Способ определения концентрации глюкозы в крови @ @

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ IN VIVO с помощью электррда из благородного металла с последующим измерением тока или потенциала окисления глюкозы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, электроокисление глюкозы проводят на золотом электроде при рН 9,514 ,0.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

«9) «И

3Ц ) G 01 N 33/48 описдник изоы еткния

К ABTOPCHOM jj СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3548309/28-13 (22) 30.11.82 (46) 15.09.84. Вюл. Р 34 (72) Ю.В.Васильев, О.A.Õàýoâà и Н.Н.Николаева (71) Институт электрохимии АН СССР и Истринское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики (53) 612.12?.1 (088.8) (56) 1. Патент err Р 2019580А, кл. 0 01 N 33/48, 1979. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ IN VIVO с помощью электрода из благородного металла с последуюцим измерением тока или потенциала окисления глюкозы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, электроокисление глюкозы проводят на золотом электроде при рН 9 514,0.

1113744 с помощью электрода из благородного металла с последующим измерением тока или потенциала окисления глюкозы, электроокисление глюкозы проводят на золотом электроде при рН 9,5-14,0 °

Способ осуществляют следующим образом.

Для проведения анализа на содержание глюкозы используют стандартное электрохимическое оборудование:

10 трехэлектродную электрохимическую ячейку, осциллографический полярограф П0-5122, рабочий электрод — золотая пластина 15 мм для малых концентраций или торец золотой проволо-

15 ки для больших концентраций, вспомогательный электрод — никелевая сетка, электрод сравнения — окиснортутный электрод в 1 М КОН. В качестве индикаторного электрода используют золото, так как оно является более селективным электродом-катализатором для электроокисления глюкозы, на котором большинство других органических веществ не окисляется. Золотой электрод в отличие от платинового практически не хемосорбирует большинство органических веществ и поэтому не отравляется, т.е. токи окисления глюкозы на нем стабильны в растворах, содержащих другие органические вещества.

Система не предъявляет никаких специальных требований к противое- электроду (катоду ) и к электроду срав нения. Измерения можно проводить в режиме вольтамперометрии с обычной полярографической ячейкой с золотым электродом и при постоянном потенциале. Ток, протекающий в цепи при окислении глюкозы, прямо пропорционален

40 ее концентрации в растворе.

А ау. макс. при С л = 0,11

Электрод

KOH 1 М (рН=9,513, б) Н SO 0,5 М

Фосф.буф. рН = 7,4

0,02

О,ОВ

0,2

Иридий

Родий

Палладий

Изобретение относится к физикохимическим способам анализа в аналитической химии и может найти применение для определения содержания глюкозы в крови и других биологических жидкостях, в сельскохозяйственном производстве, пищевой промышленности,, Известен способ определения концентрации глюкозы в крови in vivo c помощью электрода из благородного металла с последующим измерением тока или потенциала окисления глюкозы, используя в качестве основной реакции электрохимическое окисление глюкозы на электродах-катализаторах из платиновой черни, стационарный ток, протекающий через этот элемент, пропорционален концентрации глюкозы в анализируемой жидкости f13 .

Для очистки измерительного электрода дополнительно используется потен циостатическое устройство, подающее очистительный импульс 1,5 В.

Такой способ характеризуется бы- строй дезактивацией платинового электрода-катализатора из-за высокой способности платины к прочной хемосорбции различных органических веществ, анионов и катионов, отсюда неконтролируемое падение тока во времени и выход датчика из строя.

Максимальное время работы 2 мес., среднее — 2 недели. Точность измерений работающего датчика 7Ъ. Для пр одоления этого недостатка требуется разработка различных сложных систем реактивации и непрерывной калибровки. Кроме того, низка величина токового сигнала с единицы поверхности катализатора. Система нечувствительна также к концентрации глюкозы менее 50 мгЪ и мало чувствительна к концентрациям более 500 мгЪ

<0,0275 М ), для которых зависимость тока от концентрации на платиновом электроде отклоняется от линейности и выходит на предел.

Целью изобретения является повышение точности способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрации глюкозы в крови in vivo

Выбор рабочего электрода-катализатора сделан на основании проведенных исследований электроокисления глюкозы в кислых, щелочных и нейтральных растворах на различных электродах из металлов Е и VIII групп, стеклоуглероде и фталоцианинах кобальта и марганца.

Величины токов окисления глюкозы на этих электродах приведены в табл.1

Таблица 1

1113744

Продолжение табл. 1

А макс.при C„= 0,11 М

Фосф.буф. рН 7,4

Электрод

Н SOö 0,5 М

КОН 1 М (рН=9,513,6) Кобальт

Никель

Золото

Платина

Медь

Стеклоуглерод

О.

О, 008

0,85

5,8

49,0

3,0

1,5

7,0

Фталоцианины кобальта

0,22

Фталоцианины марганца

0,2б

Полученные результаты показывают, что золотой электрод в щелочных растворах является лучшим электродомкатализатором для электроокисления глюкозы в щелочной среде.

ЗО

В щелочной среде золотой электрод оказывается полностью нечувствительным к присутствию ионов хлора, даже в физиологической концентрации (1,6 10 " MNaC1), что особенно важно З5 при использовании этого метода для биологических жидкостей.

