CC BY
76
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИТАМИНА В6 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННОГО СТЕКЛОУГЛЕРОДНОГО ЭЛЕКТРОДА
Аронбаев Сергей Дмитриевич
д-р хим. наук, доцент, Самаркандский государственный университет, 140104, Узбекистан, г. Самарканд, Университетский бульвар, 15
E-mail: [email protected]
Нармаева Гавхар Зарифовна
аспирант, Самаркандский государственный университет, 140104, Узбекистан, г. Самарканд, Университетский бульвар, 15
Абдуллаева Нигора Уктамовна
студент, Самаркандский государственный университет, 140104, Узбекистан, г. Самарканд, Университетский бульвар, 15
Аронбаев Дмитрий Маркиэлович
канд. хим. наук, доцент, Самаркандский государственный университет, 140104, Узбекистан, г. Самарканд, Университетский бульвар, 15
VOLTAMPEROMETRIC DETERMINATION OF VITAMIN B6 WITH USING OF THE MODIFIED GLASSY CARBON ELECTRODE
Sergey Aronbaev
doctor of Chemical Sciences, Associate Professor, Samarkand State University, 140104, Uzbekistan, Samarkand, Universitetsky boulevard, 15
Gavkhar Narmaeva
graduate student, Samarkand State University, 140104, Uzbekistan, Samarkand, Universitetsky boulevard, 15
Nigora Abdullaeba
student, Samarkand State University, 140104, Uzbekistan, Samarkand, Universitetsky boulevard, 15
Dmitry Aronbaev
PhD in chemistry, Associate Professor, Chemical Faculty, Samarkand State University, 140104, Uzbekistan, Samarkand, Universitetsky boulevard, 15
АННОТАЦИЯ
Представлен вольтамперометрический метод определения пиридоксина (витамина В6) с использованием модифицированного гексациано-ферратом (II) хрома (III) в диапазоне концентраций пиридоксина 1,30-14,0 • 10-6 М в фоновом электролите, содержащем 0,1 моль/л KCl. Предел обнаружения составил 0,4-10"6 моль/л. Определению не мешают равные концентрация цитрата натрия, бензоата натрия и витамина B2; двукратное превышение концентрации маннита; почти десятикратное - витамина Bi2, L-лизина и витамина Bi, а также до 50-кратной концентрации фруктозы. Только витамин С и кофеин представляли помехи при низких концентрациях пиридоксина.
Проведено апробирование разработанного метода и модифицированного стеклоуглеродного электрода в определении пиридоксина в витаминсодержащих фармпрепаратах.
ABSTRACT
A voltammetric method for the determination of pyridoxine (vitamin Вб) using of modified by chromium (III) hexa-cyanoferrate (II) in the range of pyridoxine concentrations of 1.30 - 14.0 • 10-6 M in a background electrolyte containing 0.1 mol / l KCl was developed. The detection limit was 0.4 • 10-6 mol / l. The determination is not hindered by equal
Бибилографическое описание: Вольтамперометрическое определение витамина В6 с использованием модифицированного стеклоуглеродного электрода // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. Аронбаев С.Д. [и др.]. 2017. № 11(41). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5181
A UNIVERSUM:
№ 11 (41)_ЛЛ химия и биология_ноябрь. 2017 г.
concentrations of sodium citrate, sodium benzoate and vitamin B2; double the concentration of mannitol; almost tenfold - of vitamin B12, L-lysine and vitamin Bi, as well as up to a 50-fold concentration of fructose. Only vitamin C and caffeine represented interference at low concentrations of pyridoxine.
Testing of the developed method and modified glassy carbon electrode in the determination of pyridoxine in vitamin-containing pharmaceuticals was carried out.
Ключевые слова: циклическая вольтамперометрия, модифицированный стеклоуглеродный электрод, гекса-цианоферраты хрома(Ш), пиридоксин, определение.
Keywords: cyclic voltammetry, modified glassy carbon electrode, chromium (III) hexacyanoferrates, pyridoxine, determination.
