Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
Ион аммония является слабой кислотой с рКа = 9,25; это означает, что ионы
NH4 находятся в равновесии с NH3 в диапазоне pH от 6 до 12. При
определении аммиака в водных растворах с помощью проточной аналитической
системы на базе конденсатора 1гМОП измеряют только концентрацию NH3.
Следовательно, в ходе анализа необходимо тщательно контролировать pH
раствора. При повышении pH повысится концентрация газообразного NH3 и
возрастет кажущаяся чувствительность системы. Чувствительность
максимальна при pH >11. При определении аммиака в неорганических пробах
(например, в дождевой или речной воде) мы поддерживали pH 12,5. В случае
биологических проб такая величина pH неприемлема, так как в сильно
щелочных средах лабильные азотсодержащие соединения могут разрушаться с
образованием аммиака; например, не допускается, чтобы pH проб крови
превышал 8,5.
Общую концентрацию аммиака (суммарную концентрацию аммиака и ионов
аммония) в водных растворах можно определить с помощью проточной системы,
схематично изображенной на рис. 27.6, если исключить из этой системы
реакционную колонку. На рис. 27.7 представлены линейные градуировочные
графики, полученные с помощью проб объемом 0,2 мл при pH 7,7 и 12,7
соответственно. Линейный характер градуировочных графиков сохраняется до
концентрации 50 мкМ, а предел обнаружения аммиака (при отношении
сигнал/шум, равном 3) составляет 0,4 мкМ при pH 7,7 и 0,2 мкМ при pH
12,7. Высокая чувствительность позволяет определять общий аммиак в пробах
крови и сыворотки объемом всего лишь 20 мкл даже после их десятикратного
разбавления. Ожидаемый диапазон определяемых концентраций равен 10-70
мкМ. Небольшой объем пробы делает эту методику особенно удобной для
использования в педиатрии. Следует подчеркнуть также, что методика в
равной степени применима и для анализа проб цельной крови, поскольку ни
окраска, ни мутность пробы не мешают определению.
В качестве иллюстрации рабочих характеристик сенсора на рис. 27.9
представлены результаты непрерывного и периодического определения общего
аммиака в буферном растворе с pH 7,7. Концентрацию аммиака изменяли
ступенчато каждые 4 мин.
время, мин
Рис. 27.9. Данные непрерывного мониторинга концентрации аммиака в
буферном растворе (pH 7,7). Концентрацию аммиака изменяли ступенчато
каждые 4 мин.
Биосенсоры па основе полупроводниковых газовых сенсоров
435
Недостатком имеющихся в настоящее время сенсоров типа 1гМОП является тот
факт, что определению NH3 мешают некоторые низкомолекулярные амины и
водород. В табл. 27.1 приведены результаты сравнительного изучения
отклика сенсора на
Таблица 27.1. Отклик конденсатора со структурой 1гМОП на различные амины
(50 мкМ) при pH 7,7 в сравнении с откликом на аммиак (50 мкМ, общая
концентрация)
Соединение Относительная чувствительность, %
Общий аммиак 100
Метиламин 10
Этиламин 5
Бутиламин 0
Диэтиламин 2
Этаноламин 2
Этилендиамин 1
некоторые амины и аммиак. Оказалось, что в случае газообразных проб
отклик на амины даже выше отклика на аммиак [6]. Отсюда следует, что
устранение мешающих определению аммиака факторов должно включать операцию
разделения фаз и совершенствование свойств мембраны. Возможно, что
удастся модифицировать и каталитические свойства сенсорной поверхности. В
альтернативных вариантах могут использоваться (ферментные) колонки-
поглотители или дифференциальные измерения. Впрочем, в изученных до
настоящего времени сферах применения мы не почувствовали, что наличие
мешающих определению аммиака веществ будет серьезной проблемой.
27.4.2.1. Определение мочевины. Мочевину определяли с помощью проточной
аналитической системы, изображенной на рис. 27.6, снабженной колонкой (40
х 2 мм) с Эупергитом С (полиакриловыми бусинами, выпускаемыми фирмой
Rohm-Pharma GmbH, Дармштадт, ФРГ), на котором иммобилизовано 40 м. ед.
уреазы. Из одной молекулы мочевины уреаза образует две молекулы аммиака:
(NH2)2CO + Н20
Уреаза
С02 + 2NH,
(27.7)
Рис. 27.10. Градуировочная кривая для определения мочевины с помощью
реакционной колонки, содержащей 40 м. ед. уреазы. Кривая получена путем
добавления аликвот (0,2 мл) стандартного раствора мочевины при pH 8,1.
Концентрация мочевины, мкМ
436
Глава 27
Большое количество фермента обеспечивает полное превращение мочевины и
постоянство характеристик колонки в течение по меньшей мере месяца ее
эксплуатации, несмотря на неоптимальное значение pH буферного раствора
[5]. Анализ выполняли в 0,05 М Трис НС! (pH 8,1), тогда как уреаза
проявляет максимальную активность при pH 7,0. Градуировочная кривая для
проб объемом 0,2 мл линейна вплоть до концентрации 40 мкМ, а предел
обнаружения равен 0,2 мкМ (рис. 27.10). В течение часа можно
проанализировать 20 проб сыворотки, разбавленной в 500 раз, с
погрешностью около 2%. Очевидно, скорость выполнения анализов
недостаточна для обработки крупных серий проб и должна быть повышена,
например за счет использования нескольких параллельных сенсоров (а
