Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Химия. Биология. Экология

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)

Для цитирования:

Маркина Н. Е., Захаревич А. М., Маркин А. В. Электрохимическое ГКР исследование некоторых эндогенных компонентов биожидкостей человека // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2022. Т. 22, вып. 3. С. 292-301. DOI: 10.18500/1816-9775-2022-22-3-292-301

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 384)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Химия
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
543.424.2
DOI: 
10.18500/1816-9775-2022-22-3-292-301

Электрохимическое ГКР исследование некоторых эндогенных компонентов биожидкостей человека

Авторы: 
Маркина Наталья Евгеньевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Захаревич Андрей Михайлович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Маркин Алексей Викторович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Разработана и оптимизирована методика электрохимического (ЭХ) получения медныхэлектродов, пригодных для использования в качестве подложек в спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) света. Данные ГКР активные электроды использовали для проведения электроспектральных исследований, основанных на совмещении электрохимического и ГКР анализа (ЭХГКР анализ). В качестве объектов анализа выбрали несколько эндогенных компонентов биожидкостей (мочевина, креатинин, мочевая кислота, билирубин), которые могут существенно влиять на ГКР анализ при определении других веществ в биожидкостях (например, лекарственных препаратов). Для растворов указанных веществ изучена зависимость ГКР сигнала и силы тока от величины поляризации поверхности ГКР активного электрода (приложенного потенциала) и уровня рН растворов. Установлено, что для всех аналитов значения приложенного потенциала, при которых наблюдается максимальный ГКР сигнал, находятся в области отрицательных величин (ниже −0.2 В относительно медного псевдоэлектрода сравнения). Наиболее интенсивный ГКР сигнал большинство аналитов имеет в нейтральной среде (при оптимальном значении поляризации ГКРактивного электрода), а самый слабый – вщелочной. Ингибирующее действие высоких значений рН предположительно связано с депротонированием молекул аналитов, приводящем к ухудшению их адсорбции на отрицательно поляризованныхГКР активныхэлектродах. Анализ вольт-амперныххарактеристик позволил провести оценку возможного влияния ЭХ превращений изучаемых молекул на их ГКР сигнал. Результаты, полученные в данной работе, будут полезны при разработке методик ЭХ-ГКР определения различныхэндо- и экзогенных веществ в биожидкостях человека.

