zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-2-5-14zldm-1153Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISИндикаторный угольно-пастовый электрод для вольтамперометрического анализаIndicator carbon-paste electrode for voltammetric analysisАронбаевД. М.AronbaevD. M.

Дмитрий Маркиэлович Аронбаев

140104, Самарканд, Университетский бульвар, 15

Dmitry M. Aronbaev

15 Universitetsky Boulevard, Samarkand, 140104

diron51@mail.ruАронбаевС. Д.AronbaevS. D.

Сергей Дмитриевич Аронбаев

140104, Самарканд, Университетский бульвар, 15

Sergey D. Aronbaev

15 Universitetsky Boulevard, Samarkand, 140104

НармаеваГ. З.NarmaevaG. Z.

Гавхар Зарифовна Нармаева

140104, Самарканд, Университетский бульвар, 15

Gavkhar Z. Narmaeva

15 Universitetsky Boulevard, Samarkand, 140104

ИсаковаД. Т.IsakovaD. T.

Дильноза Тошевна Исакова

140104, Самарканд, Университетский бульвар, 15

Dilnosa T. Isakova

15 Universitetsky Boulevard, Samarkand, 140104

Самаркандский государственный университетУзбекистанSamarkand State UniversityUzbekistan202027022020862514Copyright © Аронбаев Д.М., Аронбаев С.Д., Нармаева Г.З., Исакова Д.Т., 20202020Аронбаев Д.М., Аронбаев С.Д., Нармаева Г.З., Исакова Д.Т.Aronbaev D.M., Aronbaev S.D., Narmaeva G.Z., Isakova D.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1153

Описаны процедура изготовления индикаторного угольно-пастового электрода эргономичной конструкции и его апробация в вольтамперометрическом определении ряда веществ неорганического и органического происхождения. Электрод изготовлен из стержня графита особой чистоты диаметром 6 мм и длиной 70 мм, покрытого изоляцией, на конце которого расположена полость, заполненная электроактивным углеродсодержащим материалом. Характерные особенности предлагаемого электрода — изоляционная оболочка корпуса из термоусадочной трубки, покрытие поверхности полости электролитически нанесенной токопроводящей металлической пленкой — позволяют упростить конструкцию электрода, улучшить его механическую прочность, продлить срок эксплуатации, а также обеспечивают возможность объемной и поверхностной модификации с экономичным расходованием реагентов-модификаторов. Работоспособность и метрологические характеристики нового индикаторного угольно-пастового электрода оценили при анализе продуктов питания, напитков, природных объектов и фармацевтических препаратов с использованием различных вариантов вольтамперометрии: циклической с линейной разверткой, квадратно-импульсной, дифференциально-импульсной, инверсионной. При использовании разработанного электрода, модифицированного пленкой висмута, для определения ионов кадмия и свинца линейный динамический диапазон градуировочной характеристики составил 10 – 110 и 10 – 160 мкг/дм3 соответственно. В случае электрода, объемно модифицированного микрочастицами диоксида марганца, линейный динамический диапазон градуировочной характеристики для определения рибофлавина составил 0,01 – 0,2 ммоль/л (3,76 – 75,3 мг/л). Этот же электрод, модифицированный наночастицами MnO2, полученными в ходе восстановления ионов Mn (VII) ионами Mn (II) в нейтральной среде, был применен для хронопоамперометрического определения перекиси водорода в модельных и фармацевтических препаратах с пределом обнаружения H2O2 0,03 ммоль/л. Простота изготовления предложенного индикаторного угольно-пастового электрода, его хорошие эксплуатационные характеристики, экономичность при использовании дорогостоящих и дефицитных модификаторов позволяют рекомендовать его для использования в вольтамперометрическом анализе и конструировании различных биосенсорных систем.

