Вольтамперометрический сенсор на основе наночастиц диоксида олова для определения таксифолина

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Разработан вольтамперометрический сенсор на основе стеклоуглеродного электрода (СУЭ), модифицированного диспергированными в N-гексадецилпиридиний бромиде наночастицами диоксида олова (НЧ SnO2), для определения таксифолина. Модификация электродной поверхности обеспечивает увеличение степени обратимости электродной реакции, а также значимое увеличение редокс-токов по сравнению с СУЭ (в 2.3 и 3.3 раза для анодного и катодного пиков соответственно). Морфология электродной поверхности по данным сканирующей электронной микроскопии представлена равномерно распределенными по электродной поверхности НЧ SnO2 сферической формы диаметром 20–40 нм, что приводит к 3.9-кратному росту эффективной площади электрода и увеличению гетерогенной константы скорости переноса электрона в 143 раза. Установлено, что электроокисление таксифолина протекает с участием протонов. Для электродной реакции подтвержден смешанный контроль с диффузионным и адсорбционным вкладами. В дифференциально-импульсном режиме на фоне буферного раствора Бриттона – Робинсона с pH 6.0 диапазон определяемых содержаний таксифолина составляет 0.075–25 мкМ с пределом обнаружения 70.7 нМ. Полученные характеристики сопоставимы с другими электрохимическими подходами, но предложенный подход более простой и экспрессный, а также не требует сложной модификации электрода. Разработанный сенсор успешно применен в анализе биодобавок на основе дигидрокверцетина (таксифолина). Полученные результаты сопоставлены с данными кулонометрического титрования электрогенерированным бромом.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. К. Зиятдинова

Казанский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: Ziyatdinovag@mail.ru

