🔍 Поиск готовых работ

🔍 Поиск работ

Вольтамперометрические способы определения карбарила в зерновых культурах с использованием модифицированных графитовых электродов

Работа №201408

Тип работы

Диссертация

Предмет

химия

Объем работы111
Год сдачи2022
Стоимость700 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
24
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1 Классификация карбаматных пестицидов и их физико-химические
свойства 9
1.2 Методы определения карбарила в природных объектах 20
1.2.1 Хроматографические методы определения карбарила 21
1.2.2 Оптические методы определения карбарила 24
1.2.3 Иммунохимические методы определения карбарила 28
1.2.4 Электрохимические методы определения карбарила 34
1.2.5 Электрохимические биосенсоры для определения карбарила 38
1.2.6 Электрохимические иммуносенсоры 40
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 43
2.1 Реактивы и материалы 43
2.2 Разработка вольтамперометрической методики определения карбарила
на модифицированном углеродными чернилами ГЭ 44
2.3 Разработка электрохимического иммуносенсора на основе гаптен-
белкового конъюгата (Нар-Саг-БСА@НЧСи) для определения карбарила 44
2.3.1 Синтез НЧ Си, стабилизированные хитозаном 45
2.3.2 Синтез конъюгата Нар-Саг-БСА@НЧСи 46
2.3.3 Физико-химические методы исследования свойств НЧ Си и конъюгата
Нар-Саг-БСА@НЧСи 46
2.3.4 Методика иммобилизации моноклональных антител на поверхности
ЗГЭ 46
2.3.5 Определение карбарила с использованием электрохимического иммуносенсора 48
2.4 Пробоподготовка зерновых культур 50
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 51
3.1 Вольтамперометрическое определение карбарила на модифицированном углеродными чернилами ГЭ 51
3.1.1 Исследование электродного процесса электроокисления карбарила на
модифицированном углеродными чернилами ГЭ 56
3.1.2 Определение карбарила в образцах зерновых культур 58
3.2 Разработка электрохимического иммуносенсора на основе конъюгата
Нар-Саг-БСА@НЧСи для определения карбарила в зерновых культурах 62
3.2.1 Синтез и исследование НЧ Си, стабилизированных хитозаном 62
3.2.2 Исследование электрохимических свойств НЧ Си, стабилизированных
хитозаном на ЗГЭ 67
3.2.3 Исследование свойств конъюгата Нар-Саг-БСА@НЧСи для получения
электрохимического иммуносенсора 70
3.3 Иммобилизация моноклональных антител на поверхность ЗГЭ 73
3.4 Градуировочная зависимость для определения карбарила с
использованием конъюгата Нар-Саг-БСА@НЧСи 77
3.5 Метрологические характеристики электрохимического иммуносенсора
для определения карбарила 78
3.6 Специфичность определения карбарила 80
ВЫВОДЫ 82
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ
ОБОЗНАЧЕНИЙ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 85
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 98
ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Пестициды (гербициды, фунгициды или инсектициды) являются загрязнителями окружающей среды, часто содержащимися в почве, воде, атмосфере и сельскохозяйственной продукции, и могут создавать экологическую угрозу.
Карбарил является одним из карбаматных пестицидов, который широко применяется как действующее вещество для производства протравителей семян и гранулированных препаратов, предназначенный для борьбы с почвенными вредителями. Воздействия на организм человека и животных карбарила основан на обратимом карбамилировании ацетилхолинэстеразы (АХЭ) в нейрональных синапсах и нервно-мышечных соединениях, ингибирующим ферментативную активность, необходимую для гидролиза ацетилхолина. Следовательно, регулярное, даже незначительное поступление карбарила в живые организмы, повышает риск воздействия на их здоровье. Повышенное употребление карбарила может привести к нарушению эндокринной деятельности, репродуктивным, цитотоксическим и генотоксическим расстройствам. В связи с этим, крайне необходимо использовать современные аналитические методы обнаружения и количественного определения карбарила для контроля экологической безопасности и качества пищевых продуктов. Традиционные аналитические методы, такие как высокоэффективная жидкостная хроматография, газовая хроматография, флуориметрия, спектрофотометрия и капиллярный электрофорез применяются для определения карбарила в природных объектах. Перечисленные методы заслуживают особого исследовательского интереса, однако являются дорогостоящими, требуют сложного аппаратурного обеспечения, что затрудняет их использование их в рутинных анализах. Данная работа посвящена разработке новых вольтамперометрических способов определения карбарила в зерновых культурах, которые обладают такими преимуществами, как экспрессность, низкая себестоимость и мобильность. Разработана методика определения карбарила в некоторых зерновых культурах методом вольтамперометрии на модифицированном углеродными чернилами графитовом электроде (ГЭ). Для
определения следовых количеств карбарила в зерновых культурах разработан электрохимический иммуносенсор с использованием конъюгата с медной электрохимической меткой (НЧ Си), как альтернативный способ иммуноферментному анализу (ИФА). Введение наночастиц меди (НЧ Си) в состав конъюгата имеет перед ферментными метками ряд преимуществ такие, как простота, доступность материалов. Кроме того, связывание НЧ Си с гаптен- белковыми производными карбарила осуществляется щадящим способом с минимальными потерями. Полученные конъюгаты с НЧ Си стабильны в относительном широком диапазоне физико-химических условий, НЧ Си в качестве маркера более доступны, чем ферменты.
