Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
Жидкостные ионообменные электроды, чувствительные к нитрат-, перхлорат-,
фтороборат- и хлорид-ионам, обычно работают в диапазоне от 10"1 до 10"5М.
Хлоридселективный электрод этого типа не столь чувствителен к сульфид- и
галоге-нид-ионам, как твердотельный электрод. Поэтому его можно
использовать в тех случаях, когда нельзя исключить присутствие сульфидов
или галогенидов. Перхлорат -ные и фтороборатные электроды имеют
ограниченное применение в анализе. Однако нитратный электрод широко
используют для прямого определения нитратов.
Стеклянные электроды для определения одно- и двухзарядных катионов
применяют в множестве клинических и экологических исследований.
Калий/натриевый стеклянный электрод использовали для определения этих
катионов в морской воде [14]. Возможно определение натрия в воде при
содержаниях порядка 10"9 % [5]. При помощи натриевого ИСЭ определяли
натрий в моче [4]. Известно и много других примеров использования
стеклянных электродов в экологической и клинической химии. Тем, кто
интересуется этими проблемами, рекомендуем книгу [9] под редакцией
Эйзенмана, сборник Национального бюро стандартов [33], а также гл. 20
настоящей книги.
Для изготовления катионоселективных электродов успешно используют
антибиотики и подобные им соединения. Мы уже упоминали разработанный
Амманном и др. [2] кальцийселективный электрод. Пиода и др. [42]
исследовали свойства антибиотика нонактина как активного компонента
мембраны. Электрод на основе нонактина с инертным носителем чувствителен
к NH/ . причем в диапазоне концентраций 10"1 - 10"4 М его функция
является почти нернстовской и характеризуется величиной 51 MB/PNH4. Этот
электрод слабо реагирует на изменение активности иона Li + , а его
избирательность к NH4 в присутствии К+ и Na+ оказалась существенно выше,
чем у стеклянного электрода. Нонактиновый электрод используют в одной из
ферментных систем, которая будет рассмотрена ниже. Изучен также
калийселективный электрод на основе валиномицина [11]. Валиномицин может
быть в виде раствора в подходящем органическом растворителе либо в
инертном носителе [41]. Изготовленные таким способом электроды
использовали для определения калия в сыворотке крови [12]. Для электрода
на основе антибиотика допустимы более высокие концентрации натрия, чем в
случае калиевого стеклянного электрода. Более подробно ИСЭ с нейтральными
переносчиками рассмотрены в написанной Эйзенманом главе для сборника
Национального бюро стандартов [9].
120
Глава 9
Наконец, следует упомянуть о газочувствительных электродах с
газопроницаемой мембраной, отделяющей от внешней среды внутренний раствор
и рН-электрод. Существуют электроды этого типа, чувствительные к аммиаку,
диоксиду углерода и сероводороду. Наиболее широкое применение нашли С02-
электроды, используемые для определения рсс>2 в крови [28, 52]. Аммиачные
электроды используют для прямого определения аммиака в природных водах и
твердых телах; при помощи этих электродов можно определять концентрации
аммиака или ионов аммония в самых разнообразных пробах, поскольку работе
прибора мешают только газы, диффундирующие через мембрану.
9.3. Ферментные электроды
Классический потенциометрический ферментный электрод представляет собой
комбинацию ИСЭ с иммобилизованным (нерастворимым) ферментом, который
обеспечивает высокую селективность и чувствительность определения
конкретного субстрата. В табл. 9.1 перечислены некоторые ИСЭ, пригодные
для конструирования ферментных
Таблица 9.1. Ионоселективные электроды, используемые в ферментных
электродах
. Потенциометрический датчик Субстрат/фермент
NH3 Мочевина, аминокислоты, глутамин, глутаминовая кисло-
та, нитраты, нитриты, креатинин/лиазы и деаминазы
со2 . Мочевина, аминокислоты/декарбоксилазы
pH Пенициллин, РНК, ДНК, глюкоза/ферменты, катализи-
. рующие реакции с изменением pH
г Глюкоза, аминокислоты, холестерин, спирты
CN" Амигдалин
электродов. Достоинствами таких потенциометрических сенсоров являются
простота оборудования (требуется только pH-метр, тогда как для
амперометрических сенсоров необходима полярографическая установка),
низкая стоимость, доступность большого числа хороших и надежных базовых
ИСЭ.
Концентрация "растворимого" ферментного электрода (тл. 1) впервые была
выдвинута Кларком и Лайонсом [6] в 1962 г. Однако лишь в 1971 г. была
создан [50] первый работающий ферментный электрод на основе
глюкозооксидазы, иммобилизованной в геле на поверхности
полярографического кислородного электрода, который позволяет определять
глюкозу в биологических жидкостях и тканях. Ферментные электроды могут
работать и как вольтамперометрические, и как амперометрические датчики,
то есть измеряется ток при приложенном постоянном напряжении. В 1969 г.
Гилболт и Монталвв [19] предложили первый потенциометрический (измеряется
потенциал системы без наложения внешнего напряжения) ферментный электрод
для определения мочевины. С тех пор в литературе описано более ста
