способ определения оксидантной/антиоксидантной активности растворов

Формула изобретения

1. Способ определения оксидантной/антиоксидантной активности раствора анализируемого вещества, включающий оценку оксидантной/антиоксидантной активности по электрохимическим параметрам раствора анализируемого вещества, отличающийся тем, что предварительно готовят исходный раствор, в который вводят медиаторную систему, содержащую одновременно окисленную и восстановленную формы реагента, а оценку оксидантной/антиоксидантной активности проводят по изменению окислительно-восстановительного потенциала раствора, определенного до и после введения в исходный раствор анализируемого вещества, концентрацию (активность) оксидантов/антиоксидантов в растворе рассчитывают по формуле

где Х- концентрация (активность) оксидантов/антиоксидантов;

С_ох - концентрация окисленной формы медиатора;

C_red - концентрация восстановленной формы медиатора;

где Е - исходный потенциал медиаторной системы, E₁ - потенциал, устанавливающийся в системе после введения пробы, b=2,3RT/nF,

где R - универсальная газовая постоянная, Т - температура, К, n - число электронов, участвующих в окислительно-восстановительной реакции; F - число Фарадея.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве медиаторной системы используют раствор, содержащий окисленную и восстановленную формы химического элемента, неорганического или органического соединения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве медиаторной системы используют V(1V)/V(III), или I₂/I, или Fe(III)/Fe(II), или Sn(1V)/Sn(II), или хинон/гидрохинон, или ферроцен/феррицений.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют воду, органические соединения и/или их смесь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрохимических методов анализа, в частности к анализу состава раствора на предмет оксидантной/антиоксидантной активности.

Существует способ определения оксидантной активности, в котором проводят анализ биологических объектов по 54 параметрам, являющимися индикаторами оксидантного стресса, и сравнивают полученные значения с нормальным уровнем, используя специальные диаграммы (патент США 5950634).

Недостатком известного способа является необходимость определения большого количества параметров в исследуемых объектах, что определяет его высокую сложность и неоднозначность результатов.

Известен способ определения антиоксидантной активности, включающий измерение окислительно-восстановительного потенциала для оценки состояния здоровья человека (патент США 6269261).

Недостатком этого способа является то, что окислительно-восстановительный потенциал в биологических средах измеряется напрямую. Известно, что одним из главных условий установления окислительно-восстановительного потенциала является обратимость редокс-системы. Однако биологические жидкости содержат огромное количество редокс-систем, кроме того, не все из них достаточно обратимы. Поэтому при прямом измерении окислительно-восстановительного потенциала получить воспроизводимые величины потенциала весьма сложно. Сложно судить и об окислительно-востановительном статусе организма, поскольку вклад в величину окислительно-восстановительного потенциала обратимых и необратимых систем несоизмерим.

Известен способ определения антиоксидантной активности, включающий оценку антиоксидантной активности по электрохимическим параметрам раствора ("Free Radical Biology & Medicine", Vol.28, №6, pp.860-870).

К недостаткам данного способа следует отнести то, что не все антиоксиданты обладают электрохимической активностью и соответственно не дают волну окисления при использовании циклической вольтамперометрии. В то же время они могут быть химически активны по отношению к основным оксидантам. Также не может быть получена информация об активности (концентрации) оксидантов.

Наиболее близким к предлагаемому решением служит способ для измерения уровня антиоксидантов и оксидантов по электрохимическим параметрам раствора, в котором проводят окислительно-восстановительные реакции анализируемого вещества со специальным реагентом с последующим измерением тока в режиме хроноамперометрии (WO 02/06806).

К недостаткам этого способа можно отнести то, что величина тока (являющаяся в данном способе аналитическим сигналом) сильно зависит от наличия в растворе поверхностно-активных веществ, присутствующих в большом количестве в вине и крови. Это может существенно влиять на результаты анализа. Авторы описывают селективное определение оксида серы (IV) в вине, однако вина содержат большое количество различных антиоксидантов (катехины, полифенолы, витамин С), обладающих высокой восстановительной способностью. Эти вещества вносят вклад погрешности в аналитический сигнал.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, служит повышение точности, достоверности и воспроизводимости результатов, сокращение времени проведения анализа, расширение спектра анализируемых веществ.

Задача решается тем, что готовят исходный раствор, в который предварительно вводят медиаторную систему (пару химических элементов или соединений, способных обратимо окисляться и восстанавливаться), а оксидантную/антиоксидантную активность оценивают по электрохимическим параметрам раствора - изменению окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) до и после введения в исходный раствор анализируемого вещества. Изменение электрохимических параметров раствора обусловлено изменением соотношения окисленной и восстановленной форм медиатора в результате химической реакции с оксидантом/антиоксидантом. Концентрацию (активность) оксидантов/антиоксидантов в растворе рассчитывают по формуле:

где Х - антиоксидантная/оксидантная активность;

С_ох - концентрация окисленной формы медиатора;

C_red - концентрация восстановленной формы медиатора,

Е - исходный потенциал медиаторной системы;

E₁ - потенциал, устанавливающийся в системе после введения анализируемого вещества;

b=2,3RT/nF,

где R - универсальная газовая постоянная;

Т - температура в Кельвинах;

n - число электронов, участвующих в окислительно-восстановительной реакции;

F - число Фарадея.

Антиоксидантная/оксидантная активность (АОА/ОА) выражается в г-экв/л окислителя/восстановителя медиаторной системы, израсходованного на химическую реакцию с антиоксидантами/оксидантами анализируемого образца.

