Способ определения антирадикальной активности веществ

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к исследованию свойств веществ путем вольтамперометрического определения для оценки антирадикальной активности объектов искусственного и природного происхождения в отношении ОН-радикалов. Способ определения антирадикальной активности веществ включает оценку антирадикальной активности по степени повреждения самоорганизующегося монослоя алкантиолов на индикаторном электроде под воздействием генерируемых ОН-радикалов в присутствии и отсутствие тестируемых веществ путем вольтамперометрической оценки аналитического сигнала в трехэлектродной электрохимической ячейке, где в качестве индикаторного электрода используют ртутно-пленочный электрод, в качестве электрода сравнения хлорид-серебряный электрод, при этом вначале регистрируют вольтамперограммы фонового тока электровосстановления кислорода в постоянно-токовом режиме в диапазоне потенциалов от 0 до -0,6В, индикаторный электрод извлекают из электрохимической ячейки и опускают рабочую поверхность электрода в 1,0 M раствор алкантиола в этаноле на 20 с, затем, используя тиолированный индикаторный электрод, регистрируют вольтамперограммы электровосстановления кислорода, электрод извлекают, помещают в раствор перекиси водорода с концентрацией 0,1 М и облучают в ультрафиолетовом спектре в течение 60 с, после чего на обработанном тиолированном индикаторном электроде проводят регистрацию вольтамперограмм электровосстановления кислорода, индикаторный электрод извлекают из электрохимической ячейки и опускают рабочую поверхность электрода на 20 с в раствор 1,0 M алкантиола в этаноле, электрод возвращают в электрохимическую ячейку и проводят регистрацию вольтамперограмм электровосстановления кислорода, далее извлекают индикаторный тиолированный электрод из электрохимической ячейки, помещают его в раствор перекиси водорода с концентрацией 0,1 М, содержащей раствор анализируемого вещества в исследуемой концентрации, и облучают в течение 60 с в ультрафиолетовом спектре, затем тиолированный индикаторный электрод возвращают в электрохимическую ячейку, проводят регистрацию вольтамперограмм электровосстановления кислорода и определяют коэффициент антирадикальной активности R по формуле: R=1-((Srs-St)/(Sr-St)), где S_t - площадь под вольтамперограммой электровосстановления кислорода после нанесения монослоя алкантиолов; S_r - площадь под вольтамперограммой электровосстановления кислорода после обработки тиолированного электрода свободными радикалами при отсутствии анализируемого вещества; S_rs - площадь под вольтамперограммой электровосстановления кислорода после обработки тиолированного электрода свободными радикалами в присутствии анализируемого вещества. Техническим результатом является упрощение определения антирадикальной активности веществ. 2 ил.

 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к исследованию свойств веществ путем вольтамперометрического определения электрохимических параметров и может быть использовано в медицине, биологии, а также пищевом, фармацевтическом и ином промышленном производстве для оценки антирадикальной активности объектов искусственного и природного происхождения в отношении ОН-радикалов.

Известен вольтамперометрический способ определения суммарной активности антиоксидантов [RU 2224997 С1, МПК G01N33/00 (2000.01), опубл. 27.02.2004), включающий процесс восстановления вещества на электроде в растворе электролита. В качестве модельной реакции используют процесс электровосстановления кислорода, который проводят в трехэлектродной ячейке, где в качестве электрода сравнения используют хлорид-серебряный электрод, в качестве индикаторного - ртутно-пленочный электрод, измерения проводят с использованием фона 0,1 М Na₂SO₄ в водной среде. Регистрируют катодные волны одноэлектронного восстановления кислорода в режиме дифференцирования при скорости развертки потенциала 50-100 мВ/с, а суммарную антиоксидантную активность определяют по относительному изменению тока электровосстановления кислорода в интервале потенциалов от 0 до -0,6 В относительно насыщенного хлорид-серебряного электрода сравнения.

Этот способ не позволяет проводить определение антиоксидантной активности вещества, если вещество электрохимически активно в диапазоне потенциалов от 0 до - 0,6 В, так как ток восстановления вещества перекрывается током восстановления кислорода на индикаторном электроде.

