Массивы твердоконтактных потенциометрических сенсоров для раздельного определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков

Предложены массивы потенциометрических сенсоров, включающие разработанные твердоконтактные немодифицированные и модифицированные сенсоры на основе ассоциатов тетрадециламмония с комплексными соединениями серебра (1) и некоторых β-лактамных антибиотиков (цефазолина, цефуроксима, цефотаксима); модификаторы — полианилин, оксид меди. Определены основные электроаналитические свойства сенсоров (диапазон определяемых концентраций в растворах антибиотиков — 1 · 10^–4 – 0,1 моль/л, C_min = = n 10^–5 моль/л, время отклика — 4 – 10 с, дрейф потенциала — 4 – 6 мВ/сут, срок службы — 2 мес). Показано, что модифицирование поверхности мембран приближает крутизну электродных функций к нернстовским значениям для однозарядных ионов исследуемых антибиотиков; сокращается время отклика, уменьшается предел обнаружения антибиотиков, а интервалы линейности электродных функций одинаковы для исследуемых сенсоров. Коэффициенты потенциометрической селективности немодифицированных и модифицированных сенсоров на основе различных электродно-активных компонентов (ЭАК) к исследуемым цефалоспоринам в присутствии мешающих антибиотиков близки к единице; значения параметров перекрестной чувствительности для сенсоров (средний наклон электродной функции сенсора S_ср (мВ/pC), фактор неселективности F, фактор воспроизводимости K) составляют: 46,3 < S < 48; 0,85 < F < 0,90; 144 < K < 170, что свидетельствует о стабильности и воспроизводимости потенциалов. Показано применение сенсоров в мультисенсорном анализе модельных смесей цефалоспориновых антибиотиков. Для обработки аналитических сигналов (значений эдс, мВ) использован метод искусственных нейронных сетей. Правильность определения проверяли методом «введено – найдено» при анализе контрольных модельных смесей (относительная погрешность определения не превышает 12 %).

1. Будников Г. К., Евтюгин Г. А., Майстренко В. Н. Модифицированные электроды для вольтамперометрии в химии, биологии и медицине. — М.: Бином, 2009. — 331 с.

2. Легин А. В., Рудницкая А. М., Власов Ю. Г. «Электронный язык» — системы химических сенсоров для анализа водных сред. В кн.: Проблемы аналитической химии. Т. 14. Химические сенсоры. — М.: Наука, 2011. С. 79 – 126.

3. Кулапина Е. Г., Макарова Н. М. Мультисенсорные системы в анализе жидких и газовых объектов. — Саратов: Наука, 2010. — 165 с.

4. Wang W., Liu Y. Electronic tongue for food sensory evaluation / In the book: Evaluation Technologies for Food Quality. — Elsevier, 2019. P. 23 – 36. DOI: 10.1016/B978-0-12-814217-2.00003-2

5. Ghasemi-Varnamkhasti M., Apetrei C., Lozano J., Anyogu A. Potential use of electronic noses, electronic tongues and biosensors as multisensor systems for spoilage examination in foods / Trends Food Sci. Technol. 2018. Vol. 80. P. 71 – 92. DOI: 10.1016/j.tifs.2018.07.018

6. Oroian M., Ropciuc S. Romanian honey authentication using voltammetric electronic tongue. Correlation of voltammetric data with physico-chemical parameters and phenolic compounds / Comput. Electron. Agric. 2019. Vol. 157. P. 371 – 379. DOI: 10.1016/j.compag.2019.01.008

7. Elamine Y., Inacio P. M. C., Lyoussi B., et al. Insight into the sensing mechanism of an impedance based electronic tongue for honey botanic origin discrimination / Sens. Actuators, B. 2019. Vol. 285. P. 24 – 33. DOI: 10.1016/j.snb.2019.01.023

8. Sobrino-Gregorio L., Bataller R., Soto J., Escriche I. Monitoring honey adulteration with sugar syrups using an automatic pulse voltammetric electronic tongue / Food Control. 2018. Vol. 91. P. 254 – 260. DOI: 10.1016/j.foodcont.2018.04.003

9. Rodrigues N., Marx I. M. G., Casal S., et al. Application of an electronic tongue as a single-run tool for olive oils’ physicochemical and sensory simultaneous assessment / Talanta. 2019. Vol. 197. P. 363 – 373. DOI: 10.1016/j.talanta.2019.01.055

10. Harzalli U., Rodrigues N., Veloso A. C. A., et al. A taste sensor device for unmasking admixing of rancid or winey-vinegary olive oil to extra virgin olive oil / Comput. Electron. Agric. 2018. Vol. 144. P. 222 – 231. DOI: 10.1016/j.compag.1017.12.016

11. Dias L. G., Fernandes A., Veloso A. C. A., et al. Single-cultivar extra virgin olive oil classification using a potentiometric electronic tongue / Food Chem. 2014. Vol. 160. P. 321 – 329. DOI: 10.1016/j.foodchem.2014.03.072

