Способ определения концентрации глюкозы в крови @ @
Иллюстрации
Показать всеРеферат
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ IN VIVO с помощью электррда из благородного металла с последующим измерением тока или потенциала окисления глюкозы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, электроокисление глюкозы проводят на золотом электроде при рН 9,514 ,0.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
«9) «И
3Ц ) G 01 N 33/48 описдник изоы еткния
К ABTOPCHOM jj СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3548309/28-13 (22) 30.11.82 (46) 15.09.84. Вюл. Р 34 (72) Ю.В.Васильев, О.A.Õàýoâà и Н.Н.Николаева (71) Институт электрохимии АН СССР и Истринское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики (53) 612.12?.1 (088.8) (56) 1. Патент err Р 2019580А, кл. 0 01 N 33/48, 1979. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ IN VIVO с помощью электрода из благородного металла с последуюцим измерением тока или потенциала окисления глюкозы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, электроокисление глюкозы проводят на золотом электроде при рН 9 514,0.
1113744 с помощью электрода из благородного металла с последующим измерением тока или потенциала окисления глюкозы, электроокисление глюкозы проводят на золотом электроде при рН 9,5-14,0 °
Способ осуществляют следующим образом.
Для проведения анализа на содержание глюкозы используют стандартное электрохимическое оборудование:
10 трехэлектродную электрохимическую ячейку, осциллографический полярограф П0-5122, рабочий электрод — золотая пластина 15 мм для малых концентраций или торец золотой проволо-
15 ки для больших концентраций, вспомогательный электрод — никелевая сетка, электрод сравнения — окиснортутный электрод в 1 М КОН. В качестве индикаторного электрода используют золото, так как оно является более селективным электродом-катализатором для электроокисления глюкозы, на котором большинство других органических веществ не окисляется. Золотой электрод в отличие от платинового практически не хемосорбирует большинство органических веществ и поэтому не отравляется, т.е. токи окисления глюкозы на нем стабильны в растворах, содержащих другие органические вещества.
Система не предъявляет никаких специальных требований к противое- электроду (катоду ) и к электроду срав нения. Измерения можно проводить в режиме вольтамперометрии с обычной полярографической ячейкой с золотым электродом и при постоянном потенциале. Ток, протекающий в цепи при окислении глюкозы, прямо пропорционален
40 ее концентрации в растворе.
А ау. макс. при С л = 0,11
Электрод
KOH 1 М (рН=9,513, б) Н SO 0,5 М
Фосф.буф. рН = 7,4
0,02
О,ОВ
0,2
Иридий
Родий
Палладий
Изобретение относится к физикохимическим способам анализа в аналитической химии и может найти применение для определения содержания глюкозы в крови и других биологических жидкостях, в сельскохозяйственном производстве, пищевой промышленности,, Известен способ определения концентрации глюкозы в крови in vivo c помощью электрода из благородного металла с последующим измерением тока или потенциала окисления глюкозы, используя в качестве основной реакции электрохимическое окисление глюкозы на электродах-катализаторах из платиновой черни, стационарный ток, протекающий через этот элемент, пропорционален концентрации глюкозы в анализируемой жидкости f13 .
Для очистки измерительного электрода дополнительно используется потен циостатическое устройство, подающее очистительный импульс 1,5 В.
Такой способ характеризуется бы- строй дезактивацией платинового электрода-катализатора из-за высокой способности платины к прочной хемосорбции различных органических веществ, анионов и катионов, отсюда неконтролируемое падение тока во времени и выход датчика из строя.
Максимальное время работы 2 мес., среднее — 2 недели. Точность измерений работающего датчика 7Ъ. Для пр одоления этого недостатка требуется разработка различных сложных систем реактивации и непрерывной калибровки. Кроме того, низка величина токового сигнала с единицы поверхности катализатора. Система нечувствительна также к концентрации глюкозы менее 50 мгЪ и мало чувствительна к концентрациям более 500 мгЪ
<0,0275 М ), для которых зависимость тока от концентрации на платиновом электроде отклоняется от линейности и выходит на предел.
Целью изобретения является повышение точности способа.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрации глюкозы в крови in vivo
Выбор рабочего электрода-катализатора сделан на основании проведенных исследований электроокисления глюкозы в кислых, щелочных и нейтральных растворах на различных электродах из металлов Е и VIII групп, стеклоуглероде и фталоцианинах кобальта и марганца.
Величины токов окисления глюкозы на этих электродах приведены в табл.1
Таблица 1
1113744
Продолжение табл. 1
А макс.при C„= 0,11 М
Фосф.буф. рН 7,4
Электрод
Н SOö 0,5 М
КОН 1 М (рН=9,513,6) Кобальт
Никель
Золото
Платина
Медь
Стеклоуглерод
О.
О, 008
0,85
5,8
49,0
3,0
1,5
7,0
Фталоцианины кобальта
0,22
Фталоцианины марганца
0,2б
Полученные результаты показывают, что золотой электрод в щелочных растворах является лучшим электродомкатализатором для электроокисления глюкозы в щелочной среде.
ЗО
В щелочной среде золотой электрод оказывается полностью нечувствительным к присутствию ионов хлора, даже в физиологической концентрации (1,6 10 " MNaC1), что особенно важно З5 при использовании этого метода для биологических жидкостей.
