Анализатор для определения суммарной антиоксидантной активности объектов

Полезная модель относится к области физической и аналитической химии и может быть применена для определения суммарной антиоксидантной активности биологически активных веществ методом вольтамперометрии с использованием трехэлектродной ячейки. Сущность полезной модели заключается в том, что в основе измерения лежит модельная реакция электровосстановления кислорода, идущая по механизму, аналогичному восстановлению кислорода в тканях и клетках человека и являющийся основным окислительным процессом во всех объектах искусственного и природного происхождения. Анализатор обладает высокой чувствительностью, позволяет в автоматическом режиме проводить измерения, применим для различных объектов пищевой, косметической и фармацевтической промышленности и медицины.

Полезная модель относится к области аналитического приборостроения. В частности к приборам вольтамперометрического анализа и может быть использована при анализе свойств биологически активных веществ.

Известна установка для анализа смесей, содержащая емкость с растворителем, капиллярную трубку, датчик расхода, устройство ввода пробы, хроматографическую колонку, детектор, нармировщик выходного сигнала и устройство регистрации. При протекании элюента через датчик расхода на его выходе вырабатывается выходной сигнал датчика расхода, который определяется расходом элюента через термостатируемую высокоэффективную предколонку датчика расхода и имеет линейную зависимость от расхода элюента. Термостатирование предколонки в таком датчике расхода применяется для исключения зависимости выходного сигнала датчика расхода от изменения температуры окружающей среды (RU 2148824, 10.05.2000)

Однако известная установка не предназначена для измерения суммарной антиоксидантной активности биологически активных веществ.

Описана установка для определения суммарной антиоксидантной активности биологически активных веществ путем их электрохимического окисления, которая содержит емкость для растворителя, насос, дозатор, выполненный в Сиде многоходового крана, связанного с выходом насоса, с устройством ввода анализируемого вещества и с термостатированной электрохимической ячейки амперометрического детектора, усилитель электрического сигнала, аналого-цифровой преобразователь и устройство регистрации выходного сигнала, установка содержит амперометрический детектор, а электрохимическая ячейка не содержит электрода сравнения (RU 2238555 С1 25.07.2003).

Основным недостатком данного устройства является сложное и дорогое оборудование не всегда оправданное для проведения рутинных анализов.

Известна установка для определения антиоксидантной активности препаратов, содержащая термостатируемую емкость с субстратом окисления - полиненасыщенными жирными кислотами кукурузного масла, куда вводят антиоксидантный препарат и воздействуют индикаторами окисления, емкость соединена со спектрофотометром или с хемилюминесцентным прибором, снабженным специализированной компьютерной

программой, при этом антиокислительная активность обратно пропорциональна уровню продуктов перекисного окисления липидов. Установка позволяет стандартизировать оценку результатов, а также использовать доступный субстрат окисления (RU 2182706 20.05.2002)

Данная установка не может быть использована для измерения суммарной антиоксидантной активности биологически активных веществ, она пригодна только для анализа индивидуальных веществ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вольтамперометрическому анализатору является вольамперометрический анализатор «ТА2» (RU 2129713 С1 27.04.1999) вольтамперометрический анализатор содержит блок формирования поляризующего напряжения, подключенный к электрохимической ячейке с электродами, индикаторный электрод, который соединен механически с выходом устройства перемешивания раствора электрохимической ячейки и электрически с входом измерительной схемы, подключенной соответственно к входу и выходу блока управления и вывода данных. Вольтамперометрический анализатор характеризуется тем, что в него введено устройство дезактивации мешающих анализу растворенных веществ, связанное с одной электрохимической ячейкой и образующее с ней единый блок электрохимического датчика, управляемый сигналами с блока управления и вывода данных. Устройство для перемешивания раствора электрохимической ячейки.

