文摘

小说carbonate-selective电位传感器基于5 10 15-tris (4-aminophenyl) 20-phenyl porphyrinates铜(II)和(2)开发。碳酸离子载体功能的机制和可能的来源的敏感性已经进化。电位性质有限公司(II)和铜(II) TATPP-based传感器是较常见的carbonate-ISEs包含trifluoroacetophenone衍生品。新开发的传感器的分析工具已经证明通过测量人类血浆碳酸氢盐含量。

1。介绍

亲水离子的准确检测,特别是碳酸盐,在生理体液,海水,工业和环境样品仍然是一个巨大的挑战。离子选择性电位传感器是一种有用的方法,这个任务(1]。1974年开创性工作的赫尔曼和Rechnitz后(2trifluoroacetophenone],几项研究(TFAP)衍生品作为carbonate-selective溶剂的离子载体聚合物膜传感器发展报告(3- - - - - -6]。取代基的影响受体结合在聚7,8]和meta - [9,10TFAP]苯基环的位置,只要亲脂性的阳离子的影响网站之外(3,11,12在研究了这些传感器的选择性属性。等建设性的和战略的修改整合TFAP离子载体在固化聚氨酯13)和醋酸纤维素膜(14)被应用以减少亲脂性的离子碳酸盐离子反应的影响。其他类型的离子载体如tweezer-type衍生品的胆酸(15),urea-functionalized杯[4]芳烃[11),而氢键二酰胺受体(16]和metallocorroles [17]。不幸的是,许多报道的膜仍表现出更高的选择性几个亲脂性的阴离子,如水杨酸、碳酸盐,这对他们的应用程序是一个严重的缺点,例如,在临床分析(例如,人类血清)8,12]。

在这个发展贡献我们报告一个小说carbonate-selective电位传感器基于5,10,15-tris (4-aminophenyl) 20-phenyl porphyrinates有限公司(II)和铜(II) (Co (II) TATPP和铜(II) TATPP相应)。PVC溶剂聚合物膜掺杂有限公司(II) TATPP单独和包含的亲脂性的阳离子添加剂(TDACl),和电影的poly-Co (II) TATPP和poly-Cu (II) TATPP electropolymerized Pt工作电极(我们)从不同的有机溶剂(乙腈、二甲基甲酰胺、吡啶)研究目的是进化的起源对碳酸盐离子的敏感性。电位性质有限公司(II)和铜(II) TATPP-containing传感器相比,那些基于TFAP(碳酸盐离子载体,eth - 6010和碳酸盐离子载体IV),计划1。新开发的分析工具电极已经证明通过测量人类血浆碳酸氢盐含量。

2。实验

2.1。试剂

保利(氯乙烯)(PVC)高分子量;增塑剂bis (2-ethylhexyl)癸二酸酯(DOS), heptyl-4-trifluoroacetylbenzoate(碳酸盐离子载体我),4-butyl -α,α,α-trifluroacetophenone(碳酸盐离子载体IV), tetradodecyl氯化铵(TDACL),钾四-p-chlorophenylborate (TpClPBK),高氯酸四丁铵(TBAClO₄1,3 -丙二醇形成规模化),2-amino-2 -(羟甲基)(三),四氢呋喃(四氢呋喃),乙腈(ACN)、二甲基甲酰胺(DMF)、吡啶和苯胺Sigma-Aldrich买来。5 10 15-tris (4-aminophenyl) 20-phenyl porphyrinates铜(II)和有限公司(II)根据文献合成方法(6- - - - - -19),完全由NMR和紫外可见光谱特征。所有其他化学试剂均为分析纯,使用前未经纯化。所有的解决方案都是由使用蒸馏水。

2.2。传感器的制备和评价

PVC膜是准备根据常见的过程。膜包含100毫克的体重1.5 - -3.5 wt %离子载体和/或1 - 6 wt %的亲脂性的添加剂分布在PVC / DOS(1: 2)聚合物基体,表1。膜组件在1毫升的四氢呋喃溶解增加7 wt %的吡啶膜III, IV为了提高离子载体溶解度。膜鸡尾酒被赶出平GC电极表面(直径3毫米)之前抛光氧化铝料浆,在超声波清洗器清洗,用甲醇冲洗,干燥的空气。四氢呋喃被允许在一夜之间蒸发。卟啉electropolymers (EP)沉积通过循环伏安法在Pt我们从1.0毫米(表面直径3毫米)/ L公司(II) TATPP或铜(II) TATPP和0.1 M / L TBAClO₄解决方案(一个)乙腈,(b) DMF, (c)吡啶,和(d) DMF: 0.5苯胺在1 M / L H₂所以₄= 1:1。解决方案被冒泡N缺氧₂10分钟前实验。的潜力我们骑车的范围从-1.4−0.2到0.8 V和SCE的扫描速率50 mV /秒7050年阿梅尔稳压器(阿梅尔、意大利)。Pt 0.5毫米钢丝作为反电极。