1. Введение
Из всех витаминов, относящихся к В группе, витамину В6 - пиридоксину, отводится особая роль. Витамин В6 способствует должному усвоению белка и жира; действуя как кофермент, отвечает за перенос аминокислотных групп и превращению триптофана -незаменимой аминокислоты - в ниацин; помогает предотвращать различные нервные и кожные расстройства и определенные типы анемии; способствует правильному синтезу нуклеиновых кислот, препятствующих старению; уменьшает ночные спазмы мышц, судороги икроножных мышц, онемение рук, определенные формы невритов конечностей; действует как натуральное мочегонное средство. Витамин В6 может уменьшить потребность диабетиков в инсулине [5; 6]. Очевидно, этот перечень может быть расширен.
Известно, что витамин В6, находясь в виде соответствующего альдегида (пиридоксала) или в качестве первичного амина (пиридоксамина) или даже первичного спирта (пиридоксина) или его соответствующих форм 5-фосфатных производных [8] обычно является взаимоконвертируемым в организме [4]. При этом пиридоксин является наиболее стабильной формой этих соединений, что обусловливает ее применение в лекарственных препаратах [8].
Было разработано несколько методов для определения пиридоксина, включая высокоэффективную жидкостную хроматографию [14], хемилюминесцен-цию [16], обычную и проточно-инжекционную спек-трофотометрию [7; 12; 13]. Однако эти методы являются дорогостоящими и требуют дериватизации ана-лита.
В последние годы в научной литературе приводятся исследования в области вольтамперометрии, направленные на развитие методов определения витаминов в различных объектах с использованием модифицированных электродов. [1; 3; 11; 15]. Рабочие электроды подвергаются модификации для улучшения аналитического сигнала, диапазона обнаружения, чувствительности и селективности вольтампе-рометрического метода. При этом модификация их поверхности может быть осуществлена как с помощью органических, так и неорганических веществ. Из последних - предлагаются гексацианоферраты переходных металлов, обладающих каталитической активностью, например, гексацианоферрат меди (II) [17; 18]. Таким образом, использование электродов из углеграфитовых материалов, модифицированных
комплексами гексацианоферрата, может быть полезным при определении различных витаминов, в частности, витамина В6 - пиридоксина.
Целью настоящей работы является оценка возможности применения углеграфитого электрода, модифицированного гексацианоферратом Cr (III), для количественного определения витамина В6 в лекарственных препаратах.
2. Экспериментальная часть
Растворы и реактивы. Все растворы готовили с использованием дистиллированной воды с удельной электропроводностью не более 0,5 мкС/см и реагентов аналитической чистоты. Стандартный раствор пиридоксина 1,00 х 10-3 моль / л готовили растворением гидрохлорида пиридоксина (Sigma-Aldrich CAS 58-56-0) в 100 мл дистиллированной воды. Другие модельные растворы, используемые для изучения влияния аналитического сигнала индикаторного электрода на пиридоксин, также готовили растворением соответствующих реагентов в дистиллированной воде.
Оборудование. В работе был использован стеклоуглеродный электрод, диаметром 2,0 мм и длиной 15 мм с видимой поверхностью ~ 0,97 см2 Модификацию поверхности электрода проводили по методике [19], для чего поступали следующим образом:
20 мл 0,1 М раствора KCl, подкисленного соляной кислотой до pH 3,0 и содержащего 1,0 х 10-2 моль / л СгС1з • 6H2O и 5,0 х 10-3 моль/л K3 [Fe (CN)6] помещали в электрохимическую ячейку, снабженную электромеханической мешалкой и погружали подготовленный к модификации стеклоуглеродный электрод. Подготовка к модификации электрода заключалась в механической полировке поверхности электрода до зеркального блеска и последующей промывки дистиллированной водой. Излишнюю влагу с поверхности удаляли фильтровальной бумагой. Электрохимическая ячейка также содержала хлорид серебряный насыщенный электрод сравнения ЭВЛ-1-М4 и вспомогательный электрод из платиновой проволоки, диаметром 0,3 мм.
Перед измерениями раствор в ячейке продували током аргона для удаления растворенного кислорода.