Однако данный прибор предназначен для определения концентраций любых элементов, определяемых методом вольтамперометрии. С этой целью в него введены дополнительные схемы, хотя и позволяющие повысить уровень аналитического сигнала при определении некоторых элементов (УФ облучение, барботаж инертным газом, озонироание), но далеко не востребованы (особенно при проведении массовых рутинных анализов). При этом цена анализов существенно возрастает. Кроме того, универсальные анализаторы работают только под управлением персонального компьютера, что существенно облегчает работу оператора, но полностью автоматизации обработки аналитического сигнала при этом достичь не удается из-за трудности создания единого алгоритма обработки множества различных аналитических сигналов, поэтому вмешательство квалифицированного химика-аналитика на этих этапах необходимо.

Задачей данной полезной модели является создание экспрессного простого в экспериментальном отношении, дешевого вольтамперометрического прибора,

рассчитанного на определение суммарной антиоксидантной активности биологически активных веществ, процедура обработки аналитического сигнала и расчета концентраций полностью автоматическая и не требует вмешательства оператора.

Поставленная задача решается тем, что вольтамперометрический анализатор для определения суммарной антиоксидантной активности биологически активных веществ содержит блок управления и вывода данных, блок формирования поляризующего напряжения, электрохимическую ячейку с электродами, схему измерительного преобразователя. Блок управления содержит персональный компьютер, подключенный к микроконтроллеру, связанному с цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) и аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Электрохимическая ячейка содержит три электрода: рабочий электрод ртутно-пленочный, вспомогательный и сравнения - хлоридсеребряные.

На фиг.1 представлена принципиальная схема полезной модели:

1. персональный компьютер

2. микроконтроллер

3. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

4. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

5. Потенциостат

6. Вспомогательный электрод

7. Электрод сравнения

8. Рабочий электрод

9. Электрохимическая ячейка

10. Измерительный преобразователь

11. Магнитная мешалка

Вольтамперометрический анализатор содержит блок управления и вывода данных, который включает в себя персональный компьютер 1, подключенный через микроконтроллер 2, выход которого связан с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 3 и цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) 4. ЦАП является выходом блока управления и вывода данных, а вход АЦП 3 является входом блока управления и вывода данных. Выход ЦАП связан с блоком формирования поляризующего напряжения, содержащим потенциостат 5, неинвертирующий вход которого служит входом блока формирования поляризующего напряжения, а выход подключен к вспомогательному электроду 6. При этом инвертирующий вход потенциостата 5 подключен к электроду

сравнения 7 электрохимической ячейки. Рабочий электрод 8 электрохимической ячейки 9 соединен с входом в схему измерительного преобразователя 10, выход и управляющий вход, которой подключены соответственно к выходу блока управления и вывода данных, выходы которого связаны с магнитной мешалкой 11.

Анализатор для определения суммарной антиоксидантной активности объектов, изображенный на фиг.1 работает следующим образом.

Рассмотрим работу анализатора на примере определения антиоксидантной активности аскорбиновой кислоты с концентрацией равной 0,0001 г/мл и рутина

В ячейку, выполненную в виде стаканчиков из оптически прозрачного кварца (25 мл), заливается 10 мл фонового раствора на основе выбранного растворителя и устанавливается в ячейку анализатора.

В подготовленную ячейку опускаются три электрода: рабочий - ртутно-пленочный 8, электрод сравнения 7 и вспомогательный - хлорид серебряные 6.

С персонального компьютера 1 в микроконтроллер 2 загружается соответствующая программа по определению антиоксидантной активности объектов.

Сначала производится процесс снятия вольтамперограмм тока электровосстановления кислорода (ЭВ О₂) (I₀) в отсутствии антиоксиданта в растворе (в закладке «Фоновый электролит»). Процесс представлен следующим образом. Раствор перемешивается в течение 10 секунд, затем он выдерживается 20 секунд в спокойном состоянии. После чего на электроды начинает подаваться линейно меняющееся напряжение в диапазоне: от 0 В до - 1 В в течение времени 40 секунд. Процесс регистрации повторяется 6 раз. Прибор фиксирует волну ЭВ O ₂ (I₀), автоматически оцифровывает ее, находит максимум тока ЭВ O₂ и потенциал, при котором наблюдается максимум тока ЭВ O₂ .