刚做好的EP和溶剂聚合物膜传感器在0.1 M / L NaHCO浸泡₃前至少24小时第一次测量。电位响应的传感器研究了几种盐的解决方案范围10⁻⁷-10年⁻¹M / L。已知的标准盐解决方案添加到卷0.1 Tris-H₂所以₄缓冲pH值8.6或蒸馏水(同时控制pH值)。三个副本电极与每个膜配方进行了研究。传感器测量电位与双结SCE参比电极(阿梅尔、意大利)并记录使用高阻抗举办电位器LiquiLab (Ecosens、意大利)。选择性系数的计算是通过单独的解决方案方法使用EMF (SSM)值以0.01米盐解决方案和理论斜率值(1]。

2.3。光学测量

紫外可见光谱数据获取Cary-50扫描分光光度计。石英和丙烯酸甲酯细胞45×10×10 mm路径长度为10毫米。15μL使用的相同的膜鸡尾酒电位测量沉积在玻璃幻灯片(20×6×1毫米)。四氢呋喃蒸发后,聚合物薄膜被粘到载玻片。干聚合物薄膜的吸收光谱和暴露10分钟段在几种盐的不同浓度的水溶液被注册。为了评估有限公司(II)的吸收光谱和铜(II) TATPP electropolymers,他们是电化学沉积在透明15×7×1毫米铟锡氧化物修饰玻璃幻灯片(ITO,奥尔德里奇)的标称电阻30 - 60Ω/厘米²。

2.4。等离子体测量

动脉血液样本是从5男性受试者(3人健康和2呼吸性酸中毒,样本,C)。血浆被离心分离的新鲜样品和取消暂停后血细胞。样品收集后分析了几个小时。至少每个等离子树副本进行样本在同一天。如果不立即分析,样本存储在−20°C。标准添加法应用于检测样品(碳酸氢盐离子含量20.]。这50μL的等离子体,样品溶解在50毫升的1毫米/ L氯化钠(),连续两个150年μL注射(,0.01 NaHCO)³被执行。的浓度和离子被评估的基础上比例、溶液pH值和碳酸离解常数(pK₁= 6.4,pK₂= 10.3)。相比之下,碳酸氢盐血浆样本数量分析与宝石总理3000年血液分析仪(仪器实验室,美国)。

传感器阵列组成的5 carbonate-selective电极和pH玻璃电极。测量之前在现实血浆样本中,数组在25个模型校准解决方案模仿人血浆成分。每个解决方案包含4盐;盐浓度在等离子体类似,变化在以下范围:70 - 100 mM / L氯化钠,20毫米/ L NaHCO₃,1 - 8 mM / L Na₃阿宝₄1毫米/ L鼻;pH值的解决方案被固定在一个范围7.2 - -7.4的0.1 M / L盐酸。

2.5。数据分析

偏最小二乘回归(PLS)方法应用于火车多重数组在人工解决方案模仿人类血浆样品和碳酸氢相关内容确定商业血液分析仪与多种感觉的阵列响应。自动定量过程应用于数据。由于测量组合数据集的数量不足够大的划分在训练数据集和测试集,分析验证应用。的辨音器v.9.1(2004年,迷彩伪装散文、挪威)是用于数据处理。

3所示。结果与讨论

3.1。Electropolymerized电影公司(II)——铜(II) TATPP

卟啉electropolymers基于聚苯胺(PANI)进行了研究。mono的electropolymerisation——国际清算银行——,三羟甲基氨基甲烷和tetra-2液或4-aminophenyl代替porphyrinates各种金属在Pt或GC我们之前已经报道过了几个作者(21- - - - - -24]。Bettelheim等人发现的electropolymerisation aminophenyl-substituted卟啉氧化发生通过内消旋苯胺在头部到尾部的时尚戒指,一样苯胺本身。由此产生的材料是在实践中聚苯胺链与弥合卟啉单元。Anion-selective电极,基于这样一个电影,据报道具有选择性不同于他认为选择性系列(25,26]。此外,这些电极的一个固有的优点是其稳定性和长期寿命由于保留离子载体的高分子膜。

