Применение нового электрохимического сенсора для вольтамперометрического определения п-нитрофенола и бетулина

Предложен высокочувствительный электрохимический сенсор на основе графитового электрода, модифицированного углеродными нанотрубками и мезопористым углеродом, для вольтамперометрического определения бетулина и п-нитрофенола. На вольтамперограмме, полученной с использованием нового электрода, в диапазоне потенциалов 0,7 – 0,9 В наблюдается анодный пик  

окисления бетулина, тогда как на немодифицированном графитовом электроде бетулин электрохимически неактивен. В присутствии выбранного фонового электролита (0,1 М NaOH) на предложенном электроде можно определять бетулин в диапазоне концентраций 0,44 · 10^–2 – 4,42 мг/дм³ с погрешностью, не превышающей 15 %. Правильность результатов определения бетулина с использованием модифицированного электрода подтверждена методом «введено – найдено» при анализе образцов биологически активной добавки. В случае п-нитрофенола интенсивность его аналитического сигнала на предложенном электроде почти в два раза выше, чем для немодифицированного аналога. При выбранном значении pH фосфатного буферного раствора (5,8) это позволяет определять п-нитрофенол в диапазоне концентраций 0,5 · 10^–3 – 8,0 · 10^–3 мг/дм³.

1. Stejskal J., Sapurina I., Trchová M. Polyaniline nanostructures and the role of aniline oligomers in their formation / Prog. Polym. Sci. 2010. Vol. 35. N 12. P. 1420 – 1281. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2010.07.006

2. Tang X. F., Liu Y., Hou H. Q., You T. Y. Electrochemical determination of L-tryptophan, L-tyrosine and L-cysteine using electrospun carbon nanofibers modified electrode / Talanta. 2010. Vol. 80. P. 2182 – 2186. DOI: 10.1016/j.talanta.2009.11.027

3. Zeng Z. Y., Zhou X. Z., Huang X., et al. Electrochemical deposition of Pt nanoparticles on carbon nanotube patterns for glucose detection / Analyst. 2010. Vol. 135. P. 1726 – 1730. DOI: 10.1039/c000316f

4. Ryoo R., Joo S. H., Jun S. Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template-mediated structural transformation / J. Phys. Chem. B. 1999. Vol. 103. P. 7743 – 7746. DOI: 10.1021/jp991673a

5. Zhu L. D., Tian C. Y., Yang D. X., et al. Bioanalytical application of the ordered mesoporous carbon modified electrodes / Electroanalysis. 2008. Vol. 20. N 23. P. 2518 – 2525. DOI: 10.1002/elan.200804349

6. Liu L., Guo L. P., Bo X. J., et al. Electrochemical sensors based on binuclear cobalt phthalocyanine /surfactant/ ordered mesoporous carbon composite / Anal. Chim. Acta. 2010. Vol. 673. P. 88 – 94. DOI: 10.1016/j.aca.2010.05.019

7. Bo X. J., Bai J., Wang L. X., Guo L. P. In situ growth of copper sulfide nanoparticles on ordered mesoporous carbon and their application as nonenzymatic amperometric sensor of hydrogen peroxide / Talanta. 2010. Vol. 81. P. 339 – 345. DOI: 10.1016/j.talanta.2009.12.007

8. Hartmann M. Ordered mesoporous materials for bioadsorption and biocatalysis / Chem. Mater. 2005. Vol. 17. P. 4577 – 4593. DOI: 10.1021/cm0485658

9. Zhou H. S., Zhu S. M., Hibino M., et al. Lithium storage in ordered mesoporous carbon (CMK-3) with high reversible specific energy capacity and good cycling performance / Adv. Mater. 2003. Vol. 15. N 24. P. 2107 – 2111. DOI: 10.1002/adma.200306125

10. Zhou M., Ding J., Guo L. P., Shang Q. K. Electrochemical behavior of L-cysteine and its detection at ordered mesoporous carbon-modified glassy carbon electrode / Anal. Chem. 2007. Vol. 79. P. 5328 – 5335. DOI: 10.1021/ac0703707

11. Zhou M., Guo L. P., Lin F. Y., Liu H. X. Electrochemistry and electrocatalysis of polyoxometalate-ordered mesoporous carbon modified electrode / Anal. Chim. Acta. 2007. Vol. 587. N 1. P. 124 – 131. DOI: 10.1016/j.aca.2007.01.017

12. Bai J., Qi B., Ndamanisha J. C., Guo L. P. Ordered mesoporous carbon-supported prussian blue: characterization and electrocatalytic properties / Microporous Mesoporous Mater. 2009. Vol. 119. N 1. P 193 – 199. DOI: 10.1016/j.micromeso.2008.10.030

13. Bai J., Bo X. J., Qi B., Guo L. P. A novel polycatechol/ordered mesoporous carbon composite film modified electrode and its electrocatalytic application / Electroanalysis. 2010. Vol. 22. P. 1750 – 1756. DOI: 10.1002/elan.200900538

14. Asadpour-Zeynali K., Najafi-Marandi P. Bismuth modified disposable pencil-lead electrode for simultaneous determination of 2-nitrophenol and 4-nitrophenol by net analyte signal standard addition method / Electroanalysis. 2011. Vol. 23. N 9. P. 2241 – 2247. DOI: 10.1002/elan.201100103

15. Xu X., Liu Z., Zhang X., et al. β-Cyclodextrin functionalized mesoporous silica for electrochemical selective sensor: simultaneous determination of nitrophenol isomers / Electrochim. Acta. 2011. Vol. 58. P. 142 – 149. DOI: 10.1016/j.electacta.2011.09.015

16. Gogoleva N. A. Monitoring of phenols in water bodies in the natural zones of the Omsk region in 2015 – 2017 / Proc. of Int. Conf. «Safety of the urban environment», Omsk, November 21 – 23, 2018 [in Russian].