В качестве задающе-измерительного устройства использовали универсальный полярограф ПУ-1, подключенный к компьютеру посредством 8-битной звуковой карты [2]. Для электроосаждения гексациаоно-феррата Cr(III) на поверхность стеклографитового электрода осуществляли многократную циклическую развертку потенциала в диапазоне
-0,3 - +1,0 V в течение 30 минут со скоростью развертки 50 мВ/сек. Затем, электрод обмывали небольшим количеством воды и оставляли в фоновом электролите - в 0,1 М растворе KCl, подкисленным соляной кислотой до рН =3.
Подготовка и анализ образцов лекарственных средств. В эксперименте использовались образцы фармпрепаратов импортного и отечественного производства: таблетки и растворы для инъекций, содержащие пиридоксин гидрохлорид.
Таблетки измельчали и растворяли в дистиллированной воде. Осадок удаляли фильтрованием. Отфильтрованный раствор собирали в мерную колбу и доводили объем до 100 мл раствором фонового электролита, содержащего 0,1 М хлорида калия. С растворами для инъекций, поступали соответствующим
способом, разбавляя содержимое ампулы (1 мл) фоновым электролитом.
Аналитический сигнал, обусловленный присутствием пиридоксина, оценивали по разности тока, наблюдаемого при 0,88 В на модифицированном стеклографитовом электроде в присутствии и отсутствии пиридоксина. Все измерения проводили не менее 3-х раз.
3. Результаты и обсуждение.
Уже отмечалось, что кроме пиридоксина, витамин В6 может существовать в виде пиридоксаля, пи-ридитола, пиридоксамина, и других форм, образующихся также в организме в процессе метаболизма. Эти формы представлены на рисунке. 1
пиридоксин пиридоксаль пиридоксамин пиридоксальфосфат
Рисунок 1. Структурные формулы метаболитов витамина В6
В качестве лекарственного средства для внутреннего применения витамин В6 используется в виде пиридоксина, что обусловлено наибольшей устойчивостью именно этой формы витамина в кислой среде желудочного сока. Поэтому нами была рассмотрена возможность вольтамперометрического определения именно пиридоксина.
Циклические вольтамперограммы, полученные на немодифицированном стеклографитовом электроде в присутствии индивидуальных растворов СгС1з и Кз [Ре (СМ)б] приведены на рисунке 2.
вольт
а
Из рис. 2а видно, что на вольтамперограмме не обнаружено какого-либо пика, что указывает на отсутствие электрохимически активных веществ. В то же время наличие двух пиков на циклической вольт-амперограмме (Рис. 2б) гексацианоферрата (III) калия с максимумами 0,22 и 0,34 В, что соответствует окислительно-восстановительному процессу ре11 [3,11].
(CN) б]4- / [Fe111 (CN) б]3-
б
Рисунок 2. Циклические вольтаперограмммы для: (а) CrCh; (б) гексацианоферрат (III) калия на стеклоуглеродном электроде в растворе электролита, содержащем 0,10 моль /л KCl.
Скорость сканирования 50 мВ/сек.
Образование гексацианоферрата (III) хрома происходит по реакции:
СгС1з + Кз [Fe (CN)6] = Cr[Fe (CN)6] + 3 KCl
В результате электрохимической активации на поверхности стеклографитового электрода образуется пленка КСгш [БеР(СК)б], которая будет играть роль медиатора переноса электронов.
Механизм электроокисления можно представить известной схемой: медиатор Мгеа вступает в обратимую электрохимическую реакцию с образованием частиц Мох, которые вступают в химическую реакцию с аналитом А, регенерируя медиатор Мгеа и образуя продукты реакции Р:
Регенерация частиц медиатора позволяет отнести этот процесс к каталитическому [15]. Экспериментально каталитический эффект проявляется в увеличении тока окисления медиатора в присутствии субстрата по сравнению с током, регистрируемым в его отсутствие. На рисунке 3 представлена циклическая вольтамперограмма фонового электролита (0,1 М раствор хлорида калия, подкисленный до рН = 3) полученная с модифицированным электродом.
Рисунок 3. Циклическая вольтамперограммма, полученная с использованием модифицированного стеклоуглеродного электрода в растворе электролита, содержащем 0,10 моль /л KCl.
Скорость сканирования 50 мВ/сек.