在目前的研究中我们主要集中在开发和电位传感器基于行为公司的调查(II)和铜(II) -tris-4-aminophenyl porphyrinates由于他们已知的敏感性对亲水离子(27]。首先,electropolymerisation沉积条件的优化poly-Co (II) TATPP电影从四个不同的溶剂(见部分2详情)已经完成。没有Pt我们表面膜的形成发生在乙腈,绝缘黄色poly-Co (II) TATPP电影形成了DMF和吡啶,而导电薄膜生长已经检测到从DMF /苯胺溶液(膜身份证),图1。在后一种情况下,聚苯胺膜的形成过程是伴随着部分公司聚苯胺膜(2)TATPP嵌入在第一次5周期。后循环voltammograms第一、第五和第十潜在在电沉积的膜我扫描。d范围从0.2−1.5 V图所示2。氧化波约0.2 V可以归因于PANI鲜绿的形式形成;这个波扫描数的增长转向更积极的潜力,包括可逆峰值约为0.4 V对应可逆有限公司(II) / Co(3)单电子氧化还原过程。锋利的阳极峰值为0.65,0.85和1.35 V明显在前五个扫描是典型的氧化aryl-substituted卟啉和苯胺(23]。高电容背景阳极电流范围在0.3 - -1.1 V可能是由于聚苯胺膜的结合不是免费的离子或带负电荷(II) TATPP /配合物(28]。

Co-TATPP合并的PANI骨干ITO玻璃上形成电极的存在证实了俗的乐队(海里),一个典型的卟啉芳环签名,紫外可见吸收光谱的膜我。d,图3。俗的乐队的扩大表明多层膜的形成,而红移的最大峰值比较新鲜的单体溶液中高分子膜在CH₂Cl₂可能是由于轴向协调卟啉aminophenyl片段(这部分期间保持nonoxidized electropolymerisation)在邻近的中心有限公司离子卟啉单元。

电位响应poly-Co (II) TATPP electropolymerized I.b-I膜。d沉积在DMF、吡啶和DMF /苯胺对几个研究了阴离子。膜。b和我。c没有任何明显的应对所有的测试可能阴离子由于绝缘EP的流行的形成。选择性模式显著不同于他认为系列检测膜。d,基于铜(II)的膜二聚苯胺膜TATPP-doped,人物4。两个膜,最高的响应斜率接近理论Nernstian被发现离子(12月27日和28日mV /相应)。我强烈干扰的影响^{- - - - - -}和视交叉上核^{- - - - - -}离子(斜坡56和59个mV / 12月相应)也被检测到。膜七世(PANI)没有显示任何特定的响应研究阴离子和强烈影响解决方案博士事实上,聚苯胺膜的pH敏感性是众所周知的,和几个传感器基于聚苯胺的pH检测之前报道(30.,31日]。

膜的高灵敏度。对NaHCO d和II₃浓度的变化可以解释通过PH影响有限公司(II) TATPP -铜(II) TATPP-doped PANI电影或碳酸氢盐/碳酸根离子的选择性络合金属。事实上,NaHCO的增长₃浓度增加溶液的pH值,;因此,正确的测定各种形式的公司₂(即。、有限公司₂H₂有限公司₃,,)在分析了现有的样品需要同时控制pH值或应用程序的一个适当的缓冲背景(14]。

反应膜I.b-I pH值。d,二,八,因此,研究了逐步增加1 M / L氢氧化钠通用缓冲(11.4毫米/ L硼酸,6.17毫米/ L柠檬酸、10毫米/ L不₂阿宝₄,pH值2.75)和实现最终的溶液pH值10。一个相对小膜I.b-I pH值对电极的影响。d和二世已发现在pH值范围从6到10 (−9.1−2.9,−14.0 mV / pH值相应的),而聚苯胺膜八世显示显著pH响应所有检查的范围与斜坡−41.2 mV /十年(数据未显示)。因此可以认为公司(II)和铜(II) 5, 10, 15-tris (4-aminophenyl) 20-phenyl porphyrinates可能选择性地协调碳酸根离子和有前途的候选人为离子载体carbonate-selective传感器的发展。

