Cite this article as:

Varygina O. V., Selifonova E. I., Chernova R. K. Sensor System for Determining α-Amino Acids. Izvestiya of Saratov University. New series. Series: Chemistry. Biology. Ecology, 2018, vol. 18, iss. 3, pp. 261-267. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2018-18-3-261-267


Heading: 
UDC: 
543.25
Language: 
Russian

Sensor System for Determining α-Amino Acids

Abstract

The principles of creating ion-selective electrodes for a-amino acids in a historical retrospective are considered. It is shown that until recently, when the creation of potentiometric membrane sensors, the main emphasis was made on the formation of more selective sensors able to selectively determine the concentration of some analyte in multi-component systems. The material for such sensors were ionselective membranes, which were created specific to a particular analite, but were not specific to the entire class of such analyzers. In this respect, the characteristics of sensors, selective to α-amino acids, developed on the basis of glass, reversible single-loading cations electrodes, by applying a thin layer of the enzyme. Enzymes (oxidase,asparaginase, etc.) catalyze the decomposition of the corresponding amino acids. The released gases are determined by the electrode, whose potential is proportional to the concentration of the amino acid. A new stage in the development of the sensor began with the opening of pagandom (otricatelnyh of ionophores with highly basic terminal groups, the crown calix [n]arenes, etc.) used to create sensors on the hydrochlorides of esters of amino acids. Discussed the mechanism of formation of ionophores, the type of communication, analytical characteristics of the sensors. A cycle of works on creation of sensors based on registration Of donnan potential at the ion-exchange polymer/solution boundary is considered. It is shown that nanomodification of the perfluorinated sulfocationite polymer overhang (membrane surface) increases the sensitivity of the sensor. Piezo-quartz resonators, sensors based on the digital recording of the effects of swelling and Contracting a set of sorbent granules, chiral amino acid electrodes are described. The formation of a new direction in the creation of sensors for α-amino acids–potentiometric Multisensor systems based on ion exchange combined membranes, in which the analytical signal is the potential of Donnan, is noted. The possibilities of directional variation of the chemical properties of PD-sensors by modifying sulfatirovannah perfluorinated membranes. Estimated cross-sensitivity to multiple environments and reproducibility of the analytical characteristics of PD in multi-sensor systems.

References

1. Катралл Р. В. Химические сенсоры / пер. с англ. М. : Науч. мир, 2000. 143 с.

2. Байулеску Г., Кошофрец В. Применение ион-селективных мембранных электродов в органическом анализе. М. : Мир, 1980. 231 с.

3. Guilbault G. G., Hrabankova E. An Electrod for determination of Amino Acids // Anal. Chem. 1970. № 42. Р. 1779–1783.

4. Guilbault G. G., Hrabankova E. An L-amino acid electrode // Anal. Lett. 1970. № 3. Р. 53–57.

5. Guilbault G. G., Hrabankova E. New enzyme electrode probes for d-amino acids and asparagine // Anal. Chem. Acta. 1971. № 56. Р. 285–290.

6. Guilbault G. G., Shu F. R An electrode for the determination of glutamine // Anal. Chem. 1971. № 56. Р. 333–338.

7. Guilbault G. G., Nagy G. Enzyme electrodes for the determination of 1-phenylalanine // Anal. Lett. 1973. № 6. Р. 301–312.

8. Ogoto K., Otteson M., Svendesen I. Preparation of waterinsoluble, enzymatically active derivatives of subtilisin type Novo by cross-linking with glutaraldehyde // Biochim. Biophys. Acta. 1968. № 159. Р. 403–405.

9. Guilbault G. G., Shu F. R. Enzyme Electrodes Based on the Use of a Carbon Dioxide Sensor. Urea and L-Tyrosine Electrodes // Anal. Chem. 1972. № 44. Р. 2161–2165.

10. Stow R. W., Baer R. F., Randall B. F. Rapid measurement of the tension of carbon dioxide in blood // Arch. Phys. Med. 1957. № 38. P. 646–650.

11. Gambino S. R. Determination of Blood pCO2 // Clin. Chem. 1961. Vol. 7, № 4. P. 236–242.

12. Calvot C., Bejonneau A. -M., Gell G., Thomas D. Magnetic enzyme membranes as active elements of electrochemical sensors. specifi c amino acid enzyme electrodes // FEBS Lett. 1975. № 59. P. 258.

