Метод контроля полигалогенированных дибензо-n-диоксинов и родственных им соединений с использованием биосенсоров на основе углеродистых материалов

• Автор: Гумерова, Гузель Ильдаровна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Методы контроля диоксиноподобных ксенобиотиков

1.1 Гибридные методы определения диоксинов

1.2 Фотометрический метод определения диоксинов

1.3 Иммуноферментные и биологические методы анализа

2 Разработка биосенсора для определения полигалогенированных

дибензо-и-диоксинов и родственных им соединений

2.1 Обоснование выбора изоформы цитохрома Р4501А1 как биорецептора

ПХДД/ПХДФ
2.2 Обоснование выбора материала электрода как основы
биосенсора
2.3 Выбор способа модифицирования электрода полимерными
материалами
2.4 Выбор способа иммобилизации фермента для включения в состав
стеклоуглеродного электрода
2.4.1 Способ иммобилизации путем смешивания раствора мономера с
ферментом
2.4.2 Способ иммобилизации фермента на водонерастворимых твердых
носителях механическим перемешиванием
2.4.3 Способ иммобилизации путем обработки органического носителя
водным раствором фермента
2.4.4 Иммобилизация фермента путем включения его в структуру полимера
2.4.5 Способ фиксации фермента на материале - носителе посредством
глутарового альдегида
2.4.6 Способ иммобилизации изоформы фермента цитохрома Р4501А
вакуумированием в парах глутарового альдегида
3 Экспериментальная часть
3.1 Экспериментальное определение токсичности модельного раствора
фенола и раствора, содержащего диоксины
3.2 Усовершенствование методики определения фенола
вольтамперометрическим методом
3.3 Использование разработанного биосенсора для определения
диоксинов
4 Разработка виртуального вольтамперометрического
анализатора
4.1 Описание платы АбуаФесЬ-1710Ь
4.2 Виртуально-ориентированная среда графического программирования
ЬаЬУШМ^
Структура разрабатываемого вольтамперометрического
анализатора
Оценка погрешностей экспериментального определения содержания диоксиноподобных соединений на усовершенствованном
вольтамперметре
Выводы
Список сокращений и условных обозначений
Список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
Полигалогенированные дибензо-я-диоксины (ПХДД) и родственные им соединения (полихлорированные дибензофураны (ПХДФ), полиароматические углеводороды (ПАУ)) - одни из самых опасных ксенобиотиков: обладая мутагенными и канцерогенными свойствами, они становятся причиной изменений функционирования и существования экологических систем. В связи с этим необходим постоянный контроль содержания подобных соединений в природной среде.
В основе количественного контроля ПХДД/ПХДФ и ПАУ лежат гибридные методы физико-химического анализа - сочетание хроматографии и масс-спектрометрии. Оно обеспечивает высокую чувствительность, является способом подтверждения идентичности соединений, но имеет ряд ограничений для целей массового анализа: низкую производительность, невозможность определения некоторых диоксиноподобных соединений, высокую стоимость анализа, зависимость пробоподготовки от происхождения проб объектов природной среды, их компонентного состава и параметров оборудования. Кроме того, среди проблем контроля объектов природной среды есть такие, решить которые затруднительно даже с помощью вышеуказанных методов : аварийные
поступления загрязнений от предприятий, арбитражная практика, когда подтвердить аналитическую информации, полученную методами ГХ/МС или ВЭЖХ/МС необходимо результатами, полученными совершенно иным методом контроля (электрохимическим, биохимическим и пр.).
В этой связи разработка ферментных методов определения полигалогенированных дибензо-и-диоксинов и родственных им соединений является актуальной.
Настоящая работа посвящена усовершенствованию метода качественного и количественного определения ПХДД/ПХДФ. Автором предложен биохимический метод, который может комбинироваться с методами ГХ/МС или ВЭЖХ/МС, либо использоваться для экспресс-анализа. Он основан на каталитических свойствах

диоксиноподобных ксенобиотиков), может обеспечить резкое снижение денежных и временных затрат на определение образцов различных типов и заложить основу для мониторинга ПХДД/ПХДФ (ТХДД) в реальном масштабе времени. Кроме того, появляется возможность повысить информативность биохимического мониторинга и решать некоторые задачи экологического нормирования, моделирования распространения ксенобиотиков, установления механизма их метаболической трансформации [71].
2.2. Обоснование выбора материала электрода как основы биосенсора
Так как биодеградации диоксинов приводит к образованию фенола, который является электроактивным соединением, было принято решение использовать электрохимические методы анализа для определения его концентрации. Важным преимуществом амперометрических биосенсоров является объединение в едином «блоке» нескольких биохимических приборов - диализатора, ферментного реактора и электрохимического детектора [72].
Принцип работы амперометрических биосенсоров достаточно прост и заключается в определении концентрации электроактивного продукта ферментативной реакции. Функционально биосенсоры сопоставимы с биорецепторами, способными преобразовывать сигналы, поступающие из окружающей среды, в электрические, позволяя получить линейную зависимость тока окисления/восстановления от концентрации определяемого соединения и характеризуются высокой точностью определения [73].
Принцип работы предлагаемого биосенсора (рисунок 2.3.) заключается в том, что при проведении анализа в электрохимической ячейке определяемый компонент диффундирует в тонкий слой биологического материала датчика, где протекает реакция с образованием продуктов, на которые реагирует электрод.