Ключевые слова: 
гигантское комбинационное рассеяние
мочевина
креатинин
мочевая кислота
билирубин
ГКР-активные электроды
медные ГКР подложки
электрохимическая ячейка
электроспектральная система
Список источников: 
  1. Fleischmann M., Hendra P. J., McQuillan A. J. Raman spectra of pyridine adsorbed at a silver electrode // Chem. Phys. Lett. 1974. Vol. 26. P. 163–166. https:// doi.org/10.1016/0009-2614(74)85388-1
  2. Moldovan R., Vereshchagina E., Milenko K., Iacob B. C., Bodoki A.E., Falamas A., Tosa N., Muntean C. M., Farcău C., Bodoki E. Review on combining surfaceenhanced Raman spectroscopy and electrochemistry for analytical applications // Anal. Chim. Acta. 2021. Vol. 1209. P. 339250. https://doi.org/10.1016/j. aca.2021.339250
  3. Zaleski S., Wilson A. J., Mattei M., Chen X., Goubert G., Cardinal M. F., Willets K. A., Van Duyne R. P. Investigating nanoscale electrochemistry with surface- and tip-enhanced Raman spectroscopy // Acc. Chem. Res. 2016. Vol. 49. P. 2023–2030. https://doi.org/10.1021/ acs.accounts.6b00327
  4. Sabanés N. M., Domke K. F. Raman under water – nonlinear and nearfi eld approaches for electrochemical surface science // Chem. Electro. Chem. 2017. Vol. 4, iss. 8. P. 1814–1823. https://doi.org/10.1002/celc.201700293
  5. Wain A. J., O’Connell M. A. Advances in surfaceenhanced vibrational spectroscopy at electrochemical interfaces // Adv. Phys.-X. 2017. Vol. 2, iss. 1. P. 188–209. https://doi.org/10.1080/23746149.2016. 1268931
  6. Willets K. A. Probing nanoscale interfaces with electrochemical surface-enhanced Raman scattering // Curr. Opin. Electrochem. 2019. Vol. 13. P. 18–24. https://doi. org/10.1016/j.coelec.2018.10.005 
  7. Li D., Li D. W., Fossey J. S., Long Y. T. Portable surfaceenhanced Raman scattering sensor for rapid detection of aniline and phenol derivatives by on-site electrostatic preconcentration // Anal. Chem. 2010. Vol. 82. P. 9299–9305. https://doi.org/10.1021/ac101812x
  8. Ibáñez D., González-García M. B., Hernández-Santos D., Fanjul-Bolado P. Detection of dithiocarbamate, chloronicotinyl and organophosphate pesticides by electrochemical activation of SERS features of screen-printed electrodes // Spectrochim. Acta A. 2021. Vol. 248. P. 119174. https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.119174
  9. Markin A. V., Markina N. E., Popp J., Cialla-May D. Copper nanostructures for chemical analysis using surfaceenhanced Raman spectroscopy // Trends Anal. Chem. 2018. Vol. 108. P. 247–259. https://doi.org/10.1016/j. trac.2018.09.004
  10. Pockrand I. Raman spectroscopy of pyridine-exposed Ag, Cu and Au fi lms in UHV. A comparative study // Chem. Phys. Lett. 1982. Vol. 85. P. 37–42. https://doi. org/10.1016/0009-2614(82)83456-8
  11. Markina N. E., Ustinov S. N., Zakharevich A. M., Markin A. V. Copper nanoparticles for SERS-based determination of some cephalosporin antibiotics in spiked human urine // Anal. Chim. Acta. 2020. Vol. 1138. P. 9–17. https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.09.016
  12. Halouzka V., Halouzkova B., Jirovsky D., Hemzal D., Ondra P., Siranidi E., Kontos A.G., Falaras P., Hrbac J. Copper nanowire coated carbon fi bers as effi cient substrates for detecting designer drugs using SERS // Talanta. 2017. Vol. 165. P. 384–390. https:// doi.org/10.1016/j.talanta.2016.12.084
  13. Markina N. E., Volkova E. K., Zakharevich A. M., Goryacheva I. Yu., Markin A. V. SERS detection of ceftriaxone and sulfadimethoxine using copper nanoparticles temporally protected by porous calcium carbonate // Microchim. Acta. 2018. Vol. 185. P. 481. https://doi. org/10.1007/s00604-018-3018-9
  14. Pothier N. J., Force R. K. Surface-enhanced Raman spectroscopy at a silver electrode as a real-time detector in fl owing streams // Appl. Spectrosc. 1992. Vol. 46, iss. 1. P. 147–151. https://doi.org/10.1366/0003702924444533
  15. Zhao L., Blackburn J., Brosseau C. L. Quantitative detection of uric acid by electrochemical-surface enhanced Raman spectroscopy using a multilayered Au/Ag substrate // Anal. Chem. 2015. Vol. 87, iss. 1. P. 441–447. https://doi.org/10.1021/ac503967s
  16. Hernandez S., Perales-Rondon J. V., Heras A., Colina A. Determination of uric acid in synthetic urine by using electrochemical surface oxidation enhanced Raman scattering // Anal. Chim. Acta. 2019. Vol. 1085. P. 61–67. https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.07.057
  17. Huang C. Y., Hsiao H. C. Integrated EC-SERS chip with uniform nanostructured EC-SERS active working electrode for rapid detection of uric acid // Sensors. 2020. Vol. 20, iss. 24. P. 7066. https://doi.org/10.3390/ s20247066
  18. Krebs H. A. Chemical composition of blood plasma and serum // Annu. Rev. Biochem. 1950. Vol. 19. P. 409–430.
  19. Rose C., Parker A., Jefferson B., Cartmell E. The characterization of feces and urine: A review of the literature to inform advanced treatment technology // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2015. Vol. 45, iss. 17. P. 1827–1879. https://doi.org/10.1080/10643389.2014. 1000761
  20. Laufer G., Schaaf T. F., Huneke J. T. Surface enhanced Raman scattering from cyanide adsorbed on copper // J. Chem. Phys. 1980. Vol. 73. P. 2973–2976. https://doi. org/10.1063/1.440428
  21. Kudelski A., Janik-Czachor M., Bukowska J., Pisarek M., Szummer A. Effect of ageing in air on morphology and surface-enhanced Raman scattering (SERS) activity of Cu-based amorphous alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2002. Vol. 326. P. 364–369. https://doi.org/10.1016/ S0921-5093(01)01798-1
  22. Kudelski A., Janik-Czachor M., Pisarek M., Bukowska J., Mack P., Dolata M., Szummer A. Local characterisation of inhomogeneous Cu surfaces by surface-enhanced Raman scattering // Surf. Sci. 2002. Vol. 507–510. P. 441–446. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(02)01283-9
  23. Pothier N. J., Forcé R. K. Detection of biologically important compounds in flowing aqueous streams by surface-enhanced Raman spectroscopy at a silver electrode // Appl. Spectrosc. 1994. Vol. 48, iss. 4. P. 421–425. https://doi.org/10.1366/000370294775269009
  24. Markina N. E., Goryacheva I. Yu., Markin A. V. Sample pretreatment and SERS-based detection of ceftriaxone in urine // Anal. Bioanal. Chem. 2018. Vol. 410. P. 2221–2227. https://doi.org/10.1007/s00216-018-0888-y
  25. Markina N. E., Zakharevich A. M., Markin A. V. Determination of methotrexate in spiked human urine using SERS-active sorbent // Anal. Bioanal. Chem. 2020. Vol. 412. P. 7757–7766. https://doi.org/10.1007/s00216- 020-02932-x
  26. Gangopadhyay D., Sharma P., Singh S. K., Singh P., Tarcea N., Deckert V., Popp J., Singh R. K. Raman spectroscopic approach to monitor the in vitro cyclization of creatine → creatinine // Chem. Phys. Lett. 2015. Vol. 618. P. 225–230. https://doi.org/10.1016/j. cplett.2014.11.021
  27. Craw J. S., Greatbanks S. P., Hillier I. H., Harrison M. J., Burton N. A. Solvation and solid state effects on the structure and energetics of the tautomers of creatinine // J. Chem. Phys. 1997. Vol. 106. P. 6612–6617. https://doi.org/10.1063/1.473650
  28. Gao J., Hu Y., Li S., Zhang Y., Chen X. Tautomeric equilibrium of creatinine and creatininium cation in aqueous solutions explored by Raman spectroscopy and density functional theory calculations // Chem. Phys. 2013. Vol. 410. P. 81–89. https://doi.org/10.1016/j. chemphys.2012.11.002 
Поступила в редакцию: 
29.03.2022
Принята к публикации: 
09.04.2022
Опубликована: 
30.09.2022