13. Nanjo M., Guilbault G. G. Enzyme electrode for L-amino acids and glucose // Anal. Chem. Acta. 1973. № 73. Р. 367–370.

14. Шведене Н. В. Селективные электроды на органические ионы // Сорос. образоват. журн. 2004. Т. 8, № 2. С. 37–43.

15. Leyzerovich N. N., Shvedene N. V., Blikova Yu. N. Comparative study of metall-phtalocyanates as active component in sal-selective electrodes // Electroanalysis. 2001. Vol. 13, № 3. Р. 246–252.

16. Титова Н. Ю. Потенциометрический биосенсор для анализа содержания метилового эфира L-триптофана // Аналитические приборы : тез. докл. III Всерос. конф. СПб., 2008. С. 115.

17. Агупова М. В., Паршина А. В., Бобрешова О. В., Кулинцов П. И. Новый способ определения доннановского потенциала в электромембранных процессах // Сорбционные и хроматографические процессы. 2008. Т. 8, вып. 2. С. 241–245.

18. Бобрешова О. В. Новые потенциометрические сенсоры для определения аминокислот, витаминов и лекарственных веществ в водных растворах // Аналитическая химия – новые методы и возможности : материалы съезда аналитиков России, 26–30 апреля 2010 г. М., 2010. С. 45–46.

19. Агупова М. В., Паршина А. В., Бобрешова О. В. Потенциометрическое определение лизина моногидрохлорида в индивидуальных и смешанных водных растворах // Аналитическая химия – новые методы и возможности : материалы Съезда аналитиков России, 26–30 апреля 2010 г. М., 2010. С. 22.

20. Бобрешова О. В., Паршина А. В., Тимофеев С. В., Полуместная К. А. Пат. 87260 РФ. № 2009115481; заявл. 23.04.2009; опубл. 27.09.2009; бюл. № 27.

21. Зяблов А. Н., Калач А. В., Жиброва Ю. А., Селеменев В. Ф., Дьяконова О. В. Определение глицина в водных растворах пьезосенсором, модифицированным полимером с молекулярным отпечатком // Журн. аналит. химии. 2010. Т. 65, № 1. С. 93–95.

22. Никитская Л. М., Никитский А. С., Зяблов А. Н., Калач А. В., Селеменев В. Ф. Определение фенилаланина в биологических жидкостях пьезокварцевым сенсором, модифицированным полимером с молекулярным отпечатком // Аналитика России : материалы III Всерос. конф. Краснодар, 2009. С. 409.

23. Рудакова Л. В., Байдичева О. В., Калач А. В., Рудаков О. Б., Селеменев В. Ф. Мультисенсорная система, основанная на цифровой регистрации эффектов набухания и контракции набора гранул сорбентов // Аналитика России : материалы III Всерос. конф. Краснодар, 2009. С. 151.

24. Jia-Xie Z., Jin-Rui X. Chiral amino-acid electrode for the determination of D-alanine // Chem. J. Chin. Univ. 1999. Vol. 20, № 20. Р. 109–113.

25. Sarkar P., Tothill I. E., Setford S. J. Screen-printed amperometric biosensors for the rapid measurement of L- and D-amino acids // Analyst. 1999. Vol. 124, № 6. Р. 865–870.

26. Титова Т. С., Паршина А. В., Бобрешова О. В. Определение глицина, альфа, бета-аланина, лейцина в кислых и щелочныхводных растворах с использованием ПД-сенсоров // «ФАГРАН – 2012» : материалы VI Всерос. конф. Воронеж, 2012. С. 472–474.

27. Паршина А. В., Титова Т. С., Сафронова Е. Ю., Бобрешова О. В., Ярославцев А. Б. Определение глицина, аланина и лейцина при различных рН раствора с помощью ПД-сенсоров на основе гибридных мембран // Журн. аналит. химии. 2016. Т. 71, № 3. С. 272–281.

28. Титова Т. С., Паршина А. В., Бобрешова О. В. Потенциометрические мультисенсорные системы для определения глицина, аланина, лейцина в кислых растворах // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья : материалы IV междунар. конф. Белгород, 2012. С. 383–384.

29. Bobreshova O. V., Parshina A. V., Polumestnaya K. A., Safronova E. Y., Yankina K. Y., Yaroslavtsev A. B. Sensors based on zirconia-modifi ed perfl uorinated sulfonic acid membranes sensitive to organic anions in multiionic aqueous solutions // Petrol. Chem. 2012. Vol. 52, № 7. P. 499–504.