Наблюдаемые пики 1 и 2 при 0,22 В и 0,88 В, соответствует K2CrII[FeII(CN)6] комплексным пикам окисления, в то время как их соответствующие пики восстановления (3 и 4) наблюдались при 0,82 В и 0,19 В соответственно. Таким образом, мы имеем Red-Ox системы [CrIII-CN-FeI1] / [CrII-CN-FeI1] и [CrIII-CN-FeI1] / [CrIn-CN-FenI]. Появление небольших пиков (5 и 6) может быть объяснено включением и удалением катионов К+ во внешней координационной сфере [18].
Наиболее общая схема механизма Red-Ox процесса на модифицированном стеклоуглеродном электроде представляется следующим образом:
K2CrII[FeII(CN)6](s) KCrnI[FeII(CN)6](s>
—> ——
— —
KCrIII[FeII(CN)6]
(s) + K+(aq) + e-
CrIII[FeIII(CN)6] (s) + K+(aq) + e-
Прикладываемый начальный потенциал -0,2В обусловливает восстановление Cr(III) до Cr(II) и к адсорбции K2CrII[FeII(CN)6]. Так как сканирование осуществляется в сторону более положительного потенциала, то происходит окисление металлов и соответственно, высвобождение ионов К+ и электрона. Переход ионов калия с твердой поверхности электрода (s) в раствор (aq) и обратно, обусловливает ионный поток, поддерживаемый фоновым электролитом, что, в свою очередь, обусловливает электронейтральность системы в целом. Таким образом, ионы К+ выполняют функцию противоиона. Доказательство этого можно найти в работе [17], в которой показано, что замена фонового электролита, содержащего хлорид калия на другой, например, на Na-ацетатный или фосфатный буфер, приводит к существенным искажениям вольтамперограмм.
Пик пиридоксина появляется в диапазон! 0,830,88 В и лучший вольтамперометрический профиль был получен в присутствии KCl. Использование других солей вместо хлорида калия приводит к менее выраженным вольтамперометрическим волнам, поскольку транспортировка через пленку в этом случае будет более сложной.
Измеряя разность аналитического сигнала, наблюдаемого в отсутствии и присутствии пиридоксина в анализируемом растворе, можно проводить количественное определение витамина В6.
На рисунке 4 приводится зависимость аналитического сигнала при определении 5 мкМ/л пиридоксина от концентрации хлорида калия в фоновом электролите.
Из рисунка 4 следует, что лучший и более воспроизводимый аналитический сигнал наблюдается в диапазоне концентраций хлорида калия 0,05-0,1моль/л.
Влияние рН на величину аналитического сигнала модифицированного электрода оценивали в диапазоне рН 3,0-7,0 в растворе, содержащем 5 мкМ/л пиридоксина (рис. 5). Можно заметить, что оптимальное значение pH для определения пиридоксина составляет 5,5.
Уменьшение аналитического сигнала при рН < 5,0 может объясняться конкурентным участием ионов H+ в кинетике взаимодействия между пиридок-сином и модифицированной KCrIII[FeII(CN)6] поверхностью электрода. Кроме того, при рН ниже 3,0 может происходить протонирование пиридина. При более высоких значениях рН может наблюдаться деградация витамина [9] и переход Cr(III) в форму хромового геля[10].
Рисунок 4. Влияние концентрации хлорида калия в фоновом электролите на величину аналитического сигнала
Рисунок 5. ВлияниерН на аналитический сигнал модифицированного стеклоуглеродного электрода в присутствии пиридоксина. Условия: 5 мкмоль/л пиридоксина, фоновый электролит 0,1 М KCl; скорость развертки потенциала 50 мв/сек.
Проведенный эксперимент послужил основанием для построения градуировочного графика на пиридоксин (рис.6). Градуировочный график был линеен в диапазоне концентраций пиридоксина 1,2Т0-6 - 14,0Т0-6 моль/л. Предел обнаружения составляет ~ 0,4Т0-6 моль/л.
Изучение влияния посторонних веществ на воль-тамперометрическое определение витамина В6 изучали введением в эталонный раствор, содержащий 5 мкмоль/л пиридоксина, веществ, традиционно сопутствующих в витаминсодержащих препаратах: гидрохлорид тиамина (витамин В1), рибофлавин (витамин В2), цианокобаламин (витамин В12), цитрат натрия, бензоат натрия, маннит, фруктоза, L-лизин, аскорбиновая кислота (витамин С) и кофеин.