A procedure for manufacturing an indicator carbon-paste electrode of ergonomic design and testing of the electrode for voltammetric determination of a number of substances of inorganic and organic origin are described. This electrode is made of a high purity graphite rod (∅6 mm, L = 70 mm) coated with insulation and having a cavity filled with electroactive carbon-containing material at the end of the rod. The characteristic features of the proposed electrode — the insulating body shell made of heat-shrink tube and electrolytic coating of the cavity surface with a conductive metal film — can simplify the design of the electrode and improve the mechanical strength, extend the life of the electrode, and provide the possibility of volumetric and surface modifications with sparing application of the modifying reagents. The performance and metrological characteristics of the new indicator carbon paste electrode were evaluated in testing food, beverages, natural objects for heavy metal ions and pharmaceuticals for hydrogen peroxide and riboflavin (vitamin B2) using various options: cyclic voltammetry with a linear sweep, square pulse, differential pulse, and inverse voltammetry. When using the developed electrode modified with a bismuth film for determination of cadmium and lead ions, the linear dynamic range of the calibration characteristic was 10 – 110 and 10 – 160 μg/dm3, respectively. The linear dynamic range of the calibration characteristic for riboflavin determination was 0.01 – 0.2 mmol/liter (3.76 – 75.3 mg/liter) for electrode volume-modified with the microparticles of manganese dioxide. The same electrode, modified with MnO2 nanoparticles obtained during reduction of Mn (VII) ions by Mn (II) ions in a neutral medium was used in chrono-amperometric determination of hydrogen peroxide in model and pharmaceutical preparations with a detection limit 0.03 mmol/liter for H2O2. The simplicity of manufacturing the developed indicator carbon-paste electrode, high performance, and cost-effectiveness when using expensive and scarce modifiers, allows us to recommend it to be used in voltammetric analysis and design of various biosensor systems.