В качестве медиаторной системы могут быть Ox/Red пары химических элементов или соединений, например, V(IV)/V(III); I₂/I^-, Fe(III)/Fe(II), Sn(IV)/Sn(II), хинон/гидрохинон, ферроцен/феррицений и др. Для определения активности водорастворимых антиоксидантов/оксидантов используются водорастворимые OX/Red пары, а для определения жирорастворимых антиоксидантов - органические медиаторные пары, растворенные в органическом или смешанном растворителе.

В качестве фоновых водных растворов могут быть использованы фосфатный, бикарбонатный, ацетатный буфер, хлорид натрия и др., в качестве органических растворителей - ацетонитрил, ацетон, петролейный эфир, гексан и др.

Измерительный электрод может быть изготовлен из платины, золота в виде стержня, диска, проволоки, фольги. Измерительным электродом может быть толстопленочный электрод, изготовленный методом вакуумного напыления, трафаретной пачати с использованием металлсодержащих чернил и паст. Измерительный электрод также может быть изготовлен из стеклоуглерода.

Электродом сравнения может служить стандартный хлорсеребряный электрод, а также электроды в виде серебряного стержня, проволоки или фольги, покрытых хлоридом серебра. Электродом сравнения также может быть толстопленочный электрод, изготовленный из серебряных паст, содержащих хлорид серебра или покрытых хлоридом серебра.

Необходимые реагенты вносятся в ячейку, содержащую растворитель, в виде таблеток или в виде предварительно приготовленного раствора.

Указанные отличительные признаки существенны. Введение в раствор медиаторной системы определяет окислительно-восстановительный потенциал раствора. При введении в раствор медиаторной системы анализируемой пробы, содержащей оксиданты/антиоксиданты, его окислительно-восстановительный потенциал изменяется в результате взаимодействия оксидантов/антиоксидантов с одним из компонентов медиаторной системы согласно уравнению Нернста. Концентрацию оксидантов/антиоксидантов можно определить по приведенной формуле.

На фиг.1 представлена диаграмма антиоксидантной активности (АОА) алкогольных напитков.

На фиг.2 изображена диаграмма изменения антиоксидантной активности фракций крови до и после гемодиализа.

На фиг.3 представлена диаграмма антиоксидантной активности некоторых органических масел.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В электрохимическую ячейку, содержащую измерительный электрод и электрод сравнения, заполненную 9,8 мл дистилированной воды, вносят сухие соли КН₂РO₄, Na₂HPO₄, VСl₃, VOSO₄. После растворения солей раствор содержит фосфатный буфер (рН 7,2) и эквимолярную смесь VСl₃+VOSO₄. В качестве измерительного электрода используют платиновый электрод в виде стержня. Электрод сравнения - стандартный хлорсеребряный электрод. Измеряют исходный потенциал системы (Е) при перемешивании и комнатной температуре. Далее вносят 0,1 мл исследуемого алкогольного напитка и измеряют потенциал (E₁), устанавливающийся в системе после внесения пробы. По приведенной выше формуле рассчитывают АОА с учетом разбавления пробы. Результаты измерений приведены на фиг.1.

Пример 2

В термостатированную при 37°С электрохимическую ячейку, содержащую измерительный электрод и электрод сравнения, заполненную 9,8 мл бикарбонатного буферного раствора (рН 7,4), вносят 0,2 мл раствора, содержащего эквимолярную смесь Fe(III)+Fe(II). В качестве измерительного электрода используют платиновый электрод в виде проволоки. Электрод сравнения - хлорсеребряный, изготовленный из серебряной пасты, содержащей AgCl. Измеряют исходный потенциал системы (Е) при перемешивании. Далее вносят 0,05 мл стабилизированной глюгициром крови, гемолизата эритроцитов или плазмы крови, полученных от одного и того же больного до и после процедуры диализа. Измеряют потенциал (E₁), устанавливающийся в системе после внесения образца. По приведенной выше формуле рассчитывают АОА (с учетом разбавления пробы). Результаты измерений приведены на фиг.2.

Пример 3

В электрохимическую ячейку, содержащую измерительный электрод и электрод сравнения, заполненную 9 мл дистилированной воды, вносят таблетку, содержащую КН₂РO₄, Na₂HPO₄, KJ и J₂. После растворения таблетки раствор содержит фосфатный буфер (рН 7,2) и смесь I^-/I₂ (10:1). В качестве измерительного электрода используют толстопленочный электрод, изготовленный из платиновых чернил. Электрод сравнения - стандартный хлорсеребряный электрод. Измеряют исходный потенциал системы (Е) при перемешивании и комнатной температуре. Далее вносят 1 мл исследуемой хлорированной воды и измеряют потенциал (E₁), устанавливающийся в системе после внесения пробы. По приведенной выше формуле рассчитывают ОА с учетом разбавления пробы. Результаты измерений: Е=0,17В, E₁=0,21B, Х=2,710^-3 г-экв/л.

Пример 4

Электрохимическую ячейку, содержащую измерительный электрод и электрод сравнения, заполняют 9 мл ацетонитрила, содержащего 0,5 М NaClO₄ и смесь (1:1) ферроцен/феррицений. В качестве измерительного электрода используют толстопленочный электрод, изготовленный из платиновых чернил. Электрод сравнения - хлорсеребряный, изготовленный из серебряной пасты, содержащей AgCl. Измеряют исходный потенциал системы (Е) при перемешивании и комнатной температуре. Жирорастворимые антиоксиданты, содержащиеся в маслах, извлекают смесью петролейного эфира и спирта (1:1). Вносят 1 мл экстракта в ячейку и измеряют потенциал (E₁), устанавливающийся в системе после внесения пробы. По приведенной выше формуле рассчитывают АОА с учетом разбавления пробы. Результаты измерений приведены на фиг.3.