30. Бобрешова О. В., Паршина А. В., Янкина К. Ю., Сафронова Е. Ю., Ярославцев А. Б. Гибридные перфторированные сульфосодержащие мембраны с наночастицами оксида циркония (IV) – электродноактивный материал потенциометрических сенсоров // Рос. нанотехнологии. 2013. Т. 8, № 11–12. С. 58–64.

31. Дуванова О. В., Зяблов А. Н. Проточно-инжекционное определение валина и олеиновой кислоты пьезосенсорами, модифицированными полимерами с молекулярными отпечатками // Сорбционные и хроматографические процессы. 2015. Т. 15, вып. 4. С. 558–562.

32. Бобрешова О. В., Паршина А. В., Рыжкова Е. А. Потенциометрическая мультисенсорная система для определения лизина в водных растворах с хлоридами калия и натрия // Журн. аналит. химии. 2010. Т. 65, № 8. С. 885–891.

33. Паршина А. В., Сафронова Е. Ю., Титова Т. С., Сафронов Д. В., Лысова А. А., Бобрешова О. В., Ярославцевa А. Б. Потенциометрические перекрестно-чувствительные сенсоры на основе перфторированных мембран, обработанных при различной относительной влажности, для совместного определения катионов и анионов в щелочных растворах аминокислот // Электрохимия. 2017. Т. 53, № 11. С. 1464–1470.

34. Сафронова Е. Ю., Паршина А. В., Рыжкова Е. А., Сафронов Д. В., Бобрешова О. В., Ярославцевa А. Б. ПД-сенсоры для определения аминокислот с несколькими азотсодержащими группами на основе мембран NAFION с оксидом циркония, обработанных в различных условиях // Мембраны и мембранные технологии. 2017. Т. 7, № 6. С. 432–440.

35. Паршина А. В., Сафронова Е. Ю., Титова Т. С., Бобрешова О. В, Прихно И.А., Ярославцевa А. Б. ПДсенсоры на основе мембран МФ-4СК и оксида кремния с гидрофобной поверхностью для определения катионов фенилаланина, валина и метионина // Журн. общей химии. 2016. Т. 86, вып. 6. С. 1035–1045.

36. Бобрешова О. В., Паршина А. В., Рыжкова Е. А. Использование программно-аппаратного комплекса для определения ионов лизина, калия, натрия и магния в водных растворах // Сорбционные и хроматографические процессы. 2014. Т. 14, вып. 1. С. 86–95.

37. Safronova E., Parshina A., Kolganova T., Bobreshova O., Pourcelly G., Yaroslavtsev A. Potentiometric sensors arrays based on perfluorinated membranes and silica nanoparticles with surface modified by proton-acceptor groups, for the determination of aspartic and glutamic amino acids anions and potassium cations // J. Electroanal. Chem. 2018. Vol. 816. P. 21–29.

38. Бобрешова О. В., Паршина А. В., Агупова М. В., Полуместная К. А. Определение аминокислот, витаминов и лекарственных веществ в водных растворах с использованием новых потенциометрических сенсоров, аналитическим сигналом которых является потенциал Доннана // Электрохимия. 2010. Т. 46, № 11. С. 1338–1349.

39. Бобрешова О. В., Паршина А. В., Полуместная К. А., Тимофеев С. В. Потенциометрические сенсоры нового типа на основе перфторированных сульфокатионитовых мембран для количественного анализа многокомпонентных водных сред // Мембраны и мембранные технологии. 2011. Т. 1, № 1. С. 27–36.

40. Бобрешова О. В., Паршина А. В., Сафронова Е. Ю., Титова Т. С., Ярославцев А. Б. Потенциометрическое определение анионов глицина, аланина, лейцина и катионов калия в щелочных растворах с использованием мембран NAFION и МФ-4ск, модифицированных ZrO2 // Мембраны и мембранные технологии. 2015. Т. 5, № 2. С. 125–130.

41. Паршина А. В., Денисова Т. С., Бобрешова О. В. Сенсорные системы на основе ионообменных мембран для анализа многокомпонентных растворов // Мембраны и мембранные технологии. 2016. Т. 6, № 4. С. 329–350.

Full text (in Russian):