Амперометрия
Амперометрия в химии — это обнаружение ионов в растворе на основе электрического тока или изменений электрического тока.
Амперометрия используется в электрофизиологии для изучения везикул событий высвобождения с использованием электрода из углеродного волокна . В отличие от патч-зажима методов , электрод , используемый для амперометрии, не вставляется в ячейку и не прикрепляется к ней, а подносится поблизости от ячейки. Измерения с электрода происходят из-за реакции окисления везикулярного груза, высвобождаемого в среду. Другой метод, используемый для измерения высвобождения везикул, — это емкостные измерения.
Это электрический ток, измеряемый между парой электродов. Измеряемый ток прямо пропорционален концентрации аналита. Пример: Монитор уровня глюкозы в крови
В качестве рабочего электрода используется углерод, покрытый медиатором и глюкозооксидазой. В качестве электрода сравнения используется Ag/AgCl. Фермент оксидаза катализирует реакцию глюкозы с кислородом. Концентрацию перекиси водорода измеряют по окислению, которое происходит при +0,6 В.
H 2 O 2 -->O 2 +2H+ + 2e-
Ток прямо пропорционален концентрации H 2 O 2 , а она, в свою очередь, прямо пропорциональна концентрации глюкозы. Если O 2 низкий, полная конверсия задерживается. Таким образом, вводится медиатор ферроцен. Теперь ток прямо пропорционален концентрации ферроцена, который, в свою очередь, прямо пропорционален концентрации глюкозы.
История [ править ]
Электрохимическое или амперометрическое обнаружение, поскольку оно впервые было использовано в ионной хроматографии , представляло собой однопотенциальную амперометрию или амперометрию постоянного тока, подходящую для определенных электрохимически активных ионов, таких как цианид, сульфит и йодид. Разработка импульсного амперометрического обнаружения (PAD) аналитов, которые при обнаружении загрязняли поверхности электродов, в конечном итоге помогла создать новую категорию ионной хроматографии для определения углеводов . Другое достижение, известное как интегрированная амперометрия, повысило чувствительность к другим электрохимически активным веществам, таким как амины и многие соединения, содержащие восстановленные группы серы , которые иногда слабо обнаруживаются с помощью PAD. [1]
Было установлено, что нейромедиаторы можно обнаружить электрохимически , поместив угольный электрод в ткань и зарегистрировав ток окисляющих нейромедиаторов. [2] Одно из первых измерений было проведено с помощью имплантированного электрода из углеродного волокна в неостриатум крыс. [3] Дальнейшая работа была проведена на хромаффинных клетках для изучения высвобождения катехоламинов из крупных везикул с плотным ядром. [4] [5]
Методы обнаружения [ править ]
Однопотенциальная амперометрия [ править ]
Любой аналит, который может быть окислен или восстановлен, является кандидатом на амперометрическое обнаружение. Простейшей формой амперометрического обнаружения является однопотенциальная амперометрия или амперометрия постоянного тока (DC). Напряжение (потенциал) прикладывается между двумя электродами колонны , расположенными в отходящем потоке . Измеряемый ток изменяется по мере того, как электроактивное аналит окисляется на аноде или восстанавливается на катоде. Однопотенциальная амперометрия использовалась для обнаружения анионов слабых кислот, таких как цианид и сульфид , которые проблематичны для кондуктометрических методов. Другим, возможно, более важным преимуществом амперометрии перед другими методами обнаружения этих и других ионов, таких как йодид, сульфит и гидразин , является специфичность. Приложенный потенциал можно регулировать, чтобы максимизировать реакцию интересующего аналита и минимизировать реакцию мешающих аналитов. [6]
Импульсная амперометрия (импульсное амперометрическое обнаружение, PAD) [ править ]
Расширением однопотенциальной амперометрии является импульсная амперометрия, которая чаще всего используется для анализа аналитов, которые имеют тенденцию загрязнять электроды. Аналиты, загрязняющие электроды, уменьшают сигнал при каждом анализе и требуют очистки электрода. При импульсном амперометрическом обнаружении (PAD) на короткое время (обычно несколько сотен миллисекунд) подается рабочий потенциал, за которым следуют более высокие или более низкие потенциалы, которые используются для очистки электрода. Ток измеряется только при подаче рабочего потенциала, затем последовательные измерения тока обрабатываются детектором для получения плавного выходного сигнала. PAD чаще всего используется для обнаружения углеводов после анионообменного разделения, но дальнейшее развитие подобных методов открывает перспективы для обнаружения аминов, восстановленных форм серы и других электроактивных соединений.
Принцип [ править ]
Чтобы зарегистрировать слияние пузырьков, электрод из углеродного волокна подносят близко к клетке. Электрод удерживается под положительным потенциалом, и когда груз из слитой везикулы находится рядом с электродом, окисление груза переносит электроны на электрод. Это вызывает всплеск, размер которого можно использовать для оценки количества везикул, а частота дает информацию о вероятности высвобождения. [7]
Ссылки [ править ]
- ^ DC Джонсон и WR LaCourse, Аналитическая химия , 62 (1990), 589A-97A.
- ^ Киссинджер П.Т., Харт Дж.Б., Адамс Р.Н. (май 1973 г.). «Вольтамперометрия в тканях головного мозга - новое нейрофизиологическое измерение». Исследования мозга . 55 (1): 209–13. дои : 10.1016/0006-8993(73)90503-9 . ПМИД 4145914 .
- ^ Гонон Ф., Чеспульо Р., Пончон Дж.Л. и др. (апрель 1978 г.). «Непрерывное электрохимическое определение высвобождения дофамина in vivo в неостриатуме крыс». Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série D (на французском языке). 286 (16): 1203–6. ПМИД 96981 .
- ^ Лещишин DJ, Янковский Дж.А., Виверос О.Г., Дилиберто Э.Дж., Нир Дж.А., Вайтман Р.М. (сентябрь 1990 г.). «Секреция катехоламинов, опосредованная никотиновыми рецепторами, из отдельных хромаффинных клеток. Химические доказательства экзоцитоза» . Журнал биологической химии . 265 (25): 14736–7. дои : 10.1016/S0021-9258(18)77173-1 . ПМИД 2394692 .
- ^ Вайтман Р.М., Янковски Дж.А., Кеннеди Р.Т. и др. (декабрь 1991 г.). «Временно разрешенные выбросы катехоламинов соответствуют высвобождению единичных пузырьков из отдельных хромаффинных клеток» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 88 (23): 10754–8. Бибкод : 1991PNAS...8810754W . дои : 10.1073/pnas.88.23.10754 . ПМК 53009 . ПМИД 1961743 .
- ^ Сеттл, Ф. (Ред.). (1997). Справочник инструментальных методов аналитической химии (1-е изд.). Прентис Холл.
- ^ Мошаров Е.В., Зульцер Д. (сентябрь 2005 г.). «Анализ экзоцитотических событий, зарегистрированных с помощью амперометрии». Природные методы . 2 (9): 651–8. дои : 10.1038/nmeth782 . ПМИД 16118635 . S2CID 15489257 .