Помощь студентам в учебе
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХОЛЕСТЕРИНА В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ МЕТОДОМ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ
|
СОДЕРЖАНИЕ 2
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1. Литературный обзор 15
1.1 Биологическая роль холестерина в организме человека 15
1.2 Биологический синтез холестерина: стадии и регуляция 19
1.3 Физические и химические свойства холестерина 24
1.4 Методы определения холестерина 27
1.4.1 Спектрофотометрические и колориметрические методики определения
холестерина 27
1.4.2 Флуориметрические методики определения холестерина 30
1.4.3 Хроматографические методики определения холестерина 31
1.4.4 Ферментативные методики определения холестерина 34
1.4.5 Электрохимические методики определения холестерина 38
1.4.5.1 Применение биосенсоров 38
1.4.5.2 Применение модифицированных электродов 49
ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 55
2.1 Оборудование, ячейка, электроды и растворы 55
2.2. Объекты исследования 65
2.3. Методика эксперимента 66
2.3. 1 Вольтамперометрическая методика определения холестерина на
поверхности электрода с иммобилизованными ферментами 66
2.3.2 Вольтамперометрическая методика определения холестерина на
поверхности модифицированного электрода 68
2.3.3 Спектрофотометрическая методика определения холестерина с
треххлористым железом 69
2.3.4 Методика проведения микроскопических исследований поверхности
электродов 69
2.3.5. Методика проведения ИК-спектроскопических исследований поверхности электродов 70
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ОКИСЛЕНИЯ ХОЛЕСТЕРИНА НА ФЕРМЕНТНОМ
ЭЛЕКТРОДЕ 72
3.1. Влияние различных факторов на аналитический сигнал окисления
холестерина на ферментном электроде 72
3.1.1. Влияние материала индикаторного электрода на аналитический сигнал
окисления холестерина на ферментном электроде 73
3.1.2 Влияние природы фонового электролита на аналитический сигнал 75
3.1.3. Влияние рН фонового электролита на аналитический сигнал 77
3.1.4 Расчет кинетических параметров ферментативной реакции 78
3.1.5 Влияние компонентов матрицы пробы на аналитический сигнал электровосстановления перекиси водорода как продукта ферментативного
окисления холестерина 82
3.2 Исследование морфологии электродной поверхности 84
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ ХОЛЕСТЕРИНА НА ХМЭ 87
4.1. Влияние различных факторов на аналитический сигнал окисления холестерина на ХМЭ 89
4.1.1. Влияние материала подложки ХМЭ на аналитический сигнал окисления
холестерина 89
4.1.2 Влияние природы фонового электролита на сигнал электроокисления
холестерина на ХМЭ 92
4.1.3. Влияние рН фонового электролита на сигнал окисления холестерина на
ХМЭ 94
4.1.4. Влияние параметров электролиза (время и потенциал электролиза) на
сигнал окисления холестерина на ХМЭ 97
4.1.5 Влияние компонентов матрицы пробы на аналитический сигнал окисления холестерина на ХМЭ 99
4.2 Расчет параметров электродного процесса 101
4.3 Исследование физико-химических закономерностей протекания реакции
окисления холестерина на химически модифицированном электроде 103
4.4 Исследование морфологии электродной поверхности 108
ГЛАВА 5. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЙ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ХОЛЕСТЕРИНА В ПРОДУКЦИИ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ НА ХМЭ 115
Глава 5.1. Разработка вольтамперометрической методики определения содержания холестерина в продукции пищевой промышленности и биологических объектах 115
5.1.1. Методика выполнения измерений количественного содержания
холестерина в продуктах пищевой промышленности и биообхектах 120
5.1.2. Подготовка вольтамперометрической методики определения
холестерина к метрологической аттестации 123
5.2. Определение содержания холестерина в пищевых продуктах и биологических объектах объектах методами вольтамперометрии и
спектрофотометрии. Сравнительный анализ 126
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 131
Список литературы 137
Приложение 1 153
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1. Литературный обзор 15
1.1 Биологическая роль холестерина в организме человека 15
1.2 Биологический синтез холестерина: стадии и регуляция 19
1.3 Физические и химические свойства холестерина 24
1.4 Методы определения холестерина 27
1.4.1 Спектрофотометрические и колориметрические методики определения
холестерина 27
1.4.2 Флуориметрические методики определения холестерина 30
1.4.3 Хроматографические методики определения холестерина 31
1.4.4 Ферментативные методики определения холестерина 34
1.4.5 Электрохимические методики определения холестерина 38
