For citation:
Kulapina E. G., Mursalov R. K., Kulapina O. I. Modified planar sensors for the separate detection of certain cephalosporin antibiotics. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2025, vol. 25, iss. 1, pp. 42-55. DOI: 10.18500/1816-9775-2025-25-1-42-55, EDN: MWYKSS
Modified planar sensors for the separate detection of certain cephalosporin antibiotics
Modifi ed screen-printed potentiometric sensors sensitive to cephalosporin antibiotics – cefuroxime (Cefur), cefotaxime (Ceftx), cefazolin (Cef) have been developed. Tetradecylammonium associates with complex compounds silver (I) – cefuroxime (cefotaxime) have been used as electroactive components. The role of magnetic nanoparticles Fe3O4 and cetylpyridinium chloride in improving the electroanalytical properties of sensors in solutions of the studied antibiotics is shown. Optimal ratios of modifi ers in carbon-containing inks (Fe3O4 : CPCh = 1 : 2.5) have been found. The main electroanalytical characteristics of the modifi ed sensors are determined. The introduction of a binary mixture of magnetic nanoparticles and cetylpyridinium chloride into carbon-containing inks leads to an improvement in the electroanalytical properties of planar sensors sensitive to cefuroxime, cefotaxime, cefazolin: at the same time, the detection limit of 1 · 10-6 (1 · 10-7 M) decreases, angular coeffi cients (55 ± 3 mV/pC) and linearity intervals of electrode functions (1 · 10-6 – 1 · 10-2 M), the response time is reduced – 26–30 seconds. The adsorption of surfactants at the interface ensures the stability of the suspension of nanoparticles and allows the concentration of analyte molecules. The possibility of separate determination of cephalosporin antibiotics in two- and three-component mixtures by projection methods of multidimensional data processing PLS-1 and PLS-2 is shown. The standard errors of calibration and prediction are estimated, on the basis of which the optimal number of latent variables for these methods is selected. It is established that all the studied models give high values of correlation coeffi cients and tangents of the slope of the “measured-predicted” dependencies close to one, which makes it possible to recommend these methods for practical use.
- Машковский М. Д. Лекарственные средства : пособие для врачей. 16-е изд., перераб. и доп. М. : Новая волна, 2020. 1216 с.
- Кулапина О. И., Кулапина Е. Г. Антибактериальная терапия. Современные методы определения антибиотиков в лекарственных и биологических средах. Саратов : Саратовский источник, 2015. 91 с.
- Будников Г. К., Евтюгин Г. А., Майстренко В. Н. Модифицированные электроды для вольтамперометрии в химии, биологии и медицине. 4-е изд. М. : Лаборатория знаний, 2020. 419 с.
- Турышев Е. С., Кубасов А. С., Голубев А.В., Жижин К. Ю., Кузнецов Н. Т. Потенциометрический метод определения биологически неразлагаемых антимикробных веществ // Журн. неорг. химии. 2023. Т. 68, № 12. C. 1824–1830. https://doi.org/10.31857/S0044457X23601633
- Хади М., Хонарманд Э. Применение электрода из анодированного пирографита с торцевой поверхностью для анализа клиндамицина в фармацевтических препаратах и образцах человеческой мочи // Электрохимия. 2017. Т. 53, № 4. С. 431–444. https://doi.org/10.7868/S0424857017040065
- Алосфур Ф., Радхи М. М., Ридха Н. Ж. Вольтамперометрические характеристики привитого полимера, модифицированного наночастицами ZnO, на стеклоуглеродном электроде // Электрохимия. 2018. Т 54, № 1. С. 33–39. https://doi.org/10.7868/S0424857018010036
- Duan M., He X., Zhang Q., Zheng B. A highly sensitive cefotaxime electrochemical detection technique based on graphene quantum dots // Int. J. Electrochem. Sci. 2022. Vol. 17. Р. 220729. https://doi.org/10.20964/2022.07.06
- Еременко А. В., Прокопкина Т. А., Касаткин В. Э., Осипова Т. А., Курочкин И. Н. Планарные тиол-чувствительные сенсорные элементы для определения активности бутирилхолинэстеразы и анализа ее ингибиторов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2014. Т. 55, № 3. С. 174–179.