17. Shachneva E. Yu., Onkova D. V., Serekova S. M. Methods of determining phenols in environmental objects / Astrakhan. Vestn. Ékol. Obraz. 2013. Vol. 26. N 4. P. 138 – 142 [in Russian].

18. Sursyakova V. V. Burmakina G. V., Rubailo A. I. Development of methods for determining phenols in drinking and natural waters by capillary electrophoresis and high-performance liquid chromatography / Zh. Sib. Fed. Univ. Ser. Khimiya. 2010. Vol. 3. N 3. P. 268 – 277 [in Russian].

19. Vermeulen A., Welvaert K., Vercammen J. Evaluation of a dedicated gas chromatography-mass spectrometry method for the analysis of phenols in water / J. Chromatogr. A. 2005. Vol. 1071. N 1 – 2. P. 41 – 46. DOI: 10.1016/j.chroma.2004.07.111

20. Bai J., Guo L., Ndamanisha J. C., Qi B. Electrochemical properties and simultaneous determination of dihydroxybenzene isomers at ordered mesoporous carbon-modified electrode / J. Appl. Electrochem. 2009. Vol. 39. P. 2497 – 2503. DOI: 10.1007/s10800-009-9941-z

21. El Mhammedi M. A., Achak M., Bakasse M., Chtaini A. Electrochemical determination of para-nitrophenol at apatite-modified carbon paste electrode: application in river water samples / J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 163. P. 323 – 328. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.06.126

22. Chu L., Han L., Zhang X. Electrochemical simultaneous determination of nitrophenol isomers at nano-gold modified glassy carbon electrode / J. Appl. Electrochem. 2011. Vol. 41. P. 687 – 694. DOI: 10.1007/s10800-011-0281-4

23. Yang C. Electrochemical determination of 4-nitrophenol using a single-wall carbon nanotube film-coated glassy carbon electrode / Microchim. Acta. 2004. Vol. 148. P. 87 –92. DOI: 10.1007/s00604-004-0240-4

24. Patočka J. Biologically active pentacyclic triterpenes and their current medicine signification / J. Appl. Biomed. 2003. Vol. 1. P. 7 – 12. DOI: 10.32725/jab.2003.002

25. Recio M. C., Giner R. M., Manez S., Rios J. L. Structural Requirements for the Anti-Inflammatory Activity of Natural Triterpenoids / Planta Med. 1995. Vol. 6. P. 182 – 185. DOI: 10.1055/s-2006-958045

26. Badami S., Gupta M. K., Ramaswamy S., et al. Determination of betulin in Grewia tiliaefolia by HPTLC / J. Sep. Sci. 2004. P. 129 – 131. DOI: 10.1002/jssc.200301599

27. Zhao G. L., Yang W. D., Dao J. C. Simultaneous determination of betulin and betulinic acid in white birch bark using PR-HPLC / J. Pharmaceut. Biomed. Anal. 2007. Vol. 43. N 3. P. 959 – 962. DOI: 10.1016/j.jpba.2006.09.026

28. Jäger S., Laszczyk M. N., Scheffler A. A Preliminary Pharmacokinetic Study of Betulin, the Main Pentacyclic Triterpene from Extract of Outer Bark of Birch (Betulae alba cortex) / Molecules. 2008. Vol. 13. P. 3224 – 3235. DOI: 10.3390/molecules13123224

29. Lupu S., Lete C., Marin M., et al. Electrochemical sensors based on platinum electrodes modified with hybrid inorganic-organic coatings for determination of 4-nitrophenol and dopamine / Electrochim. Acta. 2009. Vol. 54. N 7. P. 1932 – 1938. DOI: 10.1016/j.electacta.2008.07.051

30. Nosova N. M., Zaitseva A. S., Arlyapov V. A. Application of the cyclic voltammetry method to study the electrochemical behavior of electronic transport mediators on a carbon-paste electrode / Izv. Tul. Univ. Estestv. Nauki. 2017. Vol. 3. P. 3 – 11 [in Russian].

31. Budnikov G. K., Maistrenko V. N., Vyaselev M. R. Fundamentals of modern electrochemical analysis: textbook for universities. — Moscow: Mir, 2003. — 592 p. [in Russian].

32. Tyszczuk-Rotko K., Domanska K., Sadok I., et al. Voltammetric procedure for the determination of oleanolic and ursolic acid in plant extracts / Anal. Methods. 2015. Vol. 7. N 22. P. 9435 – 9441. DOI: 10.1039/C5AY01976A

33. Tyszczuk-Rotko K., Wójciak-Kosior M., Sowa I. Voltammetric determination of betulinic acid at lead film electrode after chromatographic separation in plant material / Anal. Biochem. 2013. Vol. 436. N 2. P. 121 – 126. DOI: 10.1016/j.ab.2013.02.002

34. Kaliyeva S. S., Slepchenko G. B., Akeneev Yu. A., et al. Voltammetric Determination of Betulin in the Extracts of Plant Origin / Inorg. Maters. 2018. Vol. 54. P. 1407 – 1411. DOI: 10.1134/S0020168518140108

35. Zhaona Liu, Huacheng Zhang, Houyi Ma. Selective Determination of p-Nitrophenol Based on Its Unique Voltammetric Behavior on Nanoporous Gold / Electroanalysis. 2011. Vol. 23. N 12. P. 2851 – 2861. DOI: 10.1002/elan.201100385