1.4.5.1 Применение биосенсоров 38
1.4.5.2 Применение модифицированных электродов 49
ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 55
2.1 Оборудование, ячейка, электроды и растворы 55
2.2. Объекты исследования 65
2.3. Методика эксперимента 66
2.3. 1 Вольтамперометрическая методика определения холестерина на
поверхности электрода с иммобилизованными ферментами 66
2.3.2 Вольтамперометрическая методика определения холестерина на
поверхности модифицированного электрода 68
2.3.3 Спектрофотометрическая методика определения холестерина с
треххлористым железом 69
2.3.4 Методика проведения микроскопических исследований поверхности
электродов 69
2.3.5. Методика проведения ИК-спектроскопических исследований поверхности электродов 70
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ОКИСЛЕНИЯ ХОЛЕСТЕРИНА НА ФЕРМЕНТНОМ
ЭЛЕКТРОДЕ 72
3.1. Влияние различных факторов на аналитический сигнал окисления
холестерина на ферментном электроде 72
3.1.1. Влияние материала индикаторного электрода на аналитический сигнал
окисления холестерина на ферментном электроде 73
3.1.2 Влияние природы фонового электролита на аналитический сигнал 75
3.1.3. Влияние рН фонового электролита на аналитический сигнал 77
3.1.4 Расчет кинетических параметров ферментативной реакции 78
3.1.5 Влияние компонентов матрицы пробы на аналитический сигнал электровосстановления перекиси водорода как продукта ферментативного
окисления холестерина 82
3.2 Исследование морфологии электродной поверхности 84
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ ХОЛЕСТЕРИНА НА ХМЭ 87
4.1. Влияние различных факторов на аналитический сигнал окисления холестерина на ХМЭ 89
4.1.1. Влияние материала подложки ХМЭ на аналитический сигнал окисления
холестерина 89
4.1.2 Влияние природы фонового электролита на сигнал электроокисления
холестерина на ХМЭ 92
4.1.3. Влияние рН фонового электролита на сигнал окисления холестерина на
ХМЭ 94
4.1.4. Влияние параметров электролиза (время и потенциал электролиза) на
сигнал окисления холестерина на ХМЭ 97
4.1.5 Влияние компонентов матрицы пробы на аналитический сигнал окисления холестерина на ХМЭ 99
4.2 Расчет параметров электродного процесса 101
4.3 Исследование физико-химических закономерностей протекания реакции
окисления холестерина на химически модифицированном электроде 103
4.4 Исследование морфологии электродной поверхности 108
ГЛАВА 5. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЙ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ХОЛЕСТЕРИНА В ПРОДУКЦИИ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ НА ХМЭ 115
Глава 5.1. Разработка вольтамперометрической методики определения содержания холестерина в продукции пищевой промышленности и биологических объектах 115
5.1.1. Методика выполнения измерений количественного содержания
холестерина в продуктах пищевой промышленности и биообхектах 120
5.1.2. Подготовка вольтамперометрической методики определения
холестерина к метрологической аттестации 123
5.2. Определение содержания холестерина в пищевых продуктах и биологических объектах объектах методами вольтамперометрии и
спектрофотометрии. Сравнительный анализ 126
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 131
Список литературы 137
Приложение 1 153
Актуальность работы. По статистике Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) сердечно сосудистые заболевания (ССЗ) представляют собой основную причину смертности во всем мире. В частности, в 2008 году от сердечно сосудистых заболеваний умерло 17,3 миллиона человек, среди которых 7,3 миллиона человек умерло от ишемической болезни сердца и 6,2 миллиона по причине инсульта. По прогнозам специалистов ВОЗ к 2030 году около 23,3 миллионов человек могут умереть от ССЗ [1]. Также прогнозируется, что к 2030 году ССЗ останутся единственной причиной смерти от неинфекционных заболеваний. Одним из методов предотвращения большинства ССЗ является снижением повышенного уровня липидов. Не смотря на то, что холестерин вырабатывается организмом человека, значительное его количество поступает с пищей. Поэтому, контроль содержания холестерина в крови человека и продуктах питания очень важен для профилактики и терапии ССЗ. Согласно рекомендациям Российского кардиологического общества от 2012 года, одним из важнейших параметров в определении риска сердечнососудистых заболеваний (ССЗ) является определение биохимических маркеров атеросклероза. Для оценки уровня риска развития ССЗ применяется шкала SCORE (Systemic Coronary Risk Evaluation) [2]. Указанная шкала применяется в странах с высоким уровнем смертности от ССЗ (куда относится РФ) и включает в себя, в качестве одного из ключевых параметров, содержание общего холестерина в крови пациента.
