Твердоконтактные и планарные сенсоры для определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков в водных и биологических средах

Впервые разработаны твердоконтактные и планарные сенсоры на основе соединения тетрадециламмония с комплексом серебро (I) – цефотаксим для определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков. Изучены их электроаналитические и операционные характеристики, а также селективность по отношению к другим цефалоспоринам. Показана возможность применения сенсоров на основе Ag(Ceftx)2TDA для определения антибиотиков в смешанной слюне.

Целью работы является создание твердоконтактных и планарных потенциометрических сенсоров на основе соединения тетрадециламмония с комплексом серебро (I) – цефотаксим для определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков в водных и биологических средах.
Для достижения поставленной цели решены задачи:
синтезировано электродноактивное вещество – соединение тетрадециламмония с комплексом серебро (I) – цефотаксим;
изготовлены пластифицированные мембраны и углеродсодержащие чернила;
определены электроаналитические и операционные характеристики твердоконтактных и планарных сенсоров на основе Ag(Ceftx)2TDA и проведена их сравнительная оценка;
показано применение сенсоров для определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков в водных и биологических средах.

Цефалоспориновые антибиотики применяются в терапии больных синуситами, внебольничной пневмонии и других инфекционно-соматических патологий. Использование потенциометрических сенсоров при исследовании фармакокинетики антибиотиков, определения максимальной терапевтической дозы является актуальным. Ранее на кафедре аналитической химии были разработаны жидкоконтактные сенсоры на основе соединений тетраалкиламмония с комплексом серебро (I) – β-лактамный антибиотик. Основной недостаток- использование сенсоров только в вертикальном положении. Твердоконтактные и планарные сенсоры позволяют проводить исследования при любой ориентации в пространстве и в микрообъемах проб, что важно для анализа биологических жидкостей.

Методы исследования: потенциометрия, рН-метрия, спектроскопия. В качестве электродноактивных соединений (ЭАС)  в мембранах сенсоров использовали соединение тетрадециламмония (TDA) с комплексным соединением серебро (І) – цефотаксим Ag(Ceftx)2. Комплекс получали при взаимодействии нитрата серебра с цефотаксимом (рН=8). Пластифицированная мембрана содержала ЭАС, растворитель-пластификатор – дибутилфталат и поливинихлорид (СЭАС= 3.2%); электронный проводник - графит. Углеродсодержащие чернила содержали ЭАС, порошок углерода, дибутилфталат, ПВХ, смесь циклогексанона и ацетона  в соотношении 1:1 (СЭАС= 2%). В качестве материалов подложки выбран полиэфир; токоотвод – медная проволока. 

Оценены электроаналитические и операционные характеристики исследуемых сенсоров в растворах цефотаксима, цефазолина, цефтриаксона, цефепима, цефалексина и цефуроксима: интервал линейности электродный функций, угловые коэффициенты, время отклика, дрейф потенциала, предел обнаружения и срок службы. Электроаналитические характеристики сенсоров в растворах цефотаксима приведены в табл.1.

Таблица 1.

Электроаналитические характеристики сенсоров на основе Ag(Ceftx)₂TDA (n=3, p=0.95)

Электроаналитические характеристики	Сенсоры
	твердоконтактный	планарный
Е=f(С), M	5·10-5-1·10-1	1·10-4-1·10-1
S, Мв/Рс	55±5	45±4
Ср, min, М	5·10-5	1·10-4
tстац., с (10-2 М)	130	50
Vmin, мл	0,02	0,02

Твердоконтактный сенсор по своим электроаналитическим характеристикам превосходит планарный, но основное преимущество последнего заключается в том, что он может быть использован при анализе малых объемов проб.

Была изучена селективность сенсоров к различным цефалоспориновым антибиотикам. Сенсоры на основе Ag(Ceftx)2TDA не проявляют чувствительность к таким цефалоспоринам как цефуроксим и цефалексин (угол наклона электродной функции 12 и 9 соотвественно), но реагирует на цефазолин (α = 52), цефтриаксон и цефепим (α = 24 и 23 соответственно; двухзарядные ионы).

В литературе имеются сведения о селективности жидкоконтактного сенсора на основе Ag(Ceftx)₂TDA к неорганическим ионам. ИСЭ являются высокоселективными по отношению к следующим неорганическим ионам: Cl^-, Br^-, HCO^3-, H₂PO^4-, CO₃^2-, HPO4^2-. Коэффициенты селективности свидетельствуют о возможности определения цефалоспориновых антибиотиков при 10-100 кратных избытках мешающих неорганических ионов. Это является особенно важным при использовании потенциометрических сенсоров в анализе биологических жидкостей. 

Твердоконтактные сенсоры и электроды, изготовленные методом трафаретной печати на основе Ag(Ceftx)₂TDA были применены для определения цефотаксима в модельных водных растворах и на фоне ЖРП (табл.2). 

Таблица 11.

Результаты определения цефотаксима в модельных растворах

Твердоконтактный сенсор	Водный раствор			ЖРП
	Введено, мг/25мл	Найдено, мг/25мл	D, %	Введено, мг/10мл	Найдено, мг/10 мл	D,%
	2,3	1,9 ± 0,4	13	1,0	1,3 ± 0,3	13
	5,7	5,9 ± 1,0	13	2,3	2,5 ± 0,4	10
	22	26± 5	13	10	9,6 ± 1,7	7,2
	57	64± 7	12	22	23± 6	2,3
Планарный сенсор	Водный раствор			ЖРП
	Введено, мг/25мл	Найдено, мг/25мл	D, %	Введено, мг/10мл	Найдено, мг/10 мл	D,%
	2,3	2,0 ± 0,4	12	1,0	0,8 ± 0,3	14
	5,7	5,9 ± 1,0	3,5	2,3	2,2 ± 0,5	3,6
	22	24± 5	4,9	10	10 ± 2	3,7
	57	58± 7	3,1	22	22 ± 2	2,8

Относительная погрешность измерения варьируется в пределах 2-14%. Данные значения являются приемлемыми, поскольку в методе прямой потенциометрии, в связи с существованием логарифмической зависимости потенциала от определяемой концентрации, погрешность измерения может достигать 20%. 

1. Макарова Н.М., Кулапина Е.Г. Планарные потенциометрические сенсоры на основе углеродных материалов для определения додецилсульфата натрия // Электрохимия. 2015. Т.51. №7. С.757-764.
2. Кулапина О. И., Михайлова М. С., Кулапина Е. Г. Ионометрическое определение цефуроксима и цефуроксим аксетила в биологических и лекарственных средах. // Известия Сарат. ун-та. 2013. Т. 13. № 3. С.
3. Кулапина О. И., Барагузина В.В., Скобликова Н. В. Ионометрическое определение цефотаксима в биологических средах. // Хим.-фарм. журн. 2008. Т. 42. №3. С. 48-50.
4. Леус П.А., Троцкая О.С., Лобко С.С. и др. Смешанная слюна (состав,
свойства, функции) // Учеб.-метод. пособие Минск: БГМУ. 2004 С.42.

For the first time for the determination of some cephalosporin antibiotics the solid-state and planar sensors based on compounds tetradecylammonium with the complex silver(I) – cefotaxime were designed. Their electroanalytical, operational characteristics, and selectivity were studied. The sensors based on Ag(Ceftx)2TDA were used for determination antibiotics in mixed saliva.