12. Buratti S., Malegori C., Benedetti S., et al. E-nose, e-tongue and e-eye for edible olive oil characterization and shelf life assessment: A powerful data fusion approach / Talanta. 2018. Vol. 182. P. 131 – 141. DOI: 10.1016/j.talanta.2018.01.096

13. Garcia-Hernandez C., Comino C. S., Martin-Pedrosa F., et al. Impedimetric electronic tongue based on nanocomposites for the analysis of red wines. Improving the variable selection method / Sens. Actuators, B. 2018. Vol. 277. P. 365 – 372. DOI: 10.1016/j.snb.2018.09.023

14. Rudnitskaya A., Schmidtke L. M., Reis A., et al. Measurements of the effects of wine maceration with oak chips using an electronic tongue / Food Chem. 2017. Vol. 229. P. 20 – 27. DOI: 10.1016/j.foodchem.2017.02.013

15. Gonzalez-Calabuig A., Valle M. Voltammetric electronic tongue to identify Brett character in wines. On-site quantification of its ethylphenol metabolites / Talanta. 2018. Vol. 179. P. 70 – 74. DOI: 10.1016/j.talanta.2017.10.041

16. Wang J., Zhu L., Zhang W., Wei Zh. Application of the voltammetric electronic tongue based on nanocomposite modified electrodes for identifying rice wines of different geographical origins / Anal. Chim. Acta. 2019. Vol. 1050. P. 60 – 70. DOI: 10.1016/j.aca.2018.11.016

17. Garcia-Hernandez C., Garcia-Cabezon C., Martin-Pedrosa F., Rodriguez-Mendez M. L. Analysis of musts and wines by means of a bio-electronic tongue based on tyrosinase and glucose oxidase using polypyrrole/gold nanoparticles as the electron mediator / Food Chem. 2019. Vol. 289. P. 751 – 756. DOI: 10.1016/j.foodchem.2019.03.107

18. Ceto X., Gonzalez-Calabuig A., Crespo N., et al. Electronic tongues to assess wine sensory descriptors / Talanta. 2017. Vol. 162. P. 218 – 224. DOI: 10.1016/j.talanta.2016.09.055

19. Lipkowitz J. B., Ross C. F., Diako Ch., Smith D. M. Discriminating aging and protein-to-fat ratio in Cheddar cheese using sensory analysis and a potentiometric electronic tongue / J. Dairy Sci. 2018. Vol. 101. N 3. P. 1990 – 2004. DOI: 10.3168/jds.2017-13820

20. Rosa A. R. D., Leone F., Cheli F., Chiofalo V. Fusion of electronic nose, electronic tongue and computer vision for animal source food authentication and quality assessment / J. Food Eng. 2017. Vol. 210. P. 62 – 75. DOI: 10.1016/j.foodeng.2017.04.024

21. Banerjee M. B., Roy R. B., Tudu B., et al. Black tea classification employing feature fusion of E-Nose and E-Tongue responses / J. Food Eng. 2019. Vol. 244. P. 55 – 63. DOI: 10.1016/j.foodeng.2018.09.022

22. Xu M., Wang J., Zhu L. The qualitative and quantitative assessment of tea quality based on E-nose, E-tongue and E-eye combined with chemometrics / Food Chem. 2019. Vol. 289. P. 482 – 489. DOI: 10.1016/j.foodchem.2019.03.080

23. Ouyang Q., Yang Y., Wu J., et al. Rapid sensing of total theaflavins content in black tea using a portable electronic tongue system coupled to efficient variables selection algorithms / J. Food Compos. Anal. 2019. Vol. 75. P. 43 – 48. DOI: 10.1016/j.jfca.2018.09.014

24. Cruz M. G. N., Ferreira N. S., Gomes M. T. S. R., et al. Determination of paralytic shellfish toxins using potentiometric electronic tongue / Sens. Actuators B. 2018. Vol. 263. P. 550 – 556. DOI: 10.1016/j.snb.2018.02.158

25. Кулапина Е. Г., Кулапина О. И., Анкина В. Д. Потенциометрические сенсоры для определения β-лактамных антибиотиков в лекарственных и биологических средах. — Саратов: Саратовский источник, 2019. — 106 с.

26. Власов Ю. Г., Легин А. В., Рудницкая А. М. Катионная чувствительность стекол системы AgI – Sb2S3 и их применение в мультисенсорном анализе жидких сред / Журн. аналит. химии. 1997. Т. 52. № 8. С. 837 – 843.

27. Legin A., Vlasov Yu., Rudnitskaya A., Bychkov E. Cross-sensitivity of chalcogenide glass sensors in solutions of heavy metal ions / Sens. Actuators B. 1996. Vol. 34. N 1 – 3. P. 456 – 461. DOI: 10.1016/S0925-4005(96)01852-7

28. Кулапина Е. Г., Тютликова М. С., Кулапина О. И., Дубасова А. Е. Твердоконтактные потенциометрические сенсоры для определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков в лекарственных препаратах и ротовой жидкости/ Журн. аналит. химии. 2019. Т. 74. № 7. С. 63 – 70.