Кроме того, по данным Американской ассоциации сердечных заболеваний в 85% случаев при диагностике ишемической болезни, гипертензии, атеросклероза и тромбоза одним из важнейших показателей наличия заболеваемости являлся повышенный уровень свободного и эстерифицированного холестерина.
В современных медицинских учреждениях существует достаточно богатая диагностическая база, разрабатываются и внедряются новые приборы и методы анализа биообъектов. Однако, сердечно сосудистые заболевания относятся к такой группе заболеваний, при которых зачастую происходят внезапные случаи поражения сосудов, что приводит к смерти даже молодых людей.
В связи со всем вышеизложенным, разработка новых экспрессных тест- систем для определения холестерина как в биологических жидкостях человека, так и в продуктах питания обладает высокой актуальностью. В свою очередь необходимость создания портативных тест-систем требует, прежде всего, изучения физико-химических основ методик определения холестерина. В настоящее время существует достаточно много работ по электрохимическому определению холестерина с использованием биосенсоров, в основе которых лежит реакция окисления холестерина на поверхности электрода, модифицированного ферментами (холиноксидаза, пероксидаза хрена). Использование ферментов несомненно имеет ряд преимуществ (высокая селективность, чувствительность), но и ряд недостатков (нестабильность ферментов во времени, их высокая стоимость). Поэтому разработка новых неферментативных способов определения холестерина как в биологических объектах, так и в пищевых продуктах является актуальной задачей.
Цель работы. Исследовать физико-химические закономерности окисления холестерина с целью разработки методик его количественного определения в продукции пищевой промышленности и биологических объектах.
В соответствии с этим в работе поставлены следующие задачи:
1. Исследовать влияние азагетероциклического соединения ряда
бисмочевин на процесс электрохимического окисления холестерина.
2. Исследовать природу сигнала и физико-химические закономерности окисления холестерина на электроде, модифицированном азагетероциклическим соединением ряда бисмочевин.
3. Исследовать влияние различных факторов на процесс электрохимического окисления холестерина (природа фонового электролита, рН раствора, материал электрода).
4. Разработать неферментативный способ определения холестерина на электроде, модифицированном азагетероциклическим соединением ряда бисмочевин
5. Провести сравнительные определения содержания холестерина в продукции пищевой промышленности и биологических объектах, используя разработанный биосенсор, ХМЭ и арбитражный метод сравнения (спектрофотометрический).
Научная новизна
1. Впервые исследованы физико-химические закономерности реакции
окисления холестерина на композитном углеродсодежащем электроде с обновляемой поверхностью, модифицированном 2,6 - диацетил- 2,4,6,8 - тетраазабицикло[3.3.0]октан-3,7-дион-дифосфоновой кислотой, с
применением метода циклической вольтамперометрии. Показано, что электродный процесс имеет квазиобратимый характер, осложненный наличием последующей химической реакцией. Предложена схема протекания процесса окисления холестерина в водных нейтральных средах на модифицированном композитном углеродсодержащем электроде с обновляемой поверхностью.