3.2。电位和光学的研究有限公司(II) TATPP离子载体运作机制

为了发展高灵敏度的来源对碳酸盐阐明离子载体运作机制,电位和光学性质的溶剂聚合PVC / DOS III和IV掺杂膜有限公司(II) TATPP(见表1)研究了并与膜V和VI基于商用TFAP衍生品(碳酸盐离子载体和IV)和基于阴离子交换剂膜七世TDACl。在传感器的制备过程中,我们面临的问题,较低的公司(II) TATPP溶解度在THF-dissolved PVC膜鸡尾酒。如此低的溶解度可以归因于部分单体self-aggregation发生通过轴向协调卟啉取代基苯胺在邻近分子的金属中心。除了7 wt %的吡啶膜鸡尾酒导致骨料破碎,提高了离子载体溶解度由于吡啶的普遍轴协调。第四膜掺杂1.5 wt %的股份(II) TATPP离子载体没有任何亲脂性的添加剂显示部分阴离子对几种阴离子反应,而阴离子TpClPB添加1 wt %^{- - - - - -}网站(数据未显示)导致了阳离子与斜坡响应降价mV /十年对所有研究水盐的解决方案。这样的行为显示公司的中性载体运作机制(2)TATPP离子载体。广为人知,但中性舰载膜的稳定电位属性添加阳离子亲脂性的网站是经常需要1]。此外,基于结合阳离子网站的数量,一个假设的可能的化学计量学形成离子载体/主要离子复合物可以(4]。人们已经发现,比公司(II) TATPP / TDACl = 1.5第三膜提供了最佳性能和选择性对碳酸根离子接近TFAP-derivative-based膜的选择性,人物5。电位响应对离子与斜率为30.3 mV /十年接近理论Nernstian已经发现在一系列膜三世-10年⁻³M / L在蒸馏水背景和28.7 mV /十年范围内-10年⁻¹M为0.1 M / L Tris-H₂所以₄缓冲pH值8.6。事实上我更高的EP碳酸盐选择性膜。d应注意和将在稍后讨论。

形成两个1:1和2:1加合物与金属卟啉离子在膜阶段可能会认为。薄膜的紫外可见光谱第三膜沉积在玻璃幻灯片和测量干燥和NaHCO的解决方案₃在10⁻⁶-10年⁻²M / L浓度范围显示三个并发进程发生在膜阶段,数字6。首先,吸收强度的下降在444 nm和420 nm的生长吸收峰表明吡啶最初协调部分替换金属中心(32)主要阴离子(444 nm峰红移)最后解放公司(II) TATPP单体在膜阶段(420 nm高峰的形成),最后形成的碳酸氢氧化- /或ion-bridged二聚体(外观和增长的蓝移367海里峰值)(33]。选择性模式的比较观察NaHCO的光学转换解决方案₃、氯化钠、纳米₃,NaSCN获得potentiometrically显示碳酸根离子的高能力转移膜内的dimer-monomeric平衡阶段。因此,它已经发现,碳酸根离子在更高程度上比其他研究阴离子负责快速断裂(2)TATPP-pyridine复合物和在膜部分离子载体二聚体的形成阶段。

相反,PVC / DOS溶剂聚合物膜,没有离子载体二聚作用发生在electropolymerized膜。d由于刚性固定有限公司(II)内TATPP PANI矩阵。唯一的过程发生在EP电影是一种轴向协调目标主要离子在金属卟啉离子载体的中心。这个事实可以解释我碳酸盐EP膜的选择性越高。d和第二溶剂聚合PVC膜三世。

3.3。应用程序开发公司(II)和铜(II) TATPP-Based传感器对人类等离子体分析

由于高的事实选择性,试图应用有限公司(II) TATPP-based传感器膜我。第三d和碳酸根离子的检测和评价内容在人类血浆已经执行。碳酸氢盐含量测定的结果在5人血浆样本表2。一个好的碳酸氢盐含量之间的相关性评估有限公司(II) TATPP-based膜。d和三世,TFAP衍生膜VI,和商业血液分析仪已经实现。

单一传感器应用的有效性碳酸氢盐相比内容分析在人血浆多种感觉的方法。为此5 carbonate-selective传感器组成的传感器阵列膜。d,二,三,六,八,pH电极已经被利用。在等离子体应用程序之前,数组在人工校准解决方案模仿人血浆成分(见部分2详情)。每个传感器测量的潜力在每个校准解决方案至少在3复制,所以最后的数据集是由6 * 25 * 3 = 450个读数。好请阵列响应之间的相关性和真实的离子检测的血液分析仪(斜坡和和相关系数和校准和收到完整的交叉验证相应的),虽然没有水杨酸盐和磷酸盐的存在对传感器响应的影响发现,图7。

从PLS1模型的浓度被评为mM / L和毫米/ L对血浆样品和相应的E。因此,传感器阵列的应用程序允许的相对误差降低内容评价人血浆相比单一是。

4所示。结论

新开发的传感器由形成聚苯胺膜electropolymerized掺杂5,10,15-tris (4-aminophenyl) 20-phenyl porphyrinates有限公司(II)和铜(II)显示高能力检测和离子含量和生理样品分析是有效的。这些电极的一个固有的优点是长寿命由于保留聚合物膜的离子载体和一个简单的小型化的可能性,这是基本的小样本体积或可用在活的有机体内测量是必需的。

确认

作者要感谢f . Mandoj博士和g Pomarico的化学科学和技术,罗马大学“Tor Vergata”,罗马,意大利,对卟啉离子载体合成和g .罗密欧与c Andreozzi技术援助。