Наиболее близким по технической сущности из известных аналогов является способ косвенного электрохимического определения радикалов и радикальных поглотителей в биологических матрицах [Fritz Scholz et all, Indirect Electrochemical Sensing of Radicals and Radical Scavengers in Biological Matrices. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46. – P. 8079 –8081], заключающийся в определении антирадикальной активности веществ по степени повреждения монослоя алкантиолов на индикаторном золотом или ртутном электроде. Для измерения антирадикальной активности вещества, индикаторный электрод погружают в раствор алканиола на 5-300 секунд. Затем индикаторный электрод помещают в трехэлектродную электрохимическую ячейку, где в качестве электрода сравнения используют хлорид-серебряный электрод, далее регистрируют циклические вольтамперограммы окисления-восстановления солей рутения Ru^{2 + / 3}, после чего извлекают индикаторный электрод и погружают в водный раствор перекиси водорода 0,001-0,1 М с добавлением солей железа, генерирующий гидроксильные радикалы, которые разрушают самоорганизующийся монослой алкантиолов на индикаторном электроде. Затем регистрируют вольтамперограммы окислительно-восстановительной пары Ru^{2 + / 3 +}. По степени изменения тока окисления и восстановления пары Ru^{2 + / 3 +} до и после воздействия радикалов определяют активность радикалов и антирадикальное действие антиоксидантов.

Недостатком такого способа является сложность оценки степени воздействия радикалов на слой алкантиолов, так как в качестве источника электрохимического сигнала используют соли рутения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение определения антирадикальной активности анализируемого вещества.

Способ определения антирадикальной активности веществ, также как в прототипе, включает оценку антирадикальной активности по степени повреждения самоорганизующегося монослоя алкантиолов на индикаторном электроде под воздействием генерируемых ОН-радикалов в присутствии и отсутствие тестируемых веществ путем вольтамереометрической оценки аналитического сигнала в трехэлектродной электрохимической ячейке, где в качестве индикаторного электрода используют ртутно-пленочный электрод, в качестве электрода сравнения хлорид-серебряный электрод.

Согласно изобретению сначала регистрируют вольтамперограммы фонового тока электровосстановления кислорода в постояннотоковом режиме в диапазоне потенциалов от 0 до -0,6В. Затем индикаторный электрод извлекают из электрохимической ячейки и опускают рабочую поверхность электрода в 1,0 M раствор алкантиола в этаноле на 20 с, после чего используя тиолированный индикаторный электрод регистрируют вольтамперограммы электровосстановления кислорода. Затем электрод извлекают, помещают в раствор перекиси водорода с концентрацией 0,1 М и облучают в ультрафиолетовом спектре в течение 60 с. После этого на обработанном тиолированном индикаторном электроде проводят регистрацию вольтамперограмм электровосстановления кислорода. Затем индикаторный электрод извлекают из электрохимической ячейки и опускают рабочую поверхность электрода на 20 с в раствор 1,0 M алкантиола в этаноле. Электрод возвращают в электрохимическую ячейку и проводят регистрацию вольтамперограмм электровосстановления кислорода. Далее извлекают индикаторный тиолированный электрод из электрохимической ячейки, помещают его в раствор перекиси водорода с концентрацией 0,1 М, содержащей раствор анализируемого вещества в исследуемой концентрации, и облучают в течение 60 с в ультрафиолетовом спектре. Затем тиолированный индикаторный электрод возвращают в электрохимическую ячейку, проводят регистрацию вольтамперограмм электровосстановления кислорода и определяют коэффициент антирадикальной активности R по формуле:

,

где S_t - площадь под вольтамперограммой электровосстановления кислорода после нанесения монослоя алкантиолов;

S_r - площадь под вольтамперограммой электровосстановления кислорода после обработки тиолированного электрода свободными радикалами при отсутствии анализируемого вещества;

S_rs - площадь под вольтамперограммой электровосстановления кислорода после обработки тиолированного электрода свободными радикалами в присутствии анализируемого вещества.

Уровень антирадикального действия анализируемого вещества обратно пропорционален степени повреждения монослоя алкантиолов гидроксильными радикалами, что детектируют по степени изменения тока электровосстановления кислорода и рассчитывают в виде отношения площади под вольтамперограммой электровосстановления кислорода, полученной на тиолированном электроде до и после обработки свободными радикалами в отсутствие и в присутствии анализируемого вещества.

Полученный результат выражают в виде безразмерного коэффициента антирадикальной активности, либо в виде отношения к аналогичному показателю для стандартного антиоксиданта.