2. Впервые исследовано влияние ряда веществ, присутствующих в матрице проб, на ток электроокисления холестерина, регистрируемый на модифицированном композитном углеродсодержащем электроде с обновляемой поверхностью. Показано, что присутствие компонентов органической матрицы пробы (включая сходные по структуре и классу) не оказывает существенного влияния на аналитический сигнал окисления холестерина.
3. Разработан новый неферментативный способ определения холестерина в биологических жидкостях человека и продуктах питания методом анодной ступенчатой вольтамперометрии, отличающийся высокой
чувствительностью, простотой, экспрессностью и удобством анализа. Проведено сопоставление результатов анализа независимым
спектрофотометрическим методом.
Практическая значимость
Разработана вольтамперометрическая методика определения холестерина в биологических жидкостях человека и пищевых продуктах. Установлены метрологические характеристики методики. Показано, что разработанная вольтамперометрическая методика сочетает высокую чувствительность и простоту конструкции рабочего электрода с высокой селективностью и позволяет исключить использование токсичных реагентов, а также сократить время анализа по сравнению со спектрофотометрической методикой
Разработанная методика рекомендована к использованию в аналитических лабораториях пищевой промышленности для контроля содержания холестерина в готовой продукции. А также в клинических лабораториях с целью диагностики и мониторинга успешности терапии сердечно-ссоудистых и аутоимунных заболеваний.
Положения, выносимые на защиту
1. Результаты исследования влияния различных факторов на электрохимический сигнал холестерина (природа фонового электролита, рН раствора, материал электрода).
2. Физико-химические закономерности протекания реакции окисления холестерина на композитном углеродсодержащем электроде с обновляемой поверхностью, модифицированном 2,6-диацетил-2,4,6,8- тетраазабицикло [3.3.0]октан-3,7-дион-дифосфоновой кислотой.
3. Оценка влияния веществ различной природы на аналитический сигнал холестерина.
4. Вольтамперометрическая методика определения холестерина в продукции пищевой промышленности и биологических жидкостях человека.
5. Результаты сравнительных испытаний определения содержания холестерина в пищевых продуктах и биологических жидкостях человека вольтамперометрическим и спектрофотометрическим методами.
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность полученных данных обусловлена представительным объемом проведенных экспериментов, применением современных аналитических методов и метрологической обработкой результатов, которые хорошо согласуются с литературными данными и результатами, полученными референтным спектрофотометрическим методом.
Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях:
- XVII международной конференции EuroFoodChem - XVII, 2-10 мая 2013 г. (Стамбульский Технический Университет, Стамбул, Турция);
- «XVII Международный симпозиум имени академика М. А. Усова
студентов и молодых ученых», 1-5 апреля 2013 (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский
политехнический университет», Томск, Российская Федерация);
- Всероссийской научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых с международным участием Химия и химическая технология в XXI веке, 13-16 мая 2013 (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего
образования «Национальный исследовательский Томский
политехнический университет», Томск, Российская Федерация);
- Международной научной конференции по аналитической химии и экологии, посвященной 110-летию со дня рождения академика М.Т. Козловского, 9-11 октября 2013 (КазНУ, Алматы, Республика Казахстан);
- Международном молодежном научном форуме «Ломоносов - 2014», 711 Апреля 2014 (МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Российская Федерация);
- IV Всероссийской научной молодежной школе-конференции «Химия под знаком СИГМА: исследование, инновации, технологии», 12-18 Мая
2014 (ОмГУ, Омск, Российская Федерация);
- Международного молодежного научного форума «Ломоносов - 2015», 13-17 апреля 2015 (МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Российская Федерация);
- XVI Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых, посвященной 115-летию со дня рождения профессора Л.П. Кулёва, «Химия и химическая технология в XXI веке», 25-29 Мая
2015 (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», Томск, Российская Федерация);
- Международной научной конференции «Теоретическая и экспериментальная химия глазами молодежи - 2015», 18-22 мая 2015 (ИрГУ, Иркутск, Российская Федерация);
- XVIII международной конференции EuroFoodChem - 2015, 13-16
октября 2015 (Университет Комплутенсе, Мадрид, Испания);
- XVII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени профессора Л.П. Кулёва, «Химия и химическая технология в XXI веке», 17-20 Мая 2016 (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», Томск, Российская Федерация);
- IX Всероссийской конференции «ЭМА», 29 мая - 3 июня 2016 (УрФУ, Екатеринбург-Леневка, Российская Федерация).