- Abdel-Haleem F. M., Gamal E., Rizk M. S., El Nashar R. M., Anis B., Elnabawy H. M., Barhoum A. t-Butyl calixarene/Fe2O3@MWCNTs composite-based potentiometric sensor for determination of ivabradine hydrochloride in pharmaceutical formulations // Mater. Sci. Eng. 2020. Vol. 116. P. 111110–111123. https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111110
- Surya S. G., Khatoon S., Lahcen A. A., Nguyen A. T., Dzantiev B. B., Tarannum N., Salama K. A chitosan gold nanoparticles molecularly imprinted polymer based ciprofl oxacin sensor // RSC Adv. 2020. Vol. 10. P. 12823–12832. https://doi.org/10.1039/d0ra01838d
- Zeb S., Wong A., Khan S., Hussain S. Using magnetic nanoparticles/MIP-based electrochemical sensor for quantifi cation of tetracycline in milk samples // J. Electroanal. Chem. 2021. Vol. 900. P. 115713–115730. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2021.115713
- Zhao X., Hu W., Wang Y., Zhu L., Yang L., Sha Z., Zhang J. Decoration of graphene with 2-aminoethanethiol functionalized gold nanoparticles for molecular imprinted sensing of erythrosine // Carbon. 2018. Vol. 127. P. 618–626. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.11.041
- Lopez R., Khan S., Wong A. Development of a new electrochemical sensor based on Mag-MIP selective toward amoxicillin in different samples // Front. Chem. 2021. Vol. 9. P. 615602–615620. https://doi.org/10.3389/fchem.2021.615602
- Yu J., Tang W., Wang F., Zhang F., Wang Q., He P. Simultaneous detection of streptomycin and kanamycin based on an all-solid-state potentiometric aptasensor array with a dual-internal calibration system // Sens. Actuators B: Chem. 2020. Vol. 311. P. 127857–127865. https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.127857
- Heinz H., Pramanik C., Heinz O., Ding Y., Mishra R. K., Marchon D., Ziolo R. F. Nanoparticle decoration with surfactants: Molecular interactions, assembly, and applications // Surface Science Reports. 2017. Vol. 72, № 1. P. 1–58. https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2017.02.001
- Зиятдинова Г. К., Антонова Т. С., Мубаракова Л. Р., Будников Г. К. Амперометрический сенсор на основе наночастиц диоксида олова и цетилпиридиния бромида для определения ванилина // Журн. аналит. химии. 2018. Т. 73, № 8. С. 632–640. https://doi.org/10.1134/S0044450218080121
- Ferreira L. M., Dutra de Souza F., Vieira I. C. Electrochemical sensor based on rhodium nanoparticles stabilized in zwitterionic surfactant for p-coumaric acid analysis // Canadian J. Chem. 2017. Vol. 95, № 2. Р. 113–119. https://doi.org/10.1139/cjc-2016-0338
- Saleh G. A., Badr I. H. A., Nour El-Deen D. A. M., Derayea S. M. Novel potentiometric sensor for the selective determination of cefotaxime sodium and its application to pharmaceutical analysis // IEEE Sensors J. 2020. Vol. 20, № 7. Р. 3415–3422. https://doi.org/10.1109/JSEN.2019.2960034
- Кулапина Е. Г., Мурсалов Р. К., Кулапина О. И., Анкина В. Д., Чердакова Е. Н. Модифицированные планарные сенсоры для определения цефепима // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89, № 3. C. 5–13. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-3-5-13
- Hernández E., del Valle M. Multisensory-electroanalytical systems based on disposable screen-printed sensors for pharmaceutical analysis // TrAC. 2008. Т. 27, № 3. С. 199–209.
- Кулапина Е. Г., Дубасова А. Е., Кулапина О. И., Анкина В. Д. Мультисенсорные системы типа «электронный язык» для раздельного определения цефотаксима и цефазолина // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2021. Т. 21, вып. 1. С. 4–11. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2021-21-1-4-11
- Паршина А. В., Сафронова Е. Ю., Колганова Т. С. Перфторсульфокатионообменные мембраны с функционализированными углеродными нанотрубками в потенциометрических сенсорах для анализа фармацевтических препаратов никотиновой кислоты // Журн. аналит. химии. 2022. Т. 77, № 2. С. 176–187. https://doi.org/10.31857/S0044450222020116
- Ельникова А. С., Колганова Т. С., Паршина А. В., Бобрешова О. В. Потенциометрическая мультисенсорная система на основе мембран МФ-4СК, содержащих оксид кремния с функционализированной поверхностью, для определения ионов сульфаниламида и калия // Сорбц. и хроматогр. процессы. 2020. Т. 20, № 5. С. 615–623. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2020.20/3054
- Кетруш Е. Ф., Мурсалов Р. К., Силаев Д. В., Русанова Т. Ю. Спектрофотометрическое определение некоторых β-лактамных антибиотиков в их бинарных смесях с использованием метода проекций на латентные структуры // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2023. Т. 23, вып. 4. С. 392–403. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2023-23-4-392-403
- Амелин В. Г., Шаока З. А. Ч., Большаков Д. С., Третьяков А. В. Цифровая цветометрия индикаторных тест-систем с использованием смартфона и хемометрического анализа при определении тетрациклинов в лекарственных препаратах // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65, вып. 7. С. 17–27. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226507.6568
- Родионова О. Е., Померанцев А. Л. Хемометрика: достижения и перспективы // Успехи химии. 2006. Т. 75, № 4. С. 302–321. https://doi.org/10.1070/RC2006v075n04ABEH003599
- Vignaduzzo S. E., Maggio R. M., Olivieri A. C. Why should the pharmaceutical industry claim for the implementation of second-order chemometric models-A critical review // J. Pharm. Biomed. Anal. 2019. Vol. 176. P. 112965. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2019.112965
- El-Gindy A., Hadad G. M. Chemometrics in pharmaceutical analysis: An introduction, review, and future perspectives // Journal of AOAC International. 2012. Vol. 95, № 3. P. 609–623. https://doi.org/10.5740/jaoacint.sge_el-gindy
- Cornejo-Baez A. A. Chemometrics: a complementary tool to guide the isolation of pharmacologically active natural products // Drug Discovery Today. 2020. Vol. 25, № 1. P. 27–37. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2019.09.016