Цель исследования: разработать новые вольтамперометрические способы определения карбарила в зерновых культурах с использованием модифицированных графитовых электродов (ГЭ).
Для достижения поставленной цели следует решить следующие задачи:
1. Исследовать электрохимические свойства карбарила на модифицированном углеродными чернилами ГЭ;
2. Разработать методику определения карбарила в зерновых культурах методом вольтамперометрии на модифицированном углеродными чернилами ГЭ. Провести оценку метрологических характеристик методики;
3. Разработать электрохимический иммуносенсор с медной меткой для количественного определения карбарила в модельных растворах;
4. Синтезировать и исследовать НЧ Си и гаптен-белковый конъюгат (Нар-Саг-БСА@НЧ Си) на их основе;
5. Модифицировать графитовые электроды золотом и антителами против карбарила для создания рецепторного слоя электрохимического иммуносенсора;
6. Разработать алгоритм проведения электрохимического
иммуноанализа карбарила в зерновых культурах;
7. Провести оценку основных метрологических характеристик разработанного электрохимического иммуносенсора для количественного определения карбарила в зерновых культурах.
Научная новизна.
1. Впервые исследован механизм окисления карбарила на модифицированном углеродными чернилами ГЭ методом вольтамперометрии. Показано, что карбарил окисляется на электроде необратимо, с образованием нафтола-1 и метиламина.
2. Впервые подобраны условия получения НЧ Си в присутствии аскорбиновой кислоты, стабилизированные хитозаном. Определены способы получения и исследованы электрохимические свойства гаптен-белкового конъюгата с медной меткой для дальнейшего определения карбарила.
3. Впервые найден способ гетеробифункционального кросс-сшивания специфических иммуноглобулинов против карбарила на золотографитовом электроде (ЗГЭ).
4. Впервые разработан алгоритм определения карбарила в зерновых культурах с использованием электрохимического иммуносенсора, отличающийся селективностью, точностью, надежностью и удобством применения.
Практическая значимость.
Разработаны новые вольтамперометрические способы определения карбарила в зерновых культурах. Показано, что разработанный электрохимический иммуносенсор сочетает высокую чувствительность, селективность, надежность и позволяет исключить использование токсичных реагентов, а также сократить время анализа по сравнению с традиционным методом ИФА.
Электрохимический иммуносенсор рекомендован к использованию для определения пестицидов карбаматной природы в аналитических лабораториях пищевой промышленности и контроля объектов окружающей среды.
Личный вклад автора состоял в обобщении, систематизации
литературных данных по разработке вольтамперометрических способов определения карбарила в зерновых культурах, а также в проведении экспериментальных исследований и интерпретации полученных данных.
Положения, выносимые на защиту:
1. Вольтамперометрический способ определения карбарила на модифицированном углеродными чернилами ГЭ. Результаты определения карбарила на модифицированном углеродными чернилами ГЭ в зерновых культурах;
2. Алгоритм создания электрохимического иммуносенсора с медной меткой для определения карбарила;
3. Методика получения и результаты исследования физико-химическими методами НЧ Cu, гаптен-белкового конъюгата (Нар-Саг-БСА@НЧ Си);
4. Методики иммобилизации антител против карбарила на ЗГЭ;
5. Результаты определения карбарила в зерновых культурах с использованием разработанного электрохимического иммуносенсора.
Степень достоверности и апробация результатов работы. Достоверность полученных данных обусловлена представительным объемом проведенных экспериментов, использованием современных аналитических методов и результатами, которые хорошо согласуются с литературными данными.
Апробация результатов работы: Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на XVIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени профессора Л.П. Кулёва «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2017-2020 г); XV
Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2018 г), II
Всероссийской школы-конференции, посвященной 100-летию Иркутского государственного университета и 85-летию химического факультета ИГУ (Иркутск, 2018 г), XIX Всероссийском совещании с международным участием «Электрохимия органических соединений» (ЭХОС-2018), (Новочеркасск, 2018 г), XXVIII Российской молодежной научной конференции с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.А. Кузнецова «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2018 г).
Публикации: Результаты проведенных исследований отражены в 4 статьях научных журналов, индексируемые базами Web of Science и Scopus.
Работа поддержана грантом РФФИ № 19-53-26001 Чехия_а, Гос. Заданием «Наука». Проект FSWW-2020-0022.
Структура и объём работы: Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора (глава 1), экспериментальной части (глава 2), результатов и их обсуждения (глава 3), выводов, списка литературы (100 источника), 2-х приложений, 111 страниц, 38 рисунков, 32 таблиц.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