Результаты испытаний представлены в таблице 1.
Рисунок 6. Градуировочный график на пиридоксин. (Условия в тексте).
Таблица 1.
Влияние посторонних веществ на определение эталонной концентрации 5 • 10-6 моль/л пиридоксина и их предельные концентрации
Мешающее вещество Предельная концентрация, моль/л
Аскорбиновая кислота (витамин С) 1,0110-6
Тиамин гидрохлорид (витамин В1) 5,22Т0-5
Рибофлавин (Витамин В2) 4,80Т0-6
Цианокобаламин (витамин В12) 4,85Т0-5
Натрий лимоннокислый (цитрат натрия) 4,82Т0-5
Бензоат натрия, 5,32Т0-6
Маннит 8,20Т0-6
Фруктоза 2,64Т0-4
Кофеин 1,85Т0-6
Как видно из полученных результатов на определение витамина В6 с приемлемой метрологической характеристикой анализа (& < 0,05) не мешают равные концентрация цитрата натрия, бензоата натрия и
витамина В2; двукратное превышение концентрации маннита; почти десятикратное - витамина В12, Ь-ли-зина и витамина В1, а также до 50-кратной концен-
трации фруктозы. Только витамин С и кофеин представляли помехи при низких концентрациях пири-доксина. Это указывает на то, что разработанный вольтамперометрический метод имеет хорошую селективность для определения витамина В6 и модифицированный стеклоуглеродный электрод может быть использован в анализе витаминсодержащих лекарственных препаратах.
Для подтверждения этого вывода разработанный вольтамперо-метрический метод и модифицированный электрод были апробированы в анализе фармацевтических препаратов, содержащих пиридоксин. Некоторые результаты анализа представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Результаты определение пиридоксина в фармпрепаратах
Заявленное со- Найденное содер-
Фармпрепарат держание пиридоксина, мг/ед. изделия жание пиридок- сина, мг/ед. изделия s sr Процент открытия^
Магне В6® таблетки 5 4,97±0,05 0,04 0,76 99,4
Магне В6® форте таблетки 10 9,93±0,20 0,16 1,90 99,3
Бгатш В6® таблетки 10 10,06±0,35 0,28 2,83 100,6
Пиридоксин Буфус таб- 80 79,84±0,45 0,36 0,46 99,8
летки
Пиридоксин Виал таблетки 5 4,98±0,05 0,04 0,73 99,6
Витамин В6 (для инъек- 5 4,96±0,10 0,08 1,58 99,2
ций) ампула, 1 мл
Витамин В6 (для инъек- 10 9,97±0,20 0,16 1,61 99,7
ций) ампула 1 мл
Из результатов, представленных в таблице следует, что предлагаемый вольтамперометрический метод с модифицированным стеклоуглеродным электродом обладает хорошей точностью определения витамина В6 в реальных объектах и может быть использован в анализе фармпрепаратов.
Анализ литературных источников также показывает, что чувствительность, воспроизводимость, точность определения витамина В6 находятся практически в том же диапазоне, что и другие физико-химические анализа, превосходя их по экономичности и простоте [5, 17, 19].
Выводы
Разработан вольтамперометрический метод определения пиридоксина (витамина В6) с использованием модифицированного гексацианоферратом
(П)хрома(Ш) в диапазоне концентраций пиридоксина 1,30-14,0 • 10-6 М в фоновом электролите, содержащем 0,1 моль/л KCl. Предел обнаружения составил 0,4Т0-6 моль/л. Определению не мешают равные концентрация цитрата натрия, бензоата натрия и витамина B2; двукратное превышение концентрации маннита; почти десятикратное - витамина B12, L-ли-зина и витамина B1, а также до 50-кратной концентрации фруктозы. Только витамин С и кофеин представляли помехи при низких концентрациях пири-доксина.
Проведено апробирование разработанного метода и модифицированного стеклоуглеродного электрода в определении пиридоксина в витаминсодержащих фармпрепаратах, показавшее хорошие метрологические характеристики метода.