Для получения воспроизводимых результатов проводится регенерация йоверхности золотого электрода путем использования электрохимического

I способа наложения потенциодинамического импульса, состоящего из двух ступеней. На первой ступени прово- 45 дят выдержку при потенциале окИсления поверхности электрода E = 1,451,55 В в течение 2-5 с, при котором происходит окисление всех органических примесей, адсорбированных на 50 поверхности электрода,и покрытие поверхности электрода защитным слоем окисла, на второй — выдержку электрода при восстановительном потенциале

Е = 0-0,02 B в течение 2-5 r., при котором происходит восстановление неокислившихся примЕсей и восстановление окисного слоя и чистая поверхность электрода оказывается в контакте с анализируемым раствором. 3атем проводится выдержка при E> = 60

0,05-0, Об B в течение 2-5 с для установления адсорбционного равновесия и диффузионного режима в приэлектродном слое. После этого на электрод накладывается линейно возрастающий по- g5 тенциал с достаточно медленной скоростью " = 12,5 мВ/с.

Для проведения анализа на содержание глюкозы в ячейку заливают строго определенный объем 1 M KOH и вводят 0,1-2,5 мл жидкости, содержащей глюкозу, и, накладывая сложный потенциодинамический импульс, проводят активацию и записывают зависимость тока окисления от потенциала со скоростью 12,5 мВ/с.

Измерения можно проводить в режиме измерения стационарного тока при постоянном потенциале (E - =1,0-1,1 В}, При этом на электрод накладывают очистительный импульс. затем задают потенциал E = 1.0-1.1 В и измеряют ток при этом потенциале.

Концентрацию глюкозы определяют по калибровочной кривой зависимость тока окисления от концентрации глюкозы. В области потенциалов окисления 1,0-1,1 В относительно водородного электрода в том же растворе ток окисления прямо пропорционален концентрации глюкозы в диапазоне концентраций 0,01 (5,5 10 M) — 2000 мгЪ (0,11 M).

При анализе сложных многокомпонентных жидкостей калибровочную кривую лучше строить по данным, полученным не для чистых растворов глюкозы, а для тех же жидкостей с разным количеством глюкозы. т.е. в присутствии всех компонентов данной жидкости.

Это позволяет увеличить точность измерений.

Измерения можно проводить на золотом электроде. отделенном от исследуемой жидкости проницаемой для глюкозы мембраной, но не проницае1113744

Таблица 3

Относительная ошибка, В

Измерено глюкозы, мг îo

Введено глюкозы мг Ъ

10,0

20,0

50,0

9,5

5,0

18,8

6,0

48,0

4,0

150,0 155,0

200,0 ?11,0

250,0 256,0

300, 0 309,1

5,1

Таблица 2

5,5

Измерено глю- Относикозы, MI Ъ тельная 350 ошибка, Введено глюкозы Ml Ъ

2,6

3,0

5,0 40 400 0 408,0

2,0

9,5

5,5

18,9

4,2

41,7

&,2

105, 2

206,6

397,1

510,0

725,6

1020, 100

3,0

220

4,5

380

2,0

500

2,2

710

2,0

1000 расширяе сч ди азо

Пример 2. Определение со- центраций (способом-и держания глюкозы в режиме измерения .но определять содержа стационарного тока. 60 50 до 500 мг%,а по и

Измерения проводили в трехэлектрод способу можно определ ной ячейке как в примере 1, только 2000 мг% с точностью

ВНИИПИ Заказ 6612/37 Тираж 822 Подписное

Филиал ППП "Патент", -I" Ужгород, ул. Проектная,4 мой для других компонентов жидкости.

При использовании такой полупроницаемой мембраны ток может приобрести диффузионный характер по отношению к глюкозе, и коэффициент диффузии определяется мембраной. l1eM6paна вносит дополнительное диффузионное сопротивление, снижая ток, но он остается достаточно большим и хорошо измеряемым.

1О

Пример 1. Определение содержания глюкозы в потенциодинамическом режиме.

В трехэлектродную ячейку заливают раствор глюкозы (0,11 M)в lM КОН (рН = 13,6), подают на электрод трехступенчатый импульс К! = 1,5 В, Ед=

0,02 В и Е = 0,05 В и выдерживают при каждом потенциале 5 с. От потенциала 0,05 В на полярографе ПО-5122 модель ОЗА при скорости развертки 20

12,5 мВ/с снимают потенциодинамическую кривую и фиксируют ток при потенциале максимального значения тока, т.е. при E = 1,1 В.

По калибровочной кривой определя- 25 ют содержание глюкозы.

В табл. 2 представлены результаты определения глюкозы на золотом электроде в 1(! КОН в потенциодинамическом режиме. 30 на рабочий электрод после потенциалов 1,5 В и 0,,02 В подавался постоянный потенциал 1,1 В, и при этом потенциале опредепяли содержание глюкозы в растворах различной концентрации по калибровочной кривой, как в примере .1. Определение проводили методом перехода от. менее концентрированных растворов к более концентрированным (время реакции 1-2 c), затем методом перехода от более концентрированных растворов к менее концентрированным (время реакции 1015 с ). Поэтому при анализе содержания ,глюкозы измерения проводились через

30 с.

В табл. 3 даны результаты определения глюкозы на золотом электроде в 1М КОН в режиме снятия стационарных -токов.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет за счет замены платинового электрода на золотой резко повысить точность метода, (например, примеси этанола, метанола, муравьиной кислоты и альдегидов не позволяют определять глюкозу с использованием платинового электрода, тогда как эти же примеси не влияют на измерения на золотом электоопе1. Это позволяет также определять глюкозу в технологических и пищевых жидкостях. Кроме того, повышается стабильность и воспроизводимость измерений, а также т . ап н определяемых конрототипом мох<- г ние глюкозы от редложенному ять от 0,1 до

2-5% ),