food Chem. 2009. Vol. 115, № 3. P. 1074-1080. https://doi.org/10.1016/j. foodchem.2008.12.031
4. Cinquina A. L., Longo F., Anastasi G., Giannetti L., Cozzani R. Validation of a high-performance liquid chromatography method for the determination of oxytetracycline, tetracycline, chlortetracycline and doxycycline in bovine milk and muscle // J. Chromatogr. A. 2003. Vol. 987. P. 277-233. https://doi.org/10.1016/ S0021-9673(02)01446-2
5. Fritz J. W., Zuo Y. Simultaneous determination of tetracycline, oxytetracycline, and 4-epitetracycline in milk by high-performance liquid chromatography // Food Chem. 2007. Vol. 105, № 3. P. 1297-1301. https://doi. org/ 10.1016/j.foodchem.2007.03.047
6. Hirschy L. M., van Geel T. F., Winefordner J. D. Characteristics of the binding of europium(III) to tetracycline // Anal. Chim.Acta. 1985. Vol. 166. P. 207-219.
7. Паращенко И. И., Смирнова Т. Д., Штыков С. Н., Кочубей В. И., Жукова Н. Н. Твердофазная, сенсибилизированная доксициклином, флуоресценция европия на силикагеле в присутствии ПАВ // Жу рн. аналит. химии. 2013. Т. 68, № 2. С. 125-129. https:// doi.org/10.7868/S0044450213020126
8. Штыков С. Н. Химический анализ в нанореакторах: основные понятия и применение // Журн. аналит. химии. 2002. Т. 57, № 10. С. 1018-1028. ID: 23520679. EDN: TUSHAZ
9. Штыков С. Н., Смирнова Т. Д., Молчанова Ю. В. Синергетические эффекты в системе европий теноилтрифторацетон-1.10-фенантролин в мицеллах блоксополимеров неионных ПАВ и их аналитическое применение // Журн. аналит. химии. 2001. Т. 56, № 10. С. 1052-1056. ID: 25074704. EDN: VCSLOX
10. Hongliang T., Yang C. Silver nanoparticle enhanced fluorescence of europium (III) for detection of tetracycline in milk // Sensors and Actuators B. 2012. Vol. 173. P. 262-267. https://doi.org/10.1016/j.snb. 2012.06.090
11. Смирнова Т. Д., Желобицкая E. A., Данилина Т. Г. Люминесцентные свойства доксициклина в присутствии наночастиц серебра, модифицированных ионами европия // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2017. Т. 17, вып. 4. С. 370-375. https://doi. org/10.18500/1816-9775-2017-17-4-370-375
12. Смирнова Т. Д., Желобицкая Е. А., Данилина Т. Г. Влияние поверхностного плазменного резонанса на флуориметрические свойства молекул и комплексов // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2017. Т. 17, вып. 2. С. 132-137. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2017-17-2-132-137
13. Смирнова Т. Д., Желобицкая Е. А., Данилина Т. Г., Симбирева Н. А. Флуоресцентные свойства докси-циклина в присутствии нанокластеров серебра // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64, № 1. С. 34-40. https://doi.org/10.6060/ ivkkt.20216401.6249
14. Smirnova T. D., Shtykov S. N., Zhelobitskaya E. A. Energy transfer in liquid and solid nanoobjects: Application in luminescent analysis // Nanoanalytics: Nanoobjects and Nanotechnologies in Analytical Chemistry. Pt. II: Application in spectrometric methods. Ch. 5 / ed. S. Shtykov. Berlin, Germany : De Gruyter., 2018. P. 131-151.