1. Исследованы электрохимические свойства карбарила на модифицированном углеродными чернилами ГЭ в диапазоне потенциалов от -1,5 до +1,5 В. Аналитический сигнал наблюдали при -0,6 В, линейная зависимость тока окисления карбарила соблюдалась в диапазоне концентраций от 0,04 до 0,32 мкг/кг. Показано, что карбарил окисляется на электроде необратимо, с образованием нафтола-1 и метиламина.
2. Разработана методика определения карбарила в зерновых культурах
методом вольтамперометрии на модифицированном углеродными чернилами ГЭ. Фоновый электролит-перхлорат натрия 0,1 моль/дм3, диапазон потенциалов от -
1,5 до +1,5 В. Проведена оценка метрологических характеристик методики. Выявлено, что для диапазона концентраций карбарила от 0,04 до 0,32 мкг/кг погрешность составила 20 %, показатель повторяемости 8 %, показатель
внутрилабораторной прецизионности 16 %.
3. Разработан электрохимический иммуносенсор с медной меткой для количественного определения карбарила в модельных растворах;
4. Синтезированы и исследованы НЧ Си и конъюгат Hap-Car- БСА@НЧСи на их основе. Полученные НЧ Cu имеют максимум поглощения при 578 нм; размер от 4-6 нм. Аналитический сигнал от НЧ Си на ЗГЭ, полученный с помощью инверсионной вольтамперометрии наблюдали при потенциале +0,1 В, при Енак =-1.3 В, 1нак =70 с. Конъюгат Нар-Саг-БСА@НЧСи имеет максимум поглощения при 588 нм и гидродинамический диаметр 750 ± 10 нм. Сигнал электрохимического окисления конъюгата Нар-Саг-БСА@НЧСи, полученный методом инверсионной вольтамперометрии наблюдается при +0,2 В;
5. Найден способ гетеробифункционального кросс-сшивания специфических иммуноглобулинов против карбарила на поверхности ЗГЭ;
6. Разработан алгоритм проведения электрохимического иммуноанализа для определения карбарила в зерновых культурах;
7. Проведена оценка основных метрологических характеристик разработанного электрохимического иммуносенсора для количественного
определения карбарила в зерновых культурах (критерии IC5O=3,75-10-3 мкг/кг и IC1O=5,0-10-5 мкг/кг, диапазон определяемых содержаний от 5,0-10-4 до 2,0-10-2 мкг/кг, погрешность в диапазоне от 5,0-10-4 до 2,0-10-2 мкг/кг составила 14 %, показатель повторяемости 4%, показатель внутрилабораторной прецизионности 9%. специфичность < 7%).



