Determination of paracetamol by stripping voltammetry on electrodes modified with rare earth elements.pdf Введение Парацетамол, или ^(4-гидроксифенил) ацетамид, является одним из наиболее широко используемых обезболивающих и жаропонижающих нестероидных противовоспалительных препаратов. Активность парацетамола аналогична активности аспирина, поэтому он является хорошей альтернативой для пациентов, обладающих повышенной чувствительностью к ацетилсалициловой кислоте [1]. Парацетамол входит в состав лекарственных препаратов, выпускаемых в разнообразных формах: порошки (Колдрекс, Фервекс для детей и взрослых, Терафлю от гриппа и простуды), таблетки 32 Определение парацетамола методом инверсионной вольтамперометрии (Панадол, Пенталгин, Цитрамон, Ринза и др.), свечи (Цефекон, Эффералган и др.), капсулы (Солпадеин), суспензии (Детский Панадол); кроме того, в аптеках в свободной продаже имеется парацетамол в виде таблеток [2]. Парацетамол не оказывает вредного воздействия на организм человека, однако его использование в больших дозах в течение длительного времени может приводить к гепатоксии, нефротоксии, аллергическим реакциям и вызывать экзему и астму. Широкое применение лекарственных средств, содержащих в своем составе парацетамол, привело к поиску новых чувствительных и экспрессных способов его определения. В настоящее время существует множество аналитических методов для определения данного вещества, таких как титриметрия, ИК-спектроскопия, спектрофотомерия, хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография с детектором UV - Vis, ВЭЖХ с ГХ-МС, вольтамперометрия, хемилюминесцентные и проточные методы [3, 4]. Метод вольтамперометрии имеет ряд преимуществ благодаря простоте выполнения процедуры, доступной стоимости оборудования, быстрому чувствительному, селективному и точному отклику электрода, особенно при использовании химически модифицированных электродов с электрокаталитическими свойствами [5, 6]. В качестве модификаторов используются различные материалы, например композиты, которые состоят из наночастиц оксида цинка и углеродных нанотрубок [7], композиты на основе оксида графена, углеродной черни, наночастиц меди, а также редкоземельные элементы (РЗЭ). Химическая модификация поверхности электрода придает ей особые свойства, которые способствуют повышению чувствительности, селективности и воспроизводимости метода. По этой причине поиск и создание химически модифицированных электродов (ХМЭ), обладающих медиаторными свойствами, для вольтамперометрического определения широкого круга органических соединений является актуальным направлением современных электроаналитических исследований [5, 8]. В последние десятилетия редкоземельные элементы стали находить широкое применение в элетрокатализе. Одна из главных причин, по которым РЗЭ все чаще используются для электрокатализа, - уникальная электронная структура орбитали 4f и соответствующее лантаноидное сжатие [9]. Подуровень 4f редкоземельных элементов имеет семь валентных орбиталей, способных образовывать связи, которые могут быть задействованы как резервные. Поэтому такие элементы можно использовать в качестве добавок или активаторов для улучшения каталитических свойств исходных материалов [10]. В настоящее время редкоземельные металлы пользуются особой популярностью для модификации электрокатализаторов на основе платины. Например, сплав PtLa демонстрируют превосходную каталитическую активность и долгосрочную стойкость к реакции окисления этанола [11]. Сплавы Pt с такими металлами, как европий, тербий и неодим, активно используются для улучшения каталитической активности окисления метанола [12]. Каталитическая активность лантана, церия, празеодима, неодима и прометия обычно не изучается из-за их радиоактивности [9]. 