15. Wang P., Wu T.-H., Zhang Y. Novel silver nanoparticle-enhanced fluorometric determination of trace Tetracy-clines in aqueous Solutions // Talanta. 2015. Vol. 146. P. 175-180. https://doi.org/10.1016Zj.talanta. 2015.07.065
16. Wang P., Hong Q, Liu M, yuan H., Peng У, Zhao J. Rapid detection of doxycycline content in duck meat by using silver nanoparticles and alkylphenols polyoxy-ethylene enhanced fluorescence of europium complex // Spectroscopy Letters. 2016. Vol. 49, № 9. P. 563-567. https://doi.org/10.1080/00387010.2016.1167088
17. Крутяков Ю. А., Кудринский А. А., Оленин А. Ю., Лисичкин Г. В. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы // Успехи химии. 2008. T. 77, № 3. С. 233-257. https://doi.org/10.1070/ RC2008v077n03ABEH003751
18. Uivarosi V. Metal complexes of quinolone antibiotics and their applications: An update // Molecules. 2013. Vol. 18, № 9. P. 11153-11197. https://doi.org/10.3390/ molecules180911153
19. Бабушкина T. A., Грошева В. И., Золин В. Ф., Коренева Л. Г. Изучение комплексообразования тетрациклина с ионами лантаноидов методами оптической и ЯМР-спектроскопии // Координационная химия. 1997. Т. 23, № 9. С. 709-711. ID: 13268398, EDN: LEJEBZ
20. Смирнова Т. Д., Штыков С. Н., Кочубей В. И., Крючкова Е. С. Перенос энергии возбуждения в хелате европия с доксициклином в присутствии второго лиганда в мицеллярных растворах неионогенных ПАВ // Оптика и спектроскопия. 2011. Т. 110, № 1. С. 65-71. ID: 15598899, EDN: NDJCYN
References
1. Tan H., Chen Y. Silver nanoparticle enhanced fluorescence of europium (III) for detection of tetracycline in milk. Sensors and Actuators B, 2012, vol. 173, pp. 262-267. https://doi.org/10.1016Zj.snb.2012.06.090
2. Navratilova P., Borkovcova I., Drackova M., Janstova B., Vorlova L. Occurrence of tetracycline, chlortetracycline and oxytetracycline residues in raw cow's milk. Czech J. Food Sci., 2009, vol. 27, no. 5, pp. 379-385. https:// doi.org/10.17221/177/2008-CJFS
3. Zhou J., Xue X., Li Y., Zhang J., Chen F., Wu L., Chen L., Zhao J. Multiresidue determination of tetracycline antibiotics in propolis by using HPLC-UV detection with ultrasonic-assisted extraction and two-step solid phase extraction. Food Chem., 2009, vol. 115, pp. 1074-1080. https://doi.org/10.1016/jioodchem.2008.12.031
4. Cinquina A. L., Longo F., Anastasi G., Giannetti L., Cozzani R. Validation of a high-performance liquid chromatography method for the determination of oxytetracycline, tetracycline, chlortetracycline and doxycycline in bovine milk and muscle. J. Chromatogr. A, 2003, vol. 987, pp. 277-233. https://doi.org/10.1016/ S0021-9673(02)01446-2
5. Fritz J. W., Zuo Y. Simultaneous determination of tetracycline, oxytetracycline, and 4-epitetracycline in milk by high-performance liquid chromatography. Food Chem., 2007, vol. 105, pp. 1297-1301. https://doi.org/ 10.1016/j.foodchem.2007.03.047
6. Hirschy L. M., van Geel T. F., Winefordner J. D. Characteristics of the binding of europium(III) to tetracycline. Anal. Chim. Acta, 1985, vol. 166, pp. 207-219.