углеродсодержащие электродыугольно-пастовый электродмодифицированные углеродсодержащие электродывольтамперометрический анализциклическая и дифференциально-импульсная вольтамперометриятяжелые металлыперекись водородавитамин B2определениеcarbon-containing electrodescarbon-paste electrodemodified carbon-containing electrodesvoltammetric analysiscyclic and differential-pulse voltammetryheavy metalshydrogen peroxidevitamin B2determinationReferencesБудников Г. К., Евтюгин Г. А., Майстренко В. Н. Модифицированные электроды для вольтамперометрии в химии, биологии и медицине. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2012. — 416 с.Budnikov G. K., Evtyugin G. A., Maystrenko V. N. Modified electrodes for voltammetry in chemistry, biology and medicine. — Moscow: Binom. Laboratoriya znanii, 2012. — 416 p. [in Russian].Электроаналитические методы. Теория и практика / Под ред. Ф. Шольца. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006. — 326 с.Electroanalytical methods. Theory and Practice / Ed. by F. Scholz. — Moscow: Binom. Laboratoriya znanii, 2006. — 326 p. [in Russian].Švancara I., Vytřas K., Barek J., Jiří Zima J. Carbon Paste Electrodes in Modern Electroanalysis / Anal. Chem. 2001. Vol. 31. N 4. P. 311 – 345. DOI: 10.1080/20014091076785.Švancara I., Vytřas K., Barek J., Jiří Zima J. Carbon Paste Electrodes in Modern Electroanalysis / Anal. Chem. 2001. Vol. 31. N 4. P. 311 – 345. DOI: 10.1080/20014091076785.Будников Г. К., Майстренко В. Н., Муринов Ю. И. Вольтамперометрия с модифицированными ультрамикроэлектродами. — М.: Наука, 1994. — 239 с.Budnikov G. K., Maystrenko V. N., Murinov Yu. I. Voltammetry with modified ultramicroelectrodes. — Moscow: Nauka, 1994. — 239 p. [in Russian].Нечепасова Д. И. Классификация жирных масел / Междунар. журн. эксп. образования. 2014. № 1 – 2. С. 182 – 183.Nechepasova D. I. Classification of fat oils / Mezhdunar. Zh. Éksp. Obrazov. 2014. N 1 – 2. P. 182 – 183 [in Russian].Будников Г. К. Основы современного электрохимического анализа. — М.: Мир, Бином. Лаборатория знаний. 2003. — 592 с.Budnikov G. K. Fundamentals of modern electrochemical analysis. — Moscow: Mir, Binom. Laboratoriya znanii, 2003. — 592 p. [in Russian].Патент РУз № 04712. Угольно-пастовый электрод / Табачников М. М., Олихова С. В., Геворгян А. М., Жожкун Э. 7G01 № 27/30 IHDP 9900590.1.RUz Pat. No. 04712. Coal paste electrode / M. M. Tabachnikov, S. V. Olikhova, A. M. Gevorgyan, E. Zhozhkun. 7G01N 27/30 IHDP 9900590.1 // Rasmiy ahborotnoma. 2001. N 2 (34). P. 62 – 63 [in Russian].Патент РФ № 12862 G 01 N 27/48. Электрод для вольтамперометрического анализа / Назаров Б. Ф., Чернов В. И., Иванов Ю. А. Опубл. 10.02.2000.RF Pat. No. 12862 for utility model. Electrode for voltammetric analysis / B. F. Nazarov, V. I. Chernov, Yu. A. Ivanov. G01N 27/48. Publ. 10.02.2000 [in Russian].А. с. СССР № 1315884 G 01 N 27/48. Угольно-пастовый электрод для вольтамперометрического анализа / А. М. Трошенков, А. И. Каменев. Опубл. 07.06.1987. Бюл. 21.USSR Pat. No. 1315884 Coal-paste electrode for voltammetric analysis / A. M. Troshenkov, A. I. Kamenev. G01N 27/48. Publ. 07.06.1987. Byull. N 21 [in Russian].Патент РФ 2541798 C1. Способ приготовления индикаторных углеродсодержащих электродов, модифицированных наночастицами металлов, для вольтамперометрического анализа органических соединений / Белова К. А., Лапин И. Н., Светличный В. А., Шабалина А. В. Опубл. 20.02.2015. Бюл. № 5.RF Pat. No. 2541798. C1. A method of preparing indicator carbon-containing electrodes modified with metal nanoparticles for voltammetric analysis of organic compounds / Belova K. A., Lapin I. N., Svetlichnyiy V. A., Shabalina A. V. Publ. 20.02.2015. Byull. N 5 [in Russian].Zen J.-M., Senthil Kumar A., Tsai D.-M. Recent Updates of Chemically Modified Electrodes in Analytical Chemistry / Electroanalysis. 2003. Vol. 15. N 13. P. 1073 – 1087. DOI: 10.1002/elan.200390130.Zen J.-M., Senthil Kumar A., Tsai D.-M. Recent Updates of Chemically Modified Electrodes in Analytical Chemistry / Electroanalysis. 2003. Vol. 15. N 13. P. 1073 – 1087. DOI: 10.1002/elan.200390130.Стожко Н. Ю., Моросанова Е. И., Колядина Л. И., Фомина С. В. Керамический композиционный электрод для определения селена (IV) методом инверсионной вольтамперометрии / Журн. аналит. химии. 