33 А. О. Кинсфатор, В. В. Шелковников В качестве наиболее распространенных модификаторов выступают оксиды редкоземельных элементов, сами элементы используются не так часто. Модифицированный оксидом неодима углеродсодержащий электрод проявляет высокие электрохимические каталитические свойства в реакции окисления парацетамола, что указывает на возможность применения такого электрода для обнаружения данного вещества [13]. В представленной работе было решено рассмотреть, как другие металлы, в виде ионов, а не оксидов, могут влиять на процесс окисления парацетамола. Цель работы заключалась в разработке методики определения парацетамола методом инверсионной вольтамперометрии на электродах, модифицированных редкоземельными элементами. Материалы и методы исследования Вольтамперометрические измерения проводили на анализаторе TA-LAB (НПО «Томьаналит») в постояннотоковом режиме в двухэлектродной ячейке. В качестве рабочего электрода для определения парацетамола методом инверсионной вольтамперометрии (ИВА) предложено использовать углеродсодержащий электрод, модифицированный тербием и европием, а электродом сравнения служил хлоридсеребряный в 1 M KCl. Закрепление модификатора на поверхности электрода проводили методом физической адсорбции. В электрохимическую ячейку вносили 10 мл натрий-фосфатного буферного раствора с pH = 6,86 и добавляли 40 мкл раствора хлорида европия / нитрата тербия. Проводили накопление европия / тербия при потенциале -1,7 В. Для изучения электрохимического поведения парацетамола на электроде, модифицированном РЗЭ, во вторую электрохимическую ячейку помещали 10 мл буферного раствора, вносили раствор парацетамола с концентрацией 0,2 мг/л и 0,1 мг/л. Значения используемых потенциалов варьировали от -1,1 до -0,1 В. Время накопления тербия и парацетамола - 30 с. УФ спектры регистрировали на спектрофотометре UNICO-2800UV. В работе использовали европий (III) хлористый EuCB (хч), тербий (III) азотнокислый Tb(NO3)3 (хч), натрий-фосфатный буферный раствор (pH = 6,86). Стандартные растворы парацетамола готовили разбавлением из ГСО. Все растворы готовили на деионизированной воде, полученной на Sartorius arium®pro. Процесс пробоподготовки к апробации методики включал в себя растворение лекарственных препаратов (пенталгина и цитрамона) в форме таблеток в 100 мл деионизированной воды с последующим фильтрованием на бумажном фильтре. Результаты и обсуждение Парацетамол не является электроактивным веществом, хоть и содержит группы, которые могут участвовать в процессе переноса электронов. В присутствии парацетамола на вольтамперограмме проявляется сигнал в виде 34 Определение парацетамола методом инверсионной вольтамперометрии слабовыраженного пика в области +0,15 В. Для определения таких веществ можно использовать процесс связывания их в комплексные соединения с ионами металлов, которые способны окисляться или восстанавливаться на электроде. Аналитические сигналы парацетамола, полученные на графитовом электроде, представлены на рис. 1. Рис. 1. Вольтамперная кривая окисления парацетамола на графитовом электроде: 1 - фоновый электролит + парацетамол 2 мг/л; 2 - фоновый электролит-натрий-фосфатный буфер c pH = 6,86 Накопление РЗЭ происходит в сильно отрицательной области потенциалов. Кроме восстановления, в этой области происходят и другие процессы, которые затрудняют проявление сигнала. На кривой окисления тербия, представленной на рис. 2, а, наблюдается три пика, что соответствует ступенчатому окислению Tb на электроде в области сильно отрицательных значений потенциалов: сначала происходит переход степени окисления из 0 в +1, затем в +2 и далее в +3. На рис. 2, б представлена вольтамперная кривая окисления европия. Кривая имеет две волны. Появление первой волны вызвано окислением и переходом из степени окисления 0 в степень +1, второй волны - переходом из степени окисления +1 в +3. Так как зависимость для парацетамола была слабовыраженной, то для улучшения сигнала было проведено предварительное осаждение РЗЭ на электроде при потенциале -1,7 В, и далее модифицированный электрод использовался для накопления парацетамола при потенциале -0,9 В (рис. 3). 35 А. О. Кинсфатор, В. В. Шелковников Рис. 2. Вольтамперограммы окисления на графитовом электроде: а - тербия (1 - фоновый электролит + Tb(NO3)3 (конц. 4- 10-6М); 2 - фоновый электролит + Tb(NO3)3 (конц. 2- 10-6М)); б - европия (фоновый электролит + EuCl3 (конц.4- 10-6М) Рис. 3. Дифференциальные вольтамперные кривые окисления парацетамола на электроде, модифицированном тербием (а) и европием (б). Концентрация парацетамола: 1 - 10 мг/л, 2 - 5 мг/л 36 Определение парацетамола методом инверсионной вольтамперометрии Для объяснения эффекта возрастания сигнала были получены УФ-спектры. Измерения проводили в интервале от 190 до 300 нм. На представленном на рис. 4 УФ-спектре