Таким образом, за счет восстановления атмосферного кислорода, растворенного в водном фоновом растворе, используемого в качестве источника электрохимического сигнала, значительно упрощен способ определения антирадикальной активности анализируемого вещества.

На фиг. 1 представлены вольтамперограммы электровосстановления кислорода, где кривая 1 соответствует току электровосстановления кислорода на индикаторном электроде; кривая 2 соответствует току электровосстановления кислорода на тиолированном индикаторном электроде после обработки гидроксильными радикалами в течение 60 с; кривая 3 соответствует току электровосстановления кислорода на тиолированном индикаторном электроде.

На фиг. 2 представлены вольтамперограммы электровосстановления кислорода, где кривая 1 соответствует току электровосстановления кислорода на индикаторном электроде; кривая 2 соответствует току электровосстановления кислорода на тиолированном индикаторном электроде после обработки гидроксильными радикалами в течение 60 с в присутствии анализируемого вещества; кривая 3 соответствует току электровосстановления кислорода на тиолированном индикаторном электроде.

Пример 1

Для определения антирадикальной активности аскорбиновой кислоты, 100 мг анализируемой аскорбиновой кислоты растворили в 10 мл дистиллированной воды. Измерения проводили на вольтамперометрическом анализаторе ТА-2 (НПП «Томьаналит», г. Томск).

В трехэлектродной электрохимической ячейке, где в качестве индикаторного электрода использовали стандартный ртутно-пленочный электрод, в качестве электрода сравнения - хлорид-серебряный электрод, провели регистрацию вольтамперограмм фонового тока электровосстановления кислорода в постояннотоковом режиме со скоростью 50 мВ/с в диапазоне потенциалов от 0 до -0,6 В (фиг. 1, 2, кривая 1). Далее на индикаторный электрод нанесли самоорганизующийся монослой гексантиола, для чего рабочую поверхность электрода опустили на 20 с в раствор 1,0 M гексантиола в этаноле. Затем, с использованием тиолированного индикаторного электрода, провели регистрацию вольтамперограммы электровосстановления кислорода в водном растворе КNO₃ (фиг. 1, кривая 3). Далее тиолированный индикаторный электрод погрузили в раствор перекиси водорода с концентрацией 0,1 М, облучили в ультрафиолетовом спектре встроенным в прибор облучателем в течение 60 с и регистрировали вольтамперограммы электровосстановления кислорода в водном растворе КNO₃ (фиг. 1, кривая 2). После этого провели электрохимическую очистку электрода путем девятикратной развертки потенциала в диапазоне от 0 до -1,0 В. Повторно опустили рабочую поверхность индикаторного электрода в 1,0 M раствор гексантиола в этаноле на 20 секунд и ополоснули этанолом. Затем поместили тиолированный индикаторный электрод в электрохимическую ячейку и провели регистрацию вольтамперограммы электровосстановления кислорода в водном растворе КNO₃ (фиг. 2, кривая 3).

Далее тиолированный индикаторный электрод погрузили в водный раствор перекиси водорода с концентрацией 0,1 М, содержащий 0,5% аскорбиновой кислоты, полученный смешиванием равных объемов 0,2 М пероксида водорода и 1% аскорбиновой кислоты и облучили в ультрафиолетовом излучении в течение 60 сек. Затем устанавили тиолированный индикаторный электрод в электрохимическую ячейку и регистрировали вольтамперограммы электровосстановления кислорода в фоновом растворе нитрата калия (фиг. 2; кривая 2). После этого определили коэффициент антирадикальной активности R аскорбиновой кислоты по формуле:

В результате Srs = 4,9 мкА·В, Sr = 8,9 мкА·В, St = 4,3 мкА·В.

Таким образом, R равен 0,87.

Пример 2.

Для определения антирадикальной активности бензоата натрия 100 мг анализируемого бензоата натрия растворили в 10 мл дистиллированной воды.