2006. Т. 61. № 2. С. 170 – 180.Stozhko N. Yu., Morosanova E. I., Kolyadina L. I., Fomina S. V. Ceramic composite electrode for the determination of selenium (IV) by stripping voltammetry / J. Anal. Chem. 2006. Vol. 61. N 2. P. 158 – 165. DOI: 10.1134/S1061934806020122.Edwards G. A., Bergen A. J., Porter M. D. Chemically modified electrodes in Handbook of Electrochemistry. — Elsevier B.V., 2007. P. 296 – 327. DOI: 10.1016/B978-044451958-0.50021-5.Edwards G. A., Bergen A. J., Porter M. D. Chemically modified electrodes in Handbook of Electrochemistry. — Elsevier B.V., 2007. P. 296 – 327. DOI: 10.1016/B978-044451958-0.50021-5.Шайдарова Л. Г., Будников Г. К. Химически модифицированные электроды на основе благородных металлов, полимерных пленок или их композитов в органической вольтамперометрии. Обзор / Журн. аналит. химии. 2008. Т. 63. № 10. С. 1014 – 1037.Shaidarova L. G., Budnikov G. K. Chemically modified electrodes based on noble metals, polymer films or their composites in organic voltammetry / J. Anal. Chem. 2008. Vol. 63. N 10. Article 922. DOI: 10.1134/S106193480810002X.Muresan L. M. Zeolite-modified electrodes with analytical applications / Pure Appl. Chem. 2011. Vol. 83. N 2. P. 325 – 343. DOI: 10.1351/PAC-CON-10-07-08.Muresan L. M. Zeolite-modified electrodes with analytical applications / Pure Appl. Chem. 2011. Vol. 83. N 2. P. 325 – 343. DOI: 10.1351/PAC-CON-10-07-08.Guo S., Wen D., Dong S., Wang E. Gold nanowire assembling architecture for H2O2 electrochemical sensor / Talanta. 2009. Vol. 77. N 4. P. 1510 – 1517. DOI: 10.1006/j.talanta.2008.09.042.Guo S., Wen D., Dong S., Wang E. Gold nanowire assembling architecture for H2O2 electrochemical sensor / Talanta. 2009. Vol. 77. N 4. P. 1510 – 1517. DOI: 10.1006/j.talanta.2008.09.042.Riquelme M. A., Lucero M. A., Villagran M., et al. Glassy carbon modified electrode: Polymer and supramolecular assembly of Co(II)-[Tetra(0-Aminophenyl) Porphyrin] new material for electrocatalytic assays / Int. J. Electrochem. Sci. 2012. Vol. 7. N 10. P. 9738 – 9747.Riquelme M. A., Lucero M. A., Villagran M., et al. Glassy carbon modified electrode: Polymer and supramolecular assembly of Co(II)-[Tetra(0-Aminophenyl) Porphyrin] new material for electrocatalytic assays / Int. J. Electrochem. Sci. 2012. Vol. 7. N 10. P. 9738 – 9747.Pournara A. D., Tarlas G. D., Papaefsathiou G. S. Chemically modified electrodes with MOFs for the determination of inorganic and organic analytes via voltammetric techniques: a critical review / Inorg. Chem. Front. 2010. Vol. 6. P. 3440 – 3455. DOI: 10.1039/c9gi00965ePournara A. D., Tarlas G. D., Papaefsathiou G. S. Chemically modified electrodes with MOFs for the determination of inorganic and organic analytes via voltammetric techniques: a critical review / Inorg. Chem. Front. 2010. Vol. 6. P. 3440 – 3455.Yi Q., Yu W. Nanoporous gold particles modified titanium electrode for hydrazine oxidation / J. Electroanal. Chem. 2009. Vol. 633. N 1. P. 159 – 164. DOI: 10.1016/j.electrochem.2009.05.008.Yi Q., Yu W. Nanoporous gold particles modified titanium electrode for hydrazine oxidation / J. Electroanal. Chem. 2009. Vol. 633. N 1. P. 159 – 164. DOI: 10.1016/j.electrochem.2009.05.008.Zhao J., Zhu M., Zheng M., et al. Electrocatalytic oxidation and detection of hydrazine at carbon nanotube-supported palladium nanoparticles in strong acidic solution conditions / Electrochim. Acta. 2011. Vol. 56. N 13. P. 4930 – 4936. DOI: 10.1016/j.electacta.2011.03.014.Zhao J., Zhu M., Zheng M., et al. Electrocatalytic oxidation and detection of hydrazine at carbon nanotube-supported palladium nanoparticles in strong acidic solution conditions / Electrochim. Acta. 2011. Vol. 56. N 13. P. 4930 – 4936. DOI: 10.1016/j.electacta.2011.03.014.Lin H., Yang J., Liu J., et al. Properties of Pd nanoparticles-embedded polyaniline multilayer film and its electrocatalytic activity for hydrazine oxidation / Electrochim. Acta. 2013. Vol. 90. P. 382 – 392. DOI: 10.1016/j.electacta.2012.11.122.Lin H., Yang J., Liu J., et al. Properties of Pd nanoparticles-embedded polyaniline multilayer film and its electrocatalytic activity for hydrazine oxidation / Electrochim. Acta. 2013. Vol. 90. P. 382 – 392. DOI: 10.1016/j.electacta.2012.11.122.Sudakova L. A., Malakhova N. A., Stozhko N. Yu. Bismuth Nanoparticles in Stripping Voltammetry of Sulfide Ions / Electroanalysis. 