Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
можно проследить за тем, как скорость поверхностной реакции меняется с
концентрацией NADH на поверхности электрода. С помощью этого метода
Элбери и Бартлетт [1] показали, что при окислении на NMP ¦ TCNQ-электроде
NADH сначала адсорбируется на электроде и затем окисляется до NAD + .
Аналогичные результаты опубликованы недавно для окисления NADH на
модифицированном электроде [37].
Элбери и др. [12] использовали вращающийся дисковый электрод для изучения
механизма окисления/восстановления цитохрома с из сердца лошади на
золотом
Исследование модифицированных электродов
195
Рис. 13.15. Графики Левина (а) и Коутецкого-Левина (б) для реакции NADH
на вращающемся дисковом электроде из NMP ¦ TCNQ при различных
концентрациях NADH, ммоль/дм3: 1-0,063; 2-0,13; 3-0,25; 4-0,38.
Электролит-0,5 моль/дм3 КС1; 0,1 моль/дм3 Трис-буферный раствор (pH
электроде, модифицированном адсорбированным 4,4-дипиридилом. Эта реакция
аналогична описанной выше реакции окисления NADH в том, что в обоих
направлениях перенос электрона осуществляется через адсорбированный
цитохром с (гл. 15). Суммарная реакция включает ряд стадий, в том числе
массоперенос белка к поверхности электрода, адсорбцию белка на подходящем
вакантном центре, перенос электрона, десорбцию продукта и, наконец,
массоперенос продукта в объем раствора. Вращающийся дисковый электрод
хорошо подходит для изучения реакций этого типа, поскольку с его помощью
легко контролировать стадии массопереноса. В работе [12] дан полный
анализ зависимости кинетики этого процесса от скорости вращения
электрода. Авторы нашли, что в пределах ошибки эксперимента в случае
цитохрома с константы скоростей адсорбции и десорбции одинаковы. В этих
условиях выведенное ими полное выражение для тока электрода упрощается и
переходит в уравнение Коутецкого-Левича. По зависимости тока от скорости
вращения найдены значения констант скоростей адсорбционной и
десорбционной стадий на модифицированном электроде.
Вращающиеся дисковые электроды используют также для изучения переноса
различных частиц через мембраны [35, 39-41]. Мембрану прикрепляют к
лицевой поверхности вращающегося дискового электрода, так чтобы частицы
успевали диффундировать через мембрану, прежде чем они вступят в реакцию
на электроде. Эта ситуация идентична рассмотренным выше случаям
электрохимических реакций на полимерных модифицированных электродах
(случаи ЕtL и Е/с', на рис. 13.3). В работе [39] проведен анализ
массопереноса в таком покрытом мембраной электроде. Полученное авторами
выражение идентично уравнению Коутецкого-Левича. Это не удивительно,
поскольку мембрана действует просто как дополнительный, не зависящий от
13:
196
Глава 13
скорости вращения барьер, препятствующий переносу субстрата к электроду
(в этих условиях к'МЕ = kDy/L). Эта же методика была использована для
измерения коэффициентов диффузии кислорода и гидрохинона в мембранах
[41]. Очевидно, однако, что она применима лишь для электроактивных
частиц.
13.4.2. Вращающийся дисковый электрод с кольцом
Уз
^ (9) ~ л~ In
4п
3 / 201/3 - Л 1
+ --arctgl --) + -, (13.16)
Добавление к вращающемуся дисковому электроду концентрического кольца
значительно расширяет возможности метода. Кольцевой электрод
располагается по течению потока жидкости от диска, и поэтому его можно
использовать для детектирования и количественного определения продуктов
реакции, протекающей на диске. Отношение тока iR, регистрируемого на
кольцевом электроде, к току iD дискового электрода при протекании на
последнем реакции с образованием устойчивого продукта называют
коэффициентом эффективности JV0. Таким образом, если на двух электродах
имеют место реакции:
на диске: А + пе -> В, на кольце: В -" пе,
то
N0 - -ifJiD, (13.14)
где [5]
JV0 = 1 - F (а/Р) + р2/3[1 - F(a)] - (1 + а + р)2/3 = {1 - F[(a/p)(l + а
+ р)]}, (13.15)
"(1 + 01/3)3"
73 ! ' 4'
а = О'г/гиI3 - 1, (13.17)
Р = ОУп)3 - (г2/гх)\ (13.18)
ri> г2 и >3 радиусы, показанные на рис. 13.16. Существенно, что
коэффициент эффективности N0 зависит только от трех этих радиусов и не
зависит от скорости вращения. Значения JV0 для обычных соотношений
радиусов табулированы в работе [5].
Кольцо можно использовать также в режиме экранирования, когда и на диске,
и на кольце протекает реакция
А + пе -> В.
В этих условиях ток кольца меньше его предельного значения (при iD = 0)
на расчетную величину, соответствующую доле тока диска [5]:
"R,L= IR.L- N0iD, (13.19)
где /R, [, наблюдаемый предельный ток кольца и $iL-tok кольца при iD = 0.
Эти соотношения легко понять, рассмотрев полярограммы, приведенные на
рис. 13.17. Подпрограммы для двух случаев-когда ток диска равен нулю и
iD- смещены друг относительно друга (в данном случае предполагается, что
это смещение обратимо) на величину N0iD.
Большим достоинством вращающегося дискового электрода с кольцом является
то, что, зная коэффициент эффективности, по наблюдаемому току кольца
можно найти поток на дисковом электроде. Это оказалось особенно удобным