В трехэлектродной электрохимической ячейки, где в качестве индикаторного электрода использовали ртутно-пленочный электрод, в качестве электрода сравнения - хлорид-серебряный электрод, провели регистрацию вольтамперограмм фонового тока электровосстановления кислорода в постояннотоковом режиме со скоростью 50 мВ/с в диапазоне потенциалов от 0 до -0,6 В. Далее на индикаторный электрод нанесли самоорганизующийся монослой гексантиола, для чего опустили рабочую поверхность электрода в 1,0 M раствор гексантиола в этаноле на 20 секунд. Далее, с использованием тиолированного индикаторного электрода провели регистрацию вольтамперограммы электровосстановления кислорода в водном фоновом растворе. Затем индикаторный тиолированный электрод погрузили в раствор перекиси водорода с концентрацией 0,1 М и облучили в ультрафиолетовом спектре в течение 60 сек. Далее регистрировали вольтамперограммы электровосстановления кислорода в водном фоновом растворе. Затем провели электрохимическую очистку электрода путем девятикратной развертки потенциала в диапазоне от 0 до -1,0 В и опустили рабочую поверхность индикаторного электрода в 1,0 M раствор гексантиола в этаноле на 20 секунд. После чего установили тиолированный индикаторный электрод в электрохимическую ячейку и провели регистрацию вольтамперограммы электровосстановления кислорода в водном фоновом растворе. Далее тиолированный индикаторный электрод погрузили в водный раствор перекиси водорода с концентрацией 0,1 М, содержащий 0,5% бензоата натрия, полученный смешиванием равных объемов 0,2М пероксида водорода и 1% бензоата натрия и облучили в ультрафиолетовом излучении в течение 60 сек. Затем установили тиолированный индикаторный электрод в электрохимическую ячейку и регистрировали вольтамперограммы электровосстановления кислорода в водном фоновом растворе. Далее рассчитывали коэффициент антирадикальной активности R аскорбиновой кислоты по формуле (1). В результате S_rs = 4,85 мкА⋅В, S_r = 8,9 мкА⋅В, S_t = 4,3 мкА⋅В, а коэффициент антирадикальной активности бензоата натрия R равен 0,88.

Способ определения антирадикальной активности веществ, включающий оценку антирадикальной активности по степени повреждения самоорганизующегося монослоя алкантиолов на индикаторном электроде под воздействием генерируемых ОН-радикалов в присутствии и отсутствие тестируемых веществ путем вольтамперометрической оценки аналитического сигнала в трехэлектродной электрохимической ячейке, где в качестве индикаторного электрода используют ртутно-пленочный электрод, в качестве электрода сравнения хлорид-серебряный электрод, отличающийся тем, что сначала регистрируют вольтамперограммы фонового тока электровосстановления кислорода в постоянно-токовом режиме в диапазоне потенциалов от 0 до -0,6 В, индикаторный электрод извлекают из электрохимической ячейки и опускают рабочую поверхность электрода в 1,0 M раствор алкантиола в этаноле на 20 с, затем, используя тиолированный индикаторный электрод, регистрируют вольтамперограммы электровосстановления кислорода, электрод извлекают, помещают в раствор перекиси водорода с концентрацией 0,1 М и облучают в ультрафиолетовом спектре в течение 60 с, после чего на обработанном тиолированном индикаторном электроде проводят регистрацию вольтамперограмм электровосстановления кислорода, индикаторный электрод извлекают из электрохимической ячейки и опускают рабочую поверхность электрода на 20 с в раствор 1,0 M алкантиола в этаноле, электрод возвращают в электрохимическую ячейку и проводят регистрацию вольтамперограмм электровосстановления кислорода, далее извлекают индикаторный тиолированный электрод из электрохимической ячейки, помещают его в раствор перекиси водорода с концентрацией 0,1 М, содержащей раствор анализируемого вещества в исследуемой концентрации, и облучают в течение 60 с в ультрафиолетовом спектре, затем тиолированный индикаторный электрод возвращают в электрохимическую ячейку, проводят регистрацию вольтамперограмм электровосстановления кислорода и определяют коэффициент антирадикальной активности R по формуле

R=1-((S_rs-S_t)/(S_r-S_t)),

где S_t - площадь под вольтамперограммой электровосстановления кислорода после нанесения монослоя алкантиолов;

S_r - площадь под вольтамперограммой электровосстановления кислорода после обработки тиолированного электрода свободными радикалами при отсутствии анализируемого вещества;

S_rs - площадь под вольтамперограммой электровосстановления кислорода после обработки тиолированного электрода свободными радикалами в присутствии анализируемого вещества.