Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
| Источником потенциометрического сигнала, по-видимому, является
окисление или
I восстановление функциональных групп на поверхности электрода
пероксидом водоро-
j да, образующимся в катализируемом глюкозооксидазой процессе
окисления глюкозы.
I Следовательно, редокс-пара, сигнал которой измеряется,
присоединена к поверхности
[ электрода, а не находится в свободном виде в растворе, как показано
на рис. 10.3. В
[ случае платины с увеличением концентрации глюкозы потенциал
становится более
j отрицательным (рис. 10.4). Это означает, что на поверхности
платины имеет место
восстановление. Наклон кривых на рис. 10.4 составляет около - 40 мВ/рС
глюкозы и,
Концентрация глюкозы, мг/100 мл
Рис. 10.5. Потенциометрический отклик покрытого глюкозооксидазой
электрода из пористого графита в насыщенном кислородом растворе глюкозы
при pH 7,4 (0,1 М буферный раствор фосфата натрия). 1 - графитовый
электрод; 2-такой же электрод, покрытый слоем глюкозооксидазы на
носителе.
<4
S;
0 а
!
1
а
*
50
30
10
I
i-70
¦7
I I I I I
40 100 400
Концентрация глюкозы, мг/100 мл
136
Глава 10
как отмечалось выше, не зависит от способа предварительной обработки
поверхности платины [3]. Такое значение наклона заставляет предположить,
что в электрохимическом переносе заряда участвует больше одного, но
меньше двух электронов. Вероятно, это результат наложения нескольких
реакций, протекающих параллельно или последовательно. Могут иметь место,
в частности, следующие реакции с положительным суммарным потенциалом Е°
(хотя очень вероятны и другие, одноэлектронные процессы):
Н202 = 02 + 2Н + + 2е" Е° = - 0,68 В Pt(OH)2 + 2Н+ + 2е" = Pt + 2НгО Е° =
+ 0,98 В
Считают, что в водном растворе образование оксида платины начинается с
обратимого присоединения ОН-групп к поверхностному слою атомов платины.
При примерно монослойном покрытии внешние слои платины подвергаются
необратимой перестройке, в результате чего ОН-группы входят в
кристаллическую решетку платины [6]. Точно не известно, какой именно
одноэлектронный процесс имеет место при окислении платины. Таким
процессом может быть восстановление части платины через промежуточное
состояние окисления + 1. Влияние pH на измеряемые потенциалы
непосредственно не изучалось, поскольку изменение pH раствора очень
сильно влияет на активность ферментов. Однако варьирование pH между 5,4 и
8,4 не оказывает заметного влияния на потенциал "голого" (в отсутствие
фермента) платинового электрода. Очевидно, чтобы объяснить, как возникает
потенциометрический сигнал на платине, необходимо лучше понять химические
процессы в системе платина - кислород -вода-пероксид водорода.
В случае углеродного электрода (рис. 10.5) наклон зависимости потенциала
от логарифма концентрации глюкозы положителен и составляет около 30
мВ/рС. Это говорит о том, что на поверхности электрода имеет место
двухэлектрониая реакция окисления. Пористые графитовые электроды содержат
как альдегидные, так и гидро-хинонные функциональные группы [5], которые
могут подвергаться двухэлектронному окислению с образованием
соответственно карбоновых кислот и хинонных групп. Однако необходимы
дополнительные эксперименты, чтобы более детально выяснить, что является
источником потенциометрического сигнала.
Величина потенциометрического сигнала существенно зависит от способа
предварительной обработки поверхности платинового электрода. Об этом
свидетельствуют результаты, полученные при обработке платиновых
электродов следующими способами: нагреванием в газовом пламени;
электрохимическим окислением; электрохимическим восстановлением;
электрохимической нейтрализацией и электрохимическим осаждением
тетрахлорида платины. В случае нейтрализации, окислительной и пламенной
обработки обнаруживаются существенные различия в наклонах зависимости
потенциометрического сигнала от концентрации глюкозы для обычного и
покрытого ферментным слоем платиновых электродов [3]. Позже обычные
платиновые электроды, подвергнутые пламенной и электрохимической
обработке, изучали методом электронной спектроскопии (ЭСХА) [10].
Термически обработанная платина содержит меньше углеродистых примесей на
поверхности, чем электрохимически обработанная; с другой стороны, при
электрохимической обработке поверхность платины окисляется в большей
степени, чем в пламени. В последнем случае поверхность платины
загрязняется кремнием, диффундирующим из ее объема.
Основным недостатком глюкозооксидазных платиновых электродов является
плохая воспроизводимость поверхностных потенциалов. Каждый такой электрод
характеризуется линейной зависимостью потенциала от логарифма
концентрации глюкозы. Однако при повторном использовании, если
концентрация глюкозы изменяется в обратном направлении, может наблюдаться
явление гистерезиса. Впрочем, потенциал
Потенциометрические биосенсоры
137
"голого" платинового электрода также трудно поддерживать на постоянном
уровне при повторных измерениях. Очевидно, необходимы дополнительные