Публикации.
По результатам работы опубликовано 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 14 тезисов докладов.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, двух глав результатов исследований и их обсуждения, главы, содержащей метрологические аспекты разработанной методики, заключения, списка сокращения и списка используемой литературы. Работа изложена на 152 страницах, содержит 45 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 136 наименований и приложение. Первая глава (литературный обзор) дает представление об объекте анализа, способах его определения в объектах различной природы, об особенностях применения вольтаперометри для количественного определения холестерина в различных объектах и о применение модифицированных электродов для определния холестерина. Во второй главе приводится описание условий проведения эксперимента и объекты исследования. В третьей главе представлены результаты исследования электрохимического поведения холестерина на углеродсодержащих электродах с иммобилизованными ферментами, а также результаты изучения морфологии получаемой электродной поверхности . В четвертой главе представлены результаты исследования электрохимического поведения холестерина на полученных углеродсодержащих электродах, модифицированных 2,6-диацетил-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]октан-3,7- дион-дифосфоновой кислотой, а также результаты исследования морфологии получаемых ХМЭ. В пятой главе рассмотрены метрологические аспекты разработанной вольтамперометрической методики количественного определения холестерина на ХМЭ.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору химических наук, профессору Коротковой Е.И., кандидату химичексих наук, доценту Дорожко Е.В кандидату химичексих наук, доценту Вороновой О.А., а также кафедре Органической химии и полимеров КарГУ им. Букетова и лично доктору PhD Тайшибековой Е.К. за предоставленные образцы модификатора.
Личный вклад автора.
Автор принимал непосредственное участие в выполнении эксперимента, обработке, обсуждении и обобщении полученных результатов. Основная часть экспериментальной работы выполнена лично автором. Опубликованные работы написаны в соавторстве с научным руководителем д.х.н. профессором Коротковой Е.И., а также к.х.н. доцентом Е.В. Дорожко, к.х.н. доцентом О.А. Воронова, , которые принимали участие в обсуждении и обобщении полученных экспериментальных данных .
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов:
- Проект ВИУ_ИПР_109_2014 (2014-2015 г) по теме: «Разработка биосенсора и тест-системы на холестерин для контроля качества пищевых продуктов (руководитель - профессор, д.х.н. Короткова Е.И.
- Проект №16-33-00319 мол_а, грант РФФИ «Мой первый грант»
(2015-2016 г) по теме: «Разработка электрохимической методики
определения содержания холестерина в биологических объектах (сыворотка крови и продукты питания)» (руководитель - Дёрина К.В.).
Кроме того, по данным Американской ассоциации сердечных заболеваний в 85% случаев при диагностике ишемической болезни, гипертензии, атеросклероза и тромбоза одним из важнейших показателей наличия заболеваемости являлся повышенный уровень свободного и эстерифицированного холестерина.
В современных медицинских учреждениях существует достаточно богатая диагностическая база, разрабатываются и внедряются новые приборы и методы анализа биообъектов. Однако, сердечно сосудистые заболевания относятся к такой группе заболеваний, при которых зачастую происходят внезапные случаи поражения сосудов, что приводит к смерти даже молодых людей.
В связи со всем вышеизложенным, разработка новых экспрессных тест- систем для определения холестерина как в биологических жидкостях человека, так и в продуктах питания обладает высокой актуальностью. В свою очередь необходимость создания портативных тест-систем требует, прежде всего, изучения физико-химических основ методик определения холестерина. В настоящее время существует достаточно много работ по электрохимическому определению холестерина с использованием биосенсоров, в основе которых лежит реакция окисления холестерина на поверхности электрода, модифицированного ферментами (холиноксидаза, пероксидаза хрена). Использование ферментов несомненно имеет ряд преимуществ (высокая селективность, чувствительность), но и ряд недостатков (нестабильность ферментов во времени, их высокая стоимость). Поэтому разработка новых неферментативных способов определения холестерина как в биологических объектах, так и в пищевых продуктах является актуальной задачей.