Список литературы:
1. Антал И.П., Базель Я. Р. , Кормош Ж. А. Электрохимические методы определения витаминов группы В //Журнал аналитической химии. - 2013. -том 68. - № 7. -С. 628-639.
2. Аронбаев С.Д., Насимов А.М., Аронбаев Д.М.,Насыров Р.Х. Компьютеризированный аналитический комплекс для инверсионной вольтамперометрии на базе универсального полярографа ПУ-1 //
3. Илмий тадкикотлар ахборотномаси СамДУ (Вестник СамГУ). - 2009. - №1(53). - С. 47-50.
4. Большаков И.А. Микросенсоры на основе берлинской лазури для определения пероксида водорода в биологических объектах. // Дисс.... канд.хим.наук. - М.: МГУ, 2010. - 131 с.
5. Витамин Вб (пиридоксин) http://www.vitamini.ru/vitamin_18.html. Дата обр. 02.10.2017
6. Витамин Вб (Пиридоксин) /http://www.calorizator.ru/vitamin/b6. Дата обр. 02.10.2017.
7. Витамин В6 http://dic.academic.ru/dic.nsf/dic_biology. Дата обр. 02.10.2017
8. Власова И. В., Шилова А. В., Фокина Ю. С. Спектрофотометрические методы в анализе лекарственных препаратов (обзор) // Заводская лаборатория. Диагностика материалов» - 2011. -Том 77.-№1. -С.21-28
9. Губский Ю. Биоорганическая химия. Винница. Нова Книга, 2010. - 232 с.
10. Девятин В. А. Методы химического анализа в производстве витаминов. -М.: 1964. - 348 с.
№ 11 (41)_АА химия и биология_ноябрь. 2017 г.
11. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Изд-6-е перераб. и доп. - М.: Химия, 1989. - С. 73.
12. Мартынюк О. А. Вольтамперометрическое определение ряда лекарственных веществ на твердых и органо -модифицированных электродах // Авт. дисс. .. .канд.хим.наук. - Томск, 2010. - 24 с.
13. Пантелеева Н. М., Илларионова Е. А. Количественное определение пиридоксина гидрохлорида спектрофо-тометрическим методом // Сб. научн. трудов «Естествознание и гуманизм». Под редакцией проф., д.б.н. Иль-инсих Н.Н. - Иркутск, 2007, т.4. -С.207.
14. Патент 2407004 RU Способ определения пиридоксина гидрохлорида в водном растворе / Мокшина Н. Я., Коренман Я. И., Зыков А. В. http://www.findpatent.ru/patent/240/2407004.html//Дата обр. 02.10.2017.
15. Раменская Г.А., Шохин И.Е., Комаров Т.Н. и др. Определение пиридоксина в плазме крови человека методом ВЭЖХ С УФ-детектированием // https://www.agilent.com/cs/library/applications/5991-5929RURU. Дата обр. 02.10.2017
16. Шайдарова Л. Г. Модифицированные электроды с каталитическими свойствами в органической вольтампе-рометрии // Автореф. дисс. ...докт. хим.наук. - Казань, 2009. - 49 с.
17. Alwarthan A. A., Aly F. A. Chemiluminescent determination of pyridoxine hydrochloride in pharmaceutical samples using flow injection // Talanta. - 1998. -Vol. 45. - P.1131 - 1137.
18. Cottica S.M, Jorge Nozaki J,Nakatani H.S., Oliveira C.C.,, de Souza N. E. , Visentainer J. V. Voltammetric Determination of Pyridoxine (Vitamin В ) in Drugs using a Glassy Carbon Electrode Modified with Chromium(III) Hex-
acyanoferrate(II) // J. Braz. Chem. Soc. - 2009. - Vol. 20. - No. 3. - P. 496-501.
19. Lin, M. S.; Shih, W. C. Chromium hexacyanoferrate based glucose biosensor. Anal. Chim. Acta . - 1999. -Vol.381. -Р. 183-189.
20. Meng Shan Lin and Ta Feng Tseng Chromium(III) hexacyanoferrate(II)-based chemical sensor for the cathodic determination of hydrogen peroxide // Analyst - 1998. - Issue 1.- P.159-163.