Для получения воспроизводимых результатов проводится регенерация йоверхности золотого электрода путем использования электрохимического
I способа наложения потенциодинамического импульса, состоящего из двух ступеней. На первой ступени прово- 45 дят выдержку при потенциале окИсления поверхности электрода E = 1,451,55 В в течение 2-5 с, при котором происходит окисление всех органических примесей, адсорбированных на 50 поверхности электрода,и покрытие поверхности электрода защитным слоем окисла, на второй — выдержку электрода при восстановительном потенциале
Е = 0-0,02 B в течение 2-5 r., при котором происходит восстановление неокислившихся примЕсей и восстановление окисного слоя и чистая поверхность электрода оказывается в контакте с анализируемым раствором. 3атем проводится выдержка при E> = 60
0,05-0, Об B в течение 2-5 с для установления адсорбционного равновесия и диффузионного режима в приэлектродном слое. После этого на электрод накладывается линейно возрастающий по- g5 тенциал с достаточно медленной скоростью " = 12,5 мВ/с.
Для проведения анализа на содержание глюкозы в ячейку заливают строго определенный объем 1 M KOH и вводят 0,1-2,5 мл жидкости, содержащей глюкозу, и, накладывая сложный потенциодинамический импульс, проводят активацию и записывают зависимость тока окисления от потенциала со скоростью 12,5 мВ/с.
Измерения можно проводить в режиме измерения стационарного тока при постоянном потенциале (E - =1,0-1,1 В}, При этом на электрод накладывают очистительный импульс. затем задают потенциал E = 1.0-1.1 В и измеряют ток при этом потенциале.
Концентрацию глюкозы определяют по калибровочной кривой зависимость тока окисления от концентрации глюкозы. В области потенциалов окисления 1,0-1,1 В относительно водородного электрода в том же растворе ток окисления прямо пропорционален концентрации глюкозы в диапазоне концентраций 0,01 (5,5 10 M) — 2000 мгЪ (0,11 M).
При анализе сложных многокомпонентных жидкостей калибровочную кривую лучше строить по данным, полученным не для чистых растворов глюкозы, а для тех же жидкостей с разным количеством глюкозы. т.е. в присутствии всех компонентов данной жидкости.
Это позволяет увеличить точность измерений.
Измерения можно проводить на золотом электроде. отделенном от исследуемой жидкости проницаемой для глюкозы мембраной, но не проницае1113744
Таблица 3
Относительная ошибка, В
Измерено глюкозы, мг îo
Введено глюкозы мг Ъ
10,0
20,0
50,0
9,5
5,0
18,8
6,0
48,0
4,0
150,0 155,0
200,0 ?11,0
250,0 256,0
300, 0 309,1
5,1
Таблица 2
5,5
Измерено глю- Относикозы, MI Ъ тельная 350 ошибка, Введено глюкозы Ml Ъ
2,6
3,0
5,0 40 400 0 408,0
2,0
9,5
5,5
18,9
4,2
41,7
&,2
105, 2
206,6
397,1
510,0
725,6
1020, 100
3,0
220
4,5
380
2,0
500
2,2
710
2,0
1000 расширяе сч ди азо
Пример 2. Определение со- центраций (способом-и держания глюкозы в режиме измерения .но определять содержа стационарного тока. 60 50 до 500 мг%,а по и
Измерения проводили в трехэлектрод способу можно определ ной ячейке как в примере 1, только 2000 мг% с точностью
ВНИИПИ Заказ 6612/37 Тираж 822 Подписное
Филиал ППП "Патент", -I" Ужгород, ул. Проектная,4 мой для других компонентов жидкости.
При использовании такой полупроницаемой мембраны ток может приобрести диффузионный характер по отношению к глюкозе, и коэффициент диффузии определяется мембраной. l1eM6paна вносит дополнительное диффузионное сопротивление, снижая ток, но он остается достаточно большим и хорошо измеряемым.
1О
Пример 1. Определение содержания глюкозы в потенциодинамическом режиме.
В трехэлектродную ячейку заливают раствор глюкозы (0,11 M)в lM КОН (рН = 13,6), подают на электрод трехступенчатый импульс К! = 1,5 В, Ед=
0,02 В и Е = 0,05 В и выдерживают при каждом потенциале 5 с. От потенциала 0,05 В на полярографе ПО-5122 модель ОЗА при скорости развертки 20
12,5 мВ/с снимают потенциодинамическую кривую и фиксируют ток при потенциале максимального значения тока, т.е. при E = 1,1 В.
По калибровочной кривой определя- 25 ют содержание глюкозы.
В табл. 2 представлены результаты определения глюкозы на золотом электроде в 1(! КОН в потенциодинамическом режиме. 30 на рабочий электрод после потенциалов 1,5 В и 0,,02 В подавался постоянный потенциал 1,1 В, и при этом потенциале опредепяли содержание глюкозы в растворах различной концентрации по калибровочной кривой, как в примере .1. Определение проводили методом перехода от. менее концентрированных растворов к более концентрированным (время реакции 1-2 c), затем методом перехода от более концентрированных растворов к менее концентрированным (время реакции 1015 с ). Поэтому при анализе содержания ,глюкозы измерения проводились через
30 с.
В табл. 3 даны результаты определения глюкозы на золотом электроде в 1М КОН в режиме снятия стационарных -токов.
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет за счет замены платинового электрода на золотой резко повысить точность метода, (например, примеси этанола, метанола, муравьиной кислоты и альдегидов не позволяют определять глюкозу с использованием платинового электрода, тогда как эти же примеси не влияют на измерения на золотом электоопе1. Это позволяет также определять глюкозу в технологических и пищевых жидкостях. Кроме того, повышается стабильность и воспроизводимость измерений, а также т . ап н определяемых конрототипом мох<- г ние глюкозы от редложенному ять от 0,1 до
2-5% ),