Цель работы. Исследовать физико-химические закономерности окисления холестерина с целью разработки методик его количественного определения в продукции пищевой промышленности и биологических объектах.
В соответствии с этим в работе поставлены следующие задачи:
1. Исследовать влияние азагетероциклического соединения ряда
бисмочевин на процесс электрохимического окисления холестерина.
2. Исследовать природу сигнала и физико-химические закономерности окисления холестерина на электроде, модифицированном азагетероциклическим соединением ряда бисмочевин.
3. Исследовать влияние различных факторов на процесс электрохимического окисления холестерина (природа фонового электролита, рН раствора, материал электрода).
4. Разработать неферментативный способ определения холестерина на электроде, модифицированном азагетероциклическим соединением ряда бисмочевин
5. Провести сравнительные определения содержания холестерина в продукции пищевой промышленности и биологических объектах, используя разработанный биосенсор, ХМЭ и арбитражный метод сравнения (спектрофотометрический).
Научная новизна
1. Впервые исследованы физико-химические закономерности реакции
окисления холестерина на композитном углеродсодежащем электроде с обновляемой поверхностью, модифицированном 2,6 - диацетил- 2,4,6,8 - тетраазабицикло[3.3.0]октан-3,7-дион-дифосфоновой кислотой, с
применением метода циклической вольтамперометрии. Показано, что электродный процесс имеет квазиобратимый характер, осложненный наличием последующей химической реакцией. Предложена схема протекания процесса окисления холестерина в водных нейтральных средах на модифицированном композитном углеродсодержащем электроде с обновляемой поверхностью.
2. Впервые исследовано влияние ряда веществ, присутствующих в матрице проб, на ток электроокисления холестерина, регистрируемый на модифицированном композитном углеродсодержащем электроде с обновляемой поверхностью. Показано, что присутствие компонентов органической матрицы пробы (включая сходные по структуре и классу) не оказывает существенного влияния на аналитический сигнал окисления холестерина.
3. Разработан новый неферментативный способ определения холестерина в биологических жидкостях человека и продуктах питания методом анодной ступенчатой вольтамперометрии, отличающийся высокой
чувствительностью, простотой, экспрессностью и удобством анализа. Проведено сопоставление результатов анализа независимым
спектрофотометрическим методом.
Практическая значимость
Разработана вольтамперометрическая методика определения холестерина в биологических жидкостях человека и пищевых продуктах. Установлены метрологические характеристики методики. Показано, что разработанная вольтамперометрическая методика сочетает высокую чувствительность и простоту конструкции рабочего электрода с высокой селективностью и позволяет исключить использование токсичных реагентов, а также сократить время анализа по сравнению со спектрофотометрической методикой
Разработанная методика рекомендована к использованию в аналитических лабораториях пищевой промышленности для контроля содержания холестерина в готовой продукции. А также в клинических лабораториях с целью диагностики и мониторинга успешности терапии сердечно-ссоудистых и аутоимунных заболеваний.
Положения, выносимые на защиту
1. Результаты исследования влияния различных факторов на электрохимический сигнал холестерина (природа фонового электролита, рН раствора, материал электрода).
2. Физико-химические закономерности протекания реакции окисления холестерина на композитном углеродсодержащем электроде с обновляемой поверхностью, модифицированном 2,6-диацетил-2,4,6,8- тетраазабицикло [3.3.0]октан-3,7-дион-дифосфоновой кислотой.
3. Оценка влияния веществ различной природы на аналитический сигнал холестерина.
4. Вольтамперометрическая методика определения холестерина в продукции пищевой промышленности и биологических жидкостях человека.
5. Результаты сравнительных испытаний определения содержания холестерина в пищевых продуктах и биологических жидкостях человека вольтамперометрическим и спектрофотометрическим методами.
