Регистрация / Вход
Прислать материал

Новые амперометрические сенсоры на основе электрополимеризованных фенольных соединений для оценки антиоксидантных свойств некоторых напитков

Сведения об участнике
ФИО
Козлова Екатерина Валерьевна
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Органическая и элементоорганическая химия. Аналитическая химия органических соединений
Тема
Новые амперометрические сенсоры на основе электрополимеризованных фенольных соединений для оценки антиоксидантных свойств некоторых напитков
Резюме
Работа посвящена электрохимической оценке антиоксидантных свойств напитков (вин и чая) c применением новых химически модифицированных электродов на основе наноматериалов и электрополимеризованных природных фенольных антиоксидантов (полиэвгенола и поликверцетина). Модификация обеспечивает селективность и чувствительность отклика на фенольные антиоксиданты. Найдены рабочие условия модификации электродов и их операционные и аналитические характеристики. Новые электроды-сенсоры использованы для скрининга антиоксидантной емкости вин и чая и характеризуются простотой технологии их изготовления, доступностью и надежностью получаемых результатов.
Ключевые слова
Химически модифицированные электроды, электрополимеризованные материалы, фенольные антиоксиданты, углеродные наноматериалы, антиоксидантная емкость, анализ пищевых продуктов
Цели и задачи
Цель работы - создать новые модифицированные электроды на основе углеродных нанотрубок и электрополимеризованных фенольных антиоксидантов эвгенола и кверцетина и разработать способы вольтамперометрической оценки антиоксидантной емкости вин и чая с использованием таких электродов, что расширит границы применения описанных модификаторов в прикладных областях аналитической химии, в частности, химии пищевых продуктов.
В работе были поставлены следующие задачи:
• Найти условия электрополимеризации эвгенола и кверцетина на электроде, модифицированном многослойными углеродными нанотрубками;
• Оценить электрохимическую активность природных фенольных антиоксидантов на электроде, модифицированном многослойными углеродными нанотрубками и полиэвгенолом или поликверцетином;
• Разработать способы вольтамперометрической оценки антиоксидантной емкости вин и чая и сопоставить полученные результаты с общепринятыми параметрами: общим содержанием фенольных соединений и антиоксидантной активностью по реакции с 2,2-дифенил-1-пикрил-гидразилом.
Введение

В последнее время наблюдается устойчивая тенденция по использованию модифицированных электродов в органическом электрохимическом анализе. Одним из способов модификации поверхности электрода является формирование полимерных пленок за счет электрополимеризации подходящих мономеров, среди которых можно выделить природные фенольные антиоксиданты, представляющие теоретический и практический интерес как модификаторы поверхности электродов, в том числе в сочетании с углеродными нанотрубками. Это направление исследований является актуальным и соответствует тенденциям развития современного органического электроанализа.

Методы и материалы

В работе использовали танин фармакопейной чистоты (Fluka, Germany), 98%-ный кверцетин дигидрат, 98%-ный катехин гидрат, 99%-ный эпигаллокатехин галлат, 99%-ную галловую, 98%-ную кофейную кислоту, 99%-ный ресвератрол (Sigma, Germany) и 99 %-ную феруловую кислоту (Aldrich, Germany), стандартные 1-10 мМ растворы которых готовили в этаноле. Остальные реактивы были марки х.ч. и этанол ректификат. В качестве модификатора поверхности электрода применяли многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ) с внешним диаметром 40-60 нм, внутренним диаметром 5-10 нм и длиной 0.5-500 мкм от Aldrich (Germany), гомогенную 0.5 мг/мл суспензию которых получали ультразвуковым диспергированием в 1% додецилсульфате натрия. Электрод модифицировали МУНТ методом капельного испарения.

Вольтамперометрическое определение проводили на потенциостате/гальваностате µAutolab Type III (Eco Chemie B.V., Netherlands) в трехэлектродной ячейке. Фотометрические измерения проводили на спектрофотометре ПЭ-5300 ВИ (Экрос, Россия). Для характеристики поверхности электродов применяли настольный сканирующий электронный микроскоп TM-1000 (Hitachi, Japan).

Чай готовили по стандартной методике: навеску чая (2.0000±0.0001 г) заливали 200 мл доведенной до кипения водой, настаивали 5 мин, затем фильтровали и использовали раствор для дальнейших исследований. Вина анализировали без предварительной пробоподготовки сразу после вскрытия упаковки.