Химический институт им. А.М. Бутлерова

Россия, Казань

А. Д. Тарабукина

Казанский федеральный университет

Email: Ziyatdinovag@mail.ru

Химический институт им. А.М. Бутлерова

Россия, Казань

Список литературы

  1. Зиятдинова Г.К., Будников Г.К. Природные фенольные антиоксиданты в биоаналитической химии: состояние проблемы и перспективы развития // Успехи химии. 2015. Т. 84. № 2. C. 194. (Ziyatdinova G.K., Budnikov H.C. Natural phenolic antioxidants in bioanalytical chemistry: State of the art and prospects of development // Russ. Chem. Rev. 2015. V. 84. № 2. P. 194. https://doi.org/10.1070/RCR4436)
  2. Das A., Baidya R., Chakraborty T., Samanta A.K., Roy S. Pharmacological basis and new insights of taxifolin: A comprehensive review // Biomed. Pharmacother. 2021. V. 142. Article 112004. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2021.112004
  3. Jain S., Vaidya A. Comprehensive review on pharmacological effects and mechanism of actions of taxifolin: A bioactive flavonoid // Pharmacol. Res. Modern Chin. Med. 2023. V. 7. Article 100240. https://doi.org/10.1016/j.prmcm.2023.100240
  4. Liu Y., Shi X., Tian Y., Zhai S., Liu Y., Xiong Z., Chu S. An insight into novel therapeutic potentials of taxifolin // Front. Pharmacol. 2023. V. 14. Article 1173855. https://doi.org/10.3389/fphar.2023.1173855
  5. Jomová K., Hudecova L., Lauro P., Simunkova M., Alwasel S.H., Alhazza I.M., Valko M. A Switch between antioxidant and prooxidant properties of the phenolic compounds myricetin, morin, 3′,4′-dihydroxyflavone, taxifolin and 4-hydroxy-coumarin in the presence of copper(II) ions: A spectroscopic, absorption titration and DNA damage study // Molecules. 2019. V. 24. № 23. Article 4335. https://doi.org/10.3390/molecules24234335
  6. Pierini G.D., Maccio S.A., Robledo S.N., Ferrari A.G.-M., Banks C.E., Fernández H., Zon M.A. Screen-printed electrochemical-based sensor for taxifolin determination in edible peanut oils // Microchem. J. 2020. V. 159. Article 105442. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.105442
  7. Ziyatdinova G., Aytuganova I., Nizamova A., Morozov M., Budnikov H. Cyclic voltammetry of natural flavonoids on MWNT-modified electrode and their determination in pharmaceuticals // Collect. Czech. Chem. Commun. 2011. V. 76. № 12. P. 1619. https://doi.org/10.1135/cccc2011115
  8. Wu Y., Lv M., Li B., Ge J., Gao L. A rapid, green and controllable strategy to fabricate electrodeposition of reduced graphene oxide film as sensing materials for determination of taxifolin // NANO: Brief Rep. Rev. 2015. V. 10. № 3. Article 1550044. https://doi.org/10.1142/S1793292015500447
  9. Wang F., Wu Y., Lu K., Ye B. A sensitive voltammetric sensor for taxifolin based on graphene nanosheets with certain orientation modified glassy carbon electrode // Sens. Actuators B. 2015. V. 208. P. 188. https://doi.org/10.1016/j.snb.2014.11.008
  10. Wang Q., Wang L., Li G., Ye B. A simple and sensitive method for determination of taxifolin on palladium nanoparticles supported poly (diallyldimethylammoniumchloride) functionalized graphene modified electrode // Talanta. 2017. V. 164. P. 323. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.11.045
  11. Xu Y., Dong C., Li D., Liu P., Cao Q., Sun Y., Wei Y., Lu Y., Lu J., Zhang X. The sensing performance toward taxifolin and lithium storage property based on nickel-metal organic frameworks and carbon nanotubes composite // Inorg. Chem. Commun. 2021. V. 126. Article 108446. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2021.108446
  12. Zhang X., Cao Q., Guo Z., Znahg M., Zhou M., Zhai Z., Xu Y. Self-assembly of MoS2 nanosheet on functionalized pomelo peel derived carbon and its electrochemical sensor behavior toward taxifolin // Inorg. Chem. Commun. 2021. V. 129. Article 108631. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2021.108631
  13. Zhang X., Li D., Dong C., Shi J., Sun Y., Ye B., Xu Y. Molybdenum sulfide-based electrochemical platform for high sensitive detection of taxifolin in Chinese medicine // Anal. Chim. Acta. 2020. V. 1099. P. 85. https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.11.057
  14. Huang D., Yang L., Li X.l., Zou L., Ye B. A new electrochemical sensor for taxifolin based on RGO-Co3S4@MoS2 modified electrode // J. Electroanal. Chem. 2019. V. 851. Article 113473. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2019.113473
  15. Ziyatdinova G., Gimadutdinova L., Antonova T., Grigoreva I., Yakupova E. The analytical capabilities of electrochemical sensors based on transition metal oxide nanomaterials // Eng. Proc. 2023. V. 48. № 1. Article 13. https://doi.org/10.3390/CSAC2023-14916
  16. Sharma A., Ahmed A., Singh A., Oruganti S.K., Khosla A., Arya S. Recent advances in tin oxide nanomaterials as electrochemical/chemiresistive sensors // J. Electrochem. Soc. 2021. V. 168. № 2. Article 027505. https://doi.org/10.1149/1945-7111/abdee8
  17. Matussin S., Harunsani M.H., Tan A.L., Khan M.M. Plant-extract-mediated SnO2 nanoparticles: synthesis and applications // ACS Sustainable Chem. Eng. 2020. V. 8. № 8. P. 3040. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b06398
  18. 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. C. 632. https://doi.org/10.1134/S0044450218080121 (Ziyatdinova G.K., Antonova T.S., Mubarakova L.R., Budnikov H.C. An amperometric sensor based on tin dioxide and cetylpyridinium bromide nanoparticles for the determination of vanillin // J. Anal. Chem. 2018. V. 73. № 8. P. 801. https://doi.org/10.1134/S1061934818080129)
  19. Ziyatdinova G., Yakupova E., Davletshin R. Voltammetric determination of hesperidin on the electrode modified with SnO2 nanoparticles and surfactants // Electroanalysis. 2021. V. 33. № 12. P. 2417. https://doi.org/10.1002/elan.202100405
  20. Ziyatdinova G., Budnikov H. Analytical capabilities of coulometric sensor systems in the antioxidants analysis // Chemosensors. 2021. V. 9. № 5. Article 91. https://doi.org/10.3390/chemosensors9050091
  21. Bhattacharjee A., Ahmaruzzaman M., Sinha T. Surfactant effects on the synthesis of durable tin-oxide nanoparticles and its exploitation as a recyclable catalyst for the elimination of toxic dye: A green and efficient approach for wastewater treatment // RSC Adv. 2014. V. 4. № 93. P. 51418. https://doi.org/10.1039/C4RA08461F
  22. Boran F., Çetinkaya S., Şahin M. Effect of surfactant types on the size of tin oxide nanoparticles // Acta. Phys. Pol. A. 2017. V. 132. № 3. P. 546. http://doi.org/10.12693/APhysPolA.132.546
  23. Parry R.A., Dubey K., Modi A., Gaur N.K. Effect of surfactants on the structural, microstructural, optical, and photoluminescence characteristics of nanostructured SnO2 compounds // Results in Optics. 2024. V. 16. Article 100677. https://doi.org/10.1016/j.rio.2024.100677
  24. Bard A.J., Faulkner L.R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd Ed. New York: John Wiley & Sons, 2001. 864 p.
  25. Ziyatdinova G., Antonova T., Vorobev V., Osin Y., Budnikov H. Selective voltammetric determination of α-lipoic acid on the electrode modified with SnO2 nanoparticles and cetyltriphenylphosphonium bromide // Monatsh. Chem. 2019. V. 150. № 3. P. 401. https://doi.org/10.1007/s00706-018-2341-5
  26. Lasia A. Electrochemical Impedance Spectroscopy and Its Applications. New York: Springer, 2014. 36 p.
  27. Randviir E.P. A cross examination of electron transfer rate constants for carbon screen-printed electrodes using electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry // Electrochim. Acta. 2018. V. 286. P. 179. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.08.021
  28. Slabbert N.P. Ionisation of some flavanols and dihydroflavonols // Tetrahedron. 1977. V. 33. № 7. P. 821. https://doi.org/10.1016/0040-4020(77)80200-7
  29. Moura F.C.S., dos Santos Machado C.L., F.R. Paula, Couto A.G., Ricci M., Cechinel-Filho V., Bonomini T.J., Sandjo L.P., Bresolin T.M.B. Taxifolin stability: In silico prediction and in vitro degradation with HPLC-UV/UPLC–ESI-MS monitoring // J. Pharm. Anal. 2021. V. 11. № 2. P. 232. https://doi.org/10.1016/j.jpha.2020.06.008
  30. Chernikov D.A., Shishlyannikova T.A., Kashevskii A.V., Bazhenov B.N., Kuzmin A.V., Gorshkov A.G., Safronov A.Y. Some peculiarities of taxifolin electrooxidation in the aqueous media: The dimers formation as a key to the mechanism understanding // Electrochim. Acta. 2018. V. 271. P. 560.
  31. Зиятдинова Г.К., Низамова А.М., Будников Г.К. Гальваностатическая кулонометрия в анализе природных полифенолов и ее применение в фармации // Журн. аналит. химии. 2010. Т. 65. № 11. С. 1202. (Ziyatdinova G.K., Nizamova A.M., Budnikov G.K. Galvanostatic coulometry in the analysis of natural polyphenols and its use in pharmacy // J. Anal. Chem. 2010. V. 65. № 11. P. 1176. https://doi.org/10.1134/S1061934810110146)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Циклические вольтамперограммы 50 мкМ таксифолина (2) на фоне буферного раствора Бриттона–Робинсона с рН 2.0 (1) на СУЭ (а) и СУЭ/НЧ SnO2–N-ГДПБ (б). Скорость сканирования потенциала 100 мВ/с.