1. Aktar W. Impact of pesticides use in agriculture: their benefits and hazards / Sengupta D., Chowdhury A. // Interdisciplinary Toxicology. - 2009. - V. 2. - № 1. - P. 1 - 12. DOI:10.2478/v10102-009-0001-7
2. Brown J. Handbook of Pesticide Toxicology (Second Edition). - 2001. - V.
1. - P. 515-530. DOI: 10.1093/ae/37.4.244
3. ГН 1.2.1323-03 Гигиенические нормативы содержания пестицидов в объектах окружающей среды. 2013. - 36 с.
4. ГОСТ Р 51247-99 Пестициды. Общие технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. - 12 с.
5. ГОСТ 14189-81 Пестициды. Правила приемки, методы отбора проб, упаковка, маркировка, транспортирование и хранение. М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. - 40 с.
6. Гигиеническая классификация пестицидов по степени опасности. Методические рекомендации. №2001/26. М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. - 19 с.
7. Федеральный закон № 109-ФЗ «О безопасном обращении с
пестицидами и агрохимикатами». 1997. - 27 с.
8. Методические указания по диагностике и профилактике отравления сельскохозяйственных животных карбаматными пестицидами. Сборник методических указаний. - М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России,1977. - Вып. 1. - Ч. 2. -29с.
9. Sharma R.P. In Toxicology of Organophosphate & Carbamate Compounds.
Academic Press Inc Elsevier, 2006. - P. 768. DOI: 10.1016/B978-0-12-088523-
7.X5000-5
10. Van Toan P. Pesticide management and their residues in sediments and surface and drinking water in the Mekong Delta, Vietnam / Sebesvari Z, Biasing M, Rosendahl I, Renaud FG // Sci Total Environ. - 2013. - № 452. - P. 28-39. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2013.02.026
11. Park J-Y. Simultaneous multiresidue analysis of 41 pesticide residues in cooked foodstuff using QuEChERS: comparison with classical method / Choi JH, Abd el-Aty AM, Kim BM, Oh JH, Do JA, Kwon KS, Shim KH, Choi OJ, Shin SC, Shim JH // Food Chem. - 2011. - №128. - Р. 241-253. DOI:10.1016/j.foodchem.2011.02.065
12. Srivastava A.K. Monitoring of pesticide residues in market basket samples of vegetable from Lucknow City, India: QuEChERS method / Trivedi P, Srivastava M, Lohani M, Srivastava L.P. // Environ Monit Assess. - 2011. - № 176. -Р. 465-472. DOI:10.1007/s10661-010-1597-y
13. Van Dyk J.S. Review on the use of enzymes for the detection of
organochlorine, organophosphate and carbamate pesticides in the environment / Pletschke B. // Chemosphere. - 2011. - № 82. - Р. 291-307.
DOI: 10.1016/j.chemosphere.2010.10.033
14. Dogheim S. Monitoring of pesticide residues in Egyptian fruits and vegetables during / El-Marsafy A, Salama E, Gadalla S, Nabil Y. // Food Addit Contam.
- 2002. - № 19. - Р. 1015-1027. DOI:10.1080/02652030210157655
15. Soliman K. Changes in concentration of pesticide residues in potatoes during washing and home preparation. / Soliman K. // Food Chem Toxicol. - 2001. - № 39. - Р. 887-891. DOI:10.1016/S0278-6915(00)00177-0
...100


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