проявляется сигнал в области 241 нм, что соответствует максимуму поглощения водного раствора парацетамола. При добавлении в раствор парацетамола тербия и европия происходит уменьшение сигнала пропорционально концентрации парацетамола. На основании этого можно сделать предположение, что образуется соединение, которое легче окисляется на электроде. Рис. 4. УФ спектры: 1 - парацетамол 110-5 М; 2 - парацетамол 1 ■ 10-5 М : ЕиСІз 2-10-6 М; 3 - парацетамол 110-5 М : ТЪ(ЫОз)з 210-6 М; 4 - водный раствор ТЬ(ЫОз)з 210-6 М; 5 - водный раствор ЕиСІз 210-6 М При потенциале накопления -0,9 В происходит окисление металлического европия на поверхности электрода с 0 до +1. При данном потенциале Еи+ взаимодействует с парацетамолом, образуя комплексное соединение, адсорбирующееся на поверхности электрода. Далее при анодной развертке происходит процесс окисления комплекса, и образовавшийся 4-ацетамидоциклогексанон переходит в раствор. С тербием процесс протекает аналогично. Возможный механизм реакции окисления парацетамола на электроде, модифицированном европием, может быть представлен схемой: 37 А. О. Кинсфатор, В. В. Шелковников Для выбора оптимальных условий регистрации вольтамперных кривых изучено влияние потенциала электролиза, концентрации и времени концентрирования на величину аналитического сигнала. Величина тока пика возрастает в более отрицательной области потенциалов вне зависимости от металла-модификатора. Зависимость выходит на предел при потенциале -0,9 В, по этой причине данный потенциал предложен в качестве оптимального. Зависимость тока пика от времени электролиза линейна в изученном диапазоне от 20 до 120 с, что позволяет варьировать условия анализа при различном содержании парацетамола в растворе. Концентрационная зависимость в случае комплексного соединения с тербием имеет линейный характер и описывается уравнением I = 0,578C - 0,037 (R2 = 0,979). Нижняя граница определяемых содержаний - 0,12 мг/л. При разрядке комплекса с европием наблюдается небольшой линейный диапазон зависимости, до 0,4 мг/л, далее происходит выход на предел. Поэтому в качестве модификатора предложено использовать тербий, а не европий. Проверку правильности методики проводили на лекарственных препаратах, содержащих парацетамол. Было выбрано два препарата - пенталгин и цитрамон. Результаты определения парацетамола на электродах, модифицированных европием и тербием, представлены в табл. 1, 2 соответственно. Таблица 1 Результаты определения парацетамола в лекарственных средствах методом инверсионной вольтамперометрии на электроде, модифицированном европием (n = 5), t(0,054) = 2,78 Препарат Номинальное содержание парацетамола в 1 таблетке, мг Содержание парацетамола, мг/табл. t (экс) Пенталгин 325 196 ± 49 12,9 Цитрамон 180 111 ± 28 16,8 38 Определение парацетамола методом инверсионной вольтамперометрии Т аблица 2 Результаты определения парацетамола в лекарственных средствах методом инверсионной вольтамперометрии на электроде, модифицированном тербием (n = 5), ^(0,05^4) = 2,78 Препарат Номинальное содержание парацетамола в 1 таблетке, мг Содержание парацетамола, мг/табл. t(экс) Пенталгин 325 300 ± 75 2,65 Цитрамон 180 163 ± 41 2,72 В случае с электродом, модифицированным европием, результаты получились заниженными, содержание парацетамола в образцах не соответствует заявленному. Возможной причиной таких результатов является достаточно низкий диапазон линейности. Модификация электрода тербием показала более высокие результаты определения вещества. Выявленное содержание парацетамола близко к заявленному. На основании полученных результатов для модификации графитсодержащего электрода было предложено использовать тербий. Выводы Показана возможность использования метода инверсионной вольтамперометрии для определения парацетамола на графитовом электроде, модифицированном тербием. Методика определения отличается простотой и экспрессностью. Предложен возможный механизм процесса окисления комплекса парацетамола на электроде, модифицированном РЗЭ. Разработан алгоритм определения парацетамола методом ИВА на электроде, модифицированном тербием, в растворах лекарственных препаратов, позволяющий контролировать его содержание в диапазоне 0,1-1,5 мг/л. Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Скачать электронную версию публикации