2014. Vol. 26. N 7. P. 1445 – 1448. DOI: 10.1002/elan.201400130.Sudakova L. A., Malakhova N. A., Stozhko N. Yu. Bismuth Nanoparticles in Stripping Voltammetry of Sulfide Ions / Electroanalysis. 2014. Vol. 26. N 7. P. 1445 – 1448. DOI: 10.1002/elan.201400130.Stozhko N., Bukharinova M., Galperin L., Brainina Kh. A Nanostructured Sensor Based on Gold Nanoparticles and Nafion for Determination of Uric Acid / Biosensors. 2018. Vol. 8. N 1. Article 21. DOI: 10.3390/bios8010021.Stozhko N., Bukharinova M., Galperin L., Brainina Kh. A Nanostructured Sensor Based on Gold Nanoparticles and Nafion for Determination of Uric Acid / Biosensors. 2018. Vol. 8. N 1. Article 21. DOI: 10.3390/bios8010021.Шайдарова Л. Г., Гедмина А. В., Жалдак Э. Р. и др. Селективное вольтамперометрическое определение серусодержащих аминокислот в лекарственных средствах и витаминных комплексах на электроде, модифицированном пленкой из гексахлороплатината рутения / Хим.-фарм. журн. 2018. Т. 52. № 2. С. 34 – 39.Shaidarova L. G., Gedmina A. V., Zhaldak E. R., et al. Selective voltammetric determination of sulfur-containing amino acids in drugs and vitamin complexes on an electrode modified with a film of ruthenium hexachloroplatinate / Khim.-Farm. Zh. 2018. Vol. 52. N 2. P. 34 – 39 [in Russian].Аронбаев С. Д., Насимов А. М., Аронбаев Д. М., Насыров Р. Х. Компьютеризированный аналитический комплекс для инверсионной вольтамперометрии на базе универсального полярографа ПУ-1 / Вестн. СамГУ. 2009. № 1(53). С. 47 – 50.Aronbaev S. D., Nasimov A. M., Aronbaev D. M., Nasyrov R. Kh. Computerized analytical complex for inversion voltammetry based on the universal polarograph PU-1 / Vestn. SamGU. 2009. N 1(53). P. 47 – 50 [in Russian].Аронбаев С. Д., Нармаева Г. З., Аронбаев Д. М. Углеродсодержащие экологически чистые электроды, модифицированные висмутом для вольтамперометрического анализа / Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2018. № 5(47). http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5181 (дата обращения: 05.09.2019).Aronbaev S. D., Narmaeva G. Z., Aronbaev D. M. Bismuth modified carbon-containing electrodes for voltammetric analysis / Universum: Khim. Biol. Йlektron. Nauchn. Zh. 2018. N 5(47). http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5181 (accessed September 05, 2019) [in Russian].Аронбаев С. Д., Нармаева Г. З., Аронбаев Д. М. Исследование поведения углеграфитового электрода, модифицированного пленкой висмута, в вольтамперометрическом определении витамина B2 / Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 3(57). http://7universum.com/ru/nature/archive/item/6974 (дата обращения: 05.09.2019).Aronbaev S. D., Narmaeva G. Z., Aronbaev D. M. Study of the behavior of a carbon-graphite electrode modified with a bismuth film in the voltammetric determination of vitamin B2 / Universum: Khim. Biol. Йlektron. Nauchn. Zh. 2019. N 3(57). http://7universum.com/ru/nature/archive/item/6974 (accessed September 05, 2019) [in Russian].Aronbaev D. M., Aronbaev S. D., Narmaeva G. Z., Isakovs D. [Аронбаев С. Д., Нармаева Г. З., Аронбаев Д. М.] Application of a composite MnO2 / C electrode for voltampometric determination ribooflavin in pharmaceutical preparations / Авиценна. 2019. № 41. С. 4 – 9.Aronbaev S. D., Narmaeva G. Z., Aronbaev D. M. Application of a composite MnO2 / C electrode for voltampometric determination of ribooflavin in pharmaceutical preparations / Avitsenna. 2019. N 41. P. 4 – 9 [in Russian].Narmaeva G. Z., Aronbaev S. D., Aronbaev D. M. Modified carbon graphite electrode by nano particles of manganese dioxide and its analytical application / Proc. of International Conference «Process Management and Scientific Developments». Birmingham, United Kingdom, November 14, 2019. P. 176 – 184. DOI: 10.34660/INF.2019.1.4090.Narmaeva G. Z., Aronbaev S. D., Aronbaev D. M. Modified carbon graphite electrode by nano particles of manganese dioxide and its analytical application / Proc. of International Conference «Process Management and Scientific Developments». Birmingham, United Kingdom, November 14, 2019. P. 176 – 184. DOI: 10.34660/INF.2019.1.4090.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.