Скачать (116KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Морфология поверхности СУЭ (а) и СУЭ/НЧ SnO2–N-ГДПБ (б) по данным сканирующей электронной микроскопии. Увеличение ×20000.

Скачать (361KB)
Метаданные
4. Рис. 3. (а) Циклические вольтамперограммы 1.0 мМ [Fe(CN)6]4–-ионов на СУЭ (2) и СУЭ/НЧ SnO2–N-ГДПБ (3) на фоне 0.1 М KCl (1). Скорость сканирования потенциала 100 мВ/с. (б) Хроноамперограммы 1.0 (1) и 2.0 мМ (2) [Fe(CN)6]4–-ионов при 0.45 В на СУЭ на фоне 0.1 М KCl. Вставка: графики зависимости I от t–1/2. (в) Диаграммы Найквиста для СУЭ (1) и СУЭ/НЧ SnO2–N-ГДПБ (2) в присутствии 1.0 мМ [Fe(CN)6]4–/3–-ионов в 0.1 М KCl. Е = 0.23 В, 10 кГц–0.04 Гц, амплитуда 5 мВ.

Скачать (167KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние рН фонового электролита (а) на редокс-потенциалы и (б) на токи 50 мкМ таксифолина на СУЭ/НЧ SnO2–N-ГДПБ по данным циклической вольтамперометрии при скорости сканирования потенциала 100 мВ/с.

Скачать (117KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Циклические вольтамперограммы 25 мкМ таксифолина на СУЭ/НЧ SnO2–N-ГДПБ на фоне буферного раствора Бриттона – Робинсона с pH 6.0 (1) в зависимости от скорости сканирования потенциала (мВ/с): 2 – 5, 3 – 10, 4 – 25, 5 – 50, 6 – 75, 7 – 100, 8 – 150, 9 – 200.

Скачать (81KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схема электроокисления таксифолина на СУЭ/НЧ SnO2–N-ГДПБ.

Скачать (295KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Вольтамперометрический отклик сенсора с коррекцией базовой линии на 0.075 (1), 0.10 (2), 0.25 (3), 0.50 (4), 0.75 (5), 1.0 (6), 2.5 (7), 5.0 (8), 7.5 (9), 10 (10) и 25 (11) мкМ таксифолина на фоне буферного раствора Бриттона – Робинсона с pH 6.0. Амплитуда импульса 100 мВ, время импульса 75 мс, скорость сканирования потенциала 10 мВ/с.

Скачать (72KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Вольтамперометрический отклик сенсора с коррекцией базовой линии на 25 мкл раствора биодобавок (образец 1 – кривая 1 и образец 2 – кривая 2) на фоне буферного раствора Бриттона – Робинсона с рН 6.0. Амплитуда импульса 100 мВ, время импульса 75 мс, скорость сканирования потенциала 10 мВ/с.

Скачать (50KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025