Описание и обсуждение результатов

 Найдены условия получения полиэвгенола и поликверцетина на поверхности стеклоуглеродного электрода, модифицированного многослойными углеродными нанотрубками, которые представляют собой трехмерные пористые покрытия, что подтверждает протекание электрополимеризации и приводит к значительному увеличению рабочей поверхности электрода. Пленки полиэвгенола и поликверцетина формируются циклированием потенциала (5 циклов) в щелочной среде от 0 до 0.8 В и от -0.1 до 1 В, соответственно. Показано, что в структуре пленки полиэвгенола присутствуют электроактивные фрагменты типа о-хинон-пирокатехин, которые в кислой среде дают обратимые пики на циклических вольтамперограммах. Электрод на основе поликверцетина не проявляет электрохимическую активность в нейтральных средах.

Найдены вольтамперные характеристики природных фенольных антиоксидантов различных классов на модифицированных полиэвгенолом и поликверцетином электродах в дифференциально-импульсном режиме. Потенциалы первого пика окисления флавоноидов и гидроксикоричных кислот, содержащих о-дигидрокси фрагмент, подтверждают сходный путь окисления и хорошо согласуются с описанными ранее на МУНТ/СУЭ [1-3]. В случае танина и галловой кислоты наблюдается незначительное смещение первого потенциала окисления, что, вероятно, связано с присутствием в их структуре тригидрокси-фрагментов. Ресвератрол окисляется при более положительных потенциалах. Первый пик соответствует окислению фенольного кольца, а второй – резорцинового фрагмента [4].

Установлено, что вина и чай электрохимически активны на созданных электродах. Наблюдаемые пики окисления являются интегральными и обусловлены окислением основных фенольных антиоксидантов объектов (флавоноидов, гидроксикоричных и галловой кислот для вин и катехинов, флавоноидов и танинов для чая). Вклад индивидуальных антиоксидантов оценен методом стандартных добавок индивидуальных соединений. На основе полученных результатов разработаны вольтамперометрические способы оценки антиоксидантной емкости вин и чая, которую выражали в эквивалентах катехина в пересчете на 1 л вина и в эквивалентах эпигаллокатехин галлата в пересчете на 100 мл чая. Диапазон определяемых содержаний составляют 1.00-250 мкМ для катехина и 0.5-10 и 10-100 мкМ для эпигаллокатехин галлата с пределами обнаружения 0.21 мкМ и 0.039 мкМ, соответственно. Подходы характеризуются простотой, доступностью и надежностью получаемых результатов. Выявлено статистически достоверное различие в антиоксидантной  емкости красных и белых вин, а также зеленого, полуферментированного и черного чая. Установлены положительные корреляции антиоксидантной емкости по данным вольтамперометрии с общепринятыми параметрами, характеризующими антиоксидантные свойства напитков: общим содержанием фенольных соединений и антиоксидантной активностью (r = 0.694-0.994).

Используемые источники
1. Ziyatdinova G.K., Nizamova A.M., Aytuganova I.I., Budnikov H.C. Voltammetric evaluation of the antioxidant capacity of tea on electrodes modified with multi-walled carbon nanotubes // J. Anal. Chem.- 2013.- V.68.– № 2.- P.132-139.
2. Ziyatdinova G., Nizamova A., Aytuganova I., Budnikov H. Differential pulse voltammetric assay of coffee antioxidant capacity with MWNT-modified electrode // Food Anal. Meth.- 2013.- V.6.- № 6.- P.1629-1638.
3. Ziyatdinova G., Aytuganova I., Nizamova A., Morozov M., Budnikov H. Cyclic voltammetry of natural flavonoids on MWNT-modified electrode and their determination in pharmaceuticals // Collect. Czech. Chem. Commun.- 2011.- V.76.- № 12.- P.1619-1631.
4. Corduneanu O., Janeiro P., Brett A.M.O. On the electrochemical oxidation of resveratrol // Electroanalysis.- 2006.- V.18.-№ 8.- P.757-762.
Information about the project
Surname Name
Kozlova Ekaterina
Project title
New amperometric sensors based on electropolymerized phenolic compounds for evaluation of antioxidant properties of some beverages
Summary of the project
The work is devoted to the electrochemical evaluation of beverages (wines and teas) antioxidant properties using new chemically modified electrodes based on the nanomaterials and electropolymerized natural phenolic antioxidants (polyeugenol and polyquercetin). The electrode modification provides the response selectivity and sensitivity towards phenolic antioxidants. The working conditions of electrodes modification and their operational and analytical characteristics are found. New electrodes-sensors are used for the screening of wines and teas antioxidant capacity and characterized by easy creation technology, simplicity and reliability of the results obtained.

Keywords
Chemically modified electrodes, electropolymerized materials, phenolic antioxidants, carbon nanomaterials, antioxidant capacity, food analysis