7. Parashchenko I. I., Smirnova T. D., Shtykov S. N., Kochubei V. I., Zhukova N. N. Doxycycline-sensitized solid-phase Fluorescence of europium on silica in the presence of surfactants. J. of Analytical Chemistry, 2013, vol. 68, no. 2, pp. 112-116 (in Russian). https:// doi.org/10.7868/S0044450213020126
8. Shtykov S. N. Chemical analysis in nanoreactors: Main concepts and applications. J. Analyt. Chem., 2002, vol. 57, no. 10, pp. 859-868 (in Russian). ID: 25074704, EDN: VCSLOX
9. Shtykov C. N., Smirnova T. D., Molchanova Yu. V. Synergistic effects in the europium (III)-thenoyltrif-luoroaceyone-1,10-phenanthroline System in micelles of block copolymers of nonionic surfactants and their analytical applications. J. Analyt. Chem., 2001, vol. 56, no. 10, pp. 920-924 (in Russian). ID: 25074704. EDN: VCSLOX
10. Hongliang T., Yang C. Silver nanoparticle enhanced fluorescence of europium (III) for detection of tetracycline in milk. Sensors and Actuators B., 2012, vol. 173, pp. 262- 267. https://doi.org/10.1016Zj.snb.2012.06.090
11. Smirnova T. D., Zhelobitskaya E. A., Danilina T. G. Luminescent properties of doxycycline in the presence of silver nanoparticles modified by ions of europe. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2017, vol. 17, iss. 4, pp. 370-375 (in Russian). https://doi.org/10.18500/1816-9775-2017-17-4-370-375
12. Smirnova T. D., Zhelobitskaya E. A., Danilina T. G. Effect of Surface Plasmon Resonance in the Fluorometric Properties of Molecules and Complexes. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2017, vol. 17, iss. 2, pp. 132-137 (in Russian). https://doi. org/ 10.18500/1816-9775-2017-17-2-132-137
13. Smirnova T. D., Zhelobitskaya E. A., Danilina T. G., Simbireva N. A. Fluorescent properties of doxycycline in presence of silver nanoclusters. J. Chem. Chem. Tech., 2021, vol. 64, no. 1, pp. 34-40 (in Russian). https://doi. org/10.6060/ivkkt.20216401.6249
14. Smirnova T. D., Shtykov S. N., Zhelobitskaya E. A. Energy transfer in liquid and solid nanoobjects: Application in luminescent analysis. In: Shtykov S., ed. Nanoanalytics: Nanoobjects and Nanotechnologies in Analytical Chemistry. Pt. II: Application in spectrometric methods. Ch. 5. Berlin, Germany, De Gruyter., 2018, pp. 131-151.
15. Wang P., Wu T.-H., Zhang Y. Novel silver nanoparticle-enhanced fluorometric determination of trace Tetracy-clines in aqueous Solutions. Talanta, 2015, vol. 146, pp. 175-180. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2015.07.065
16. Wang P., Hong Q., Liu M., Yuan H., Peng Y., Zhao J. Rapid detection of doxycycline content in duck meat by using silver nanoparticles and alkylphenols polyoxy-ethylene enhanced fluorescence of europium complex. Spectroscopy Letters, 2016, vol. 49, no. 9, pp. 563-567. https://doi.org/10.1080/00387010.2016.1167088
17. Krutyakov Yu. A., Kudrinskiy A. A., Olenin A. Yu., Lisichkin. G. V. Synthesis and properties of silver na-noparticles: Advances and prospects. Russ. Chem. Rev., 2008, vol. 77, no. 3, pp. 233-257 (in Russian). https:// doi.org/10.1070/RC2008v077n03ABEH003751
18. Uivarosi V. Metal complexes of quinolone antibiotics and their applications: An update. Molecules, 2013, vol. 18, no. 9, pp. 11153-11197. https://doi.org/10.3390/ molecules180911153
19. Babushkina T. A., Grosheva V. I., Zolin V. F., Kore-neva L. G. Optical and NMR Spectroscopy studies of
complexation between tertracycline and lantanide ions. Russian J. of Coordination Chemistry, 1997, vol. 23, no. 9, pp. 666-668 (in Russian). ID: 13268398, EDN: LEJEBZ
20. Smirnova T. D., Shtykov C. N., Kochubei V. I., Khrychkova E. S. Exicitation energy transfer in europium chelate with Doxycycline in the presence of a second Ligand in Micellar Solutions of nonionic surfacants. Optics and Spectroscopy, 2011, vol. 110, no. 1, pp. 60-66 (in Russian). ID: 15598899. EDN: NDJCYN
Поступила в редакцию: 25.06.2024; одобрена после рецензирования 08.07.2024; принята к публикации 18.07.2024; опубликована 25.12.2024 The article was submitted 25.06.2024; approved after reviewing 08.07.2024; accepted for publication 18.07.2024; опубликована 25.12.2024