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность полученных данных обусловлена представительным объемом проведенных экспериментов, применением современных аналитических методов и метрологической обработкой результатов, которые хорошо согласуются с литературными данными и результатами, полученными референтным спектрофотометрическим методом.
Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях:
- XVII международной конференции EuroFoodChem - XVII, 2-10 мая 2013 г. (Стамбульский Технический Университет, Стамбул, Турция);
- «XVII Международный симпозиум имени академика М. А. Усова
студентов и молодых ученых», 1-5 апреля 2013 (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский
политехнический университет», Томск, Российская Федерация);
- Всероссийской научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых с международным участием Химия и химическая технология в XXI веке, 13-16 мая 2013 (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего
образования «Национальный исследовательский Томский
политехнический университет», Томск, Российская Федерация);
- Международной научной конференции по аналитической химии и экологии, посвященной 110-летию со дня рождения академика М.Т. Козловского, 9-11 октября 2013 (КазНУ, Алматы, Республика Казахстан);
- Международном молодежном научном форуме «Ломоносов - 2014», 711 Апреля 2014 (МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Российская Федерация);
- IV Всероссийской научной молодежной школе-конференции «Химия под знаком СИГМА: исследование, инновации, технологии», 12-18 Мая
2014 (ОмГУ, Омск, Российская Федерация);
- Международного молодежного научного форума «Ломоносов - 2015», 13-17 апреля 2015 (МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Российская Федерация);
- XVI Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых, посвященной 115-летию со дня рождения профессора Л.П. Кулёва, «Химия и химическая технология в XXI веке», 25-29 Мая
2015 (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», Томск, Российская Федерация);
- Международной научной конференции «Теоретическая и экспериментальная химия глазами молодежи - 2015», 18-22 мая 2015 (ИрГУ, Иркутск, Российская Федерация);
- XVIII международной конференции EuroFoodChem - 2015, 13-16
октября 2015 (Университет Комплутенсе, Мадрид, Испания);
- XVII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени профессора Л.П. Кулёва, «Химия и химическая технология в XXI веке», 17-20 Мая 2016 (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», Томск, Российская Федерация);
- IX Всероссийской конференции «ЭМА», 29 мая - 3 июня 2016 (УрФУ, Екатеринбург-Леневка, Российская Федерация).
Публикации.
По результатам работы опубликовано 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 14 тезисов докладов.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, двух глав результатов исследований и их обсуждения, главы, содержащей метрологические аспекты разработанной методики, заключения, списка сокращения и списка используемой литературы. Работа изложена на 152 страницах, содержит 45 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 136 наименований и приложение. Первая глава (литературный обзор) дает представление об объекте анализа, способах его определения в объектах различной природы, об особенностях применения вольтаперометри для количественного определения холестерина в различных объектах и о применение модифицированных электродов для определния холестерина. Во второй главе приводится описание условий проведения эксперимента и объекты исследования. В третьей главе представлены результаты исследования электрохимического поведения холестерина на углеродсодержащих электродах с иммобилизованными ферментами, а также результаты изучения морфологии получаемой электродной поверхности . В четвертой главе представлены результаты исследования электрохимического поведения холестерина на полученных углеродсодержащих электродах, модифицированных 2,6-диацетил-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]октан-3,7- дион-дифосфоновой кислотой, а также результаты исследования морфологии получаемых ХМЭ. В пятой главе рассмотрены метрологические аспекты разработанной вольтамперометрической методики количественного определения холестерина на ХМЭ.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору химических наук, профессору Коротковой Е.И., кандидату химичексих наук, доценту Дорожко Е.В кандидату химичексих наук, доценту Вороновой О.А., а также кафедре Органической химии и полимеров КарГУ им. Букетова и лично доктору PhD Тайшибековой Е.К. за предоставленные образцы модификатора.
Личный вклад автора.