Программа усредняет полученные вольамперограммы тока ЭВ O₂ (I₀) и выводит на лист отображения среднюю кривую. На панели приводятся данные о величине потенциала пика тока и максимальном значении тока ЭВ O₂ в отсутствии антиоксиданта в растворе.

В ячейку добавляется раствор с антиоксидантом 0,1 мл, и запускается процесс снятия вольтамперограмм тока ЭВ O₂ (I) при добавлении антиоксиданта в раствор. Ячейка включается при потенциале максимального тока ЭВ O₂ (I°) в отсутствии антиоксиданта в

растворе. Раствор выдерживается в таком состоянии 180 секунд. Затем снова осуществляется съемка волны ЭВ O₂ (I). Процесс регистрации повторяется 6 раз. Прибор фиксирует волну ЭВ O ₂ (I), автоматически оцифровывает ее, находит максимум тока ЭВ O₂.

Производится расчет критериев, задав необходимые параметры. В компьютерном варианте строится график зависимости l-I/I° относительно времени проведения эксперимента t, который отображается в листе отображения. Данный график обрабатывается методом наименьших квадратов и находится тангенс угла наклона этого графика. - d(l-I/I°)/dt.

К - кинетический критерий отражает количество активных кислородных радикалов, прореагировавших с антиоксидантом (или суммарным содержанием антиоксидантов) за минуту времени. Размерность: мкмоль/лмин.

Формула:

K=C°_O2(l-I/I°)/t,

где I - ток электровосстановления кислорода в присутствии антиоксиданта в растворе, мкА, I°- ток электровосстановления кислорода в отсутствии антиоксиданта в растворе, мкА, С°_O2 - исходная концентрация кислорода в растворе (значения приведены в таблице, см. приложение), мкг/л, t - время протекания реакции антиоксиданта с активными кислородными радикалами, мин.

K* - преобразованный кинетический критерий антиоксидантной активности по отношению к стандартному антиоксиданту: отражает количество поглощенных активных кислородных радикалов при взаимодействии с антиоксидантом за фиксированное время по отношению к стандарту. Размерность: безразмерная величина.

Формула:

К^*=К/К _ст.

где К - значение кинетического критерия для исследуемого образца,

К_ст - значение кинетического критерия для вещества, выбранного в качестве стандарта (в данном случае значения рассчитывались относительно дегидрокверцетина)

IC_50% критерий, показывающий при какой концентрации происходит 50%-ое ингибированиеэлектровосстановления кислорода в присутствии антиоксиданта. Размерность: мкмоль/л.

Рассчитанные данные приведены в таблице 1.

Анализатор для определения суммарной антиоксидантной активности объектов
Таблица 1.
Название вещества	К, мкмоль/лмин	К* относительно рутина	IС50%, мкмоль/л
рутин	0,351	1	1,057
аскорбиновая кислота	0,135	0,385	0,103

Анализатор для определения суммарной антиоксидантной активности объектов, содержащий блок управления и вывода данных, который включает в себя персональный компьютер, подключенный через микроконтроллер, выход которого связан с цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) и аналого-цифровым преобразователем (АЦП), блок формирования поляризующего напряжения, электрохимическую ячейку с электродами, схему измерительного преобразователя, отличающийся тем, что ЦАП является выходом блока управления и вывода данных, а вход АЦП является входом блока управления и вывода данных, выход ЦАП связан с блоком формирования поляризующего напряжения, содержащим потенциостат, неинвертирующий вход которого служит входом блока формирования поляризующего напряжения, а выход подключен к вспомогательному электроду, при этом инвертирующий вход потенциостата подключен к электроду сравнения электрохимической ячейки, рабочий электрод электрохимической ячейки соединен с входом в схему измерительного преобразователя, выход и управляющий вход которой подключены соответственно к выходу блока управления и ввода данных, выходы которого связаны с перемешивающим устройством.