Автор принимал непосредственное участие в выполнении эксперимента, обработке, обсуждении и обобщении полученных результатов. Основная часть экспериментальной работы выполнена лично автором. Опубликованные работы написаны в соавторстве с научным руководителем д.х.н. профессором Коротковой Е.И., а также к.х.н. доцентом Е.В. Дорожко, к.х.н. доцентом О.А. Воронова, , которые принимали участие в обсуждении и обобщении полученных экспериментальных данных .
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов:
- Проект ВИУ_ИПР_109_2014 (2014-2015 г) по теме: «Разработка биосенсора и тест-системы на холестерин для контроля качества пищевых продуктов (руководитель - профессор, д.х.н. Короткова Е.И.
- Проект №16-33-00319 мол_а, грант РФФИ «Мой первый грант»
(2015-2016 г) по теме: «Разработка электрохимической методики
определения содержания холестерина в биологических объектах (сыворотка крови и продукты питания)» (руководитель - Дёрина К.В.).
1. Изучены физико-химические закономерности реакции
окисления холестерина на поверхности углеродсодержащего композитного электрода. Предположено, что на поверхности электрода в водных средах при нейтральном рН протекает квазиобратимый процесс. Электрохимический процесс протекает с участием 1 электрона.
2. Оценено влияние веществ различной природы, содержащихся в продукции пищевой промышленности и образцах биологических жидкостей, на аналитический сигнал холестерина. Установлено, что наибольшее влияние на сигнал электроокисления холестерина оказывает аскорбиновая кислота. Однако все исследованные соединения не оказывают значимого влияния на получаемый аналитический сигнал.
3. Подобраны оптимальные условия вольтамперометрического определения холестерина в пищевой продукции и биообъектах: индикаторный электрод - ХМЭ, анодная ступенчатая вольтамперометрия с областью потенциалов от +0.6 В до +1.3 В, скорость развертки потенциала 50 мВ/с, использование калий дигидрофосфата с рН 6.86 в качестве фонового электролита. Определена область прямолинейной зависимости интенсивности аналитического сигнала от концентрации холестерина в диапазоне от 0,1 мкмоль/дм3 до 50 мкмоль/дм3.
4. Проведены сравнительные определения содержания холестерина в пищевой продукции и биологических объектах вольтамперометрическим и спектрофотометричеким методами.
окисления холестерина на поверхности углеродсодержащего композитного электрода. Предположено, что на поверхности электрода в водных средах при нейтральном рН протекает квазиобратимый процесс. Электрохимический процесс протекает с участием 1 электрона.
2. Оценено влияние веществ различной природы, содержащихся в продукции пищевой промышленности и образцах биологических жидкостей, на аналитический сигнал холестерина. Установлено, что наибольшее влияние на сигнал электроокисления холестерина оказывает аскорбиновая кислота. Однако все исследованные соединения не оказывают значимого влияния на получаемый аналитический сигнал.
3. Подобраны оптимальные условия вольтамперометрического определения холестерина в пищевой продукции и биообъектах: индикаторный электрод - ХМЭ, анодная ступенчатая вольтамперометрия с областью потенциалов от +0.6 В до +1.3 В, скорость развертки потенциала 50 мВ/с, использование калий дигидрофосфата с рН 6.86 в качестве фонового электролита. Определена область прямолинейной зависимости интенсивности аналитического сигнала от концентрации холестерина в диапазоне от 0,1 мкмоль/дм3 до 50 мкмоль/дм3.
4. Проведены сравнительные определения содержания холестерина в пищевой продукции и биологических объектах вольтамперометрическим и спектрофотометричеким методами.
Подобные работы
- Исследование физико-химических закономерностей окисления холестерина на химически модифицированных электродах для мониторинга пищевых продуктов
Магистерская диссертация, химия. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ НАНОРАЗМЕРНЫХ МОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ БЕСФЕРМЕНТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КЛИНИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Диссертации (РГБ), химия. Язык работы: Русский. Цена: 4255 р. Год сдачи: 2018 - ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ НАНОРАЗМЕРНЫХ МОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ БЕСФЕРМЕНТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КЛИНИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Авторефераты (РГБ), химия. Язык работы: Русский. Цена: 4365 р. Год сдачи: 2018