Дисертації ФХФ

Постійне посилання зібрання

https://dspace.onu.edu.ua/handle/123456789/23459

Переглянути

Перегляд Дисертації ФХФ за Автор "Плюта, Костянтин Володимирович"

Зараз показуємо 1 - 1 з 1
  • Ескіз
    Документ
    Вугільно-пастовий електрод, модифікований βциклодекстрином для вольтамперометричного визначення деяких харчових барвників
    (2022) Плюта, Костянтин Володимирович; Pliuta, Kostiantyn V.
    Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії у галузі 10 – Природничі науки за спеціальністю 102 – Хімія. Одеський національний університет імені І.І. Мечникова, МОН України, Одеса, 2022. Дисертацію присвячено розробці нового вольтамперометричного сенсора на основі вугільно-пастового електрода, модифікованого β-циклодекстрином, вивченню особливостей протікання на його поверхні редокс-реакцій за участю харчових азобарвників (Тартразин — ТАР, Жовтий «захід сонця» — ЖЗС, Кармоазин — КАН, Понсо 4 R — П4R, Спеціальний Червоний AG — CЧАG), а також розробці методики їх вольтамперометричного визначення у різних продуктах харчування. У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми, встановлено мету та завдання дослідження, відзначено наукову новизну і практичну значимість отриманих результатів. У першому розділі представлено огляд літератури, наведені загальні відомості щодо використання харчових азобарвників, розглянуто їх потенційну токсичність, наведені останні дослідження щодо їх перетворення у ШКТ та вплив на здоров’я людини та тварини. Наведені приклади та проаналізовано механізм дії сорбентів на основі β-циклодекстрину, як ефективних засобів вилучення азобарвників з водних розчинів. Детально розібрано та проаналізовано використання β-циклодекстрину, як модифікатора електродів, при створенні нових вольтамперометричних сенсорів для визначення аналітів різної природи. На основі розглянутої літератури зроблено припущення про механізми дії β-циклодекстрину як модифікатора електродів. Детально розглянуто використання вольтамперометричних сенсорів, які мають у своєму складі модифікатори різної природи та дії, необхідні для визначення харчових азобарвників у продуктах харчування. Розглянуто та систематизовано редокс-поведінку харчових азобарвників на електродах з модифікаторами різної природи. Проаналізовано переваги, недоліки та обмеження використання вольтамперометричних сенсорів з різними типами електродів та модифікаторів, а також низки інших фізико-хімічних методів аналізу при визначенні барвників. У другому розділі описано характеристики використаних приладів, обладнання та реактивів. Описані методики приготування розчинів фонового електроліту, стандартних та робочих розчинів барвників. Наведено методики приготування немодифікованого та модифікованого вугільно-пастового електроду. Описані умови та основні етапи експериментальних досліджень. У третьому розділі розглянуто особливості редокс-поведінки харчових азобарвників на поверхні вугільно-пастового електроду, модифікованого β-циклодекстрином. Встановлено, що усі досліджені барвники на розробленому сенсорі мають як пік відновлення азогрупи, так і пік її окиснення. Відповідно до циклічних вольтамперограм такі азобарвники, як ЖЗС та П4R окислюються квазізворотно, а КАН, ТАР та СЧАG повністю незворотно. Встановлено співвідношення протонів до електронів, що приймають участь в окиснені барвників - 1:2 (ЖЗС, ТАР, СЧАG, П4R) та 1:1 (КАН). При вивченні впливу швидкості розгортки потенціалу було встановлено, що природа струму окиснення для усіх барвників на поверхні розробленого сенсору має адсорбційний характер. Виходячи з цього, використовуючи теорію Лавірона, були розраховані кількість електронів, що приймають участь у процесі окиснення барвників на поверхі електроду: 2 для ЖЗС, ТАР, СЧАG, П4R та 1 для КАН. При детальному дослідженні циклічних вольтамперограм встановлено, що для таких барвників як ЖЗС та П4R при збільшені швидкості розгортки потенціалу співвідношення струму піку окиснення до відповідного йому піку відновлення зменшується, що свідчить про наявність необоротної хімічної реакції з інтермедіатом окиснення (ECir механізм). При детальному дослідженні редокс-поведінки барвників при методом циклічної вольтамперометрії встановлено, що після процесу окиснення на циклічних вольтамперограмах з’являються піки нової оборотної редокс-пари (окрім випадку ТАР). Відповідний експеримент показав, що ці редокс-пари можуть утворюватися як після процесу окиснення барвників, так і після процесу їх відновлення за азогрупою. Виходячи з отриманої інформації, було запропоновано загальний механізм окиснення харчових азобарвників на поверхні вугільнопастового електроду, модифікованого β-циклодекстрином. Четвертий розділ присвячено оптимізації умов вольтамперометричного визначення харчових азобарвників (ТАР, ЖЗС, КАН, П4R СЧАG) на розробленому сенсорі. Використовуючи об’ємний метод модифікування було встановлено, що максимальний струм окиснення харчових барвників досягаєтеся при 10 мас.% вмісту модифікатору (β-циклодекстрин) у вугільно-пастовому електроді. Використовуючи рівняння Ренделса-Шевчика було встановлено, що активна площа поверхні вугільно-пастового електрода, модифікованого β-циклодекстрином, складає 0.105 см2, а різниця потенціалів піків стандартної системи становить 70 мВ, що вказує на добрі провідні здібності розробленого сенсору. Використовуючи підхід адсорбційно-інверсійної вольтамперометрії, запропонована модифікація, яка дозволяє зменшити кількість розчину для проведення визначення до 10 мкл, що суттєво зменшує кількість хімічних відходів, кількість використання аналітичних стандартів та зменшує собівартість проведення визначення. Методом циклічної вольтамперометрії були оптимізовані такі параметри, як рН адсорбції (ТАР, ЖЗС, КАН, П4R СЧАG – pHадс 2) та рН проведення електролізу (ТАР, ЖЗС, П4R СЧАG –pHелек. 7; КАН – pHелек. 3). Вольтамперометрія з квадратно-хвильовою розгорткою потенціалу використовувався як метод кількісного визначення. Після проведення оптимізації обрані наступні значення: частота коливання 15 Гц для усіх барвників, амплітуда коливання — 50 мВ (ЖЗС, КАН, СЧАG) та 35 мВ (П4R, ТАР). У якості оптимального часу накопичення для усіх барвників обрано 5 хв. Тест стабільності за короткий та довгий проміжок часу показав задовільні результати при визначені харчових азобарвників на вугільно-пастовому електроді, модифікованому β-циклодекстрином. За оптимальних умов визначення харчових барвників на вугільно-пастовому електроді, модифікованому β-циклодекстрином, проведено валідаційний експеримент та встановлені основні метрологічні характеристики сенсору: діапазон лінійності (ЖЗС: 4.50-0.57 мкг/мл та 0.57-0.07 мкг/мл; КАН: 5.00-0.30 мкг/мл; ТАР: 5.30-0.17 мкг/мл; П4R: 3.00-0.19 мкг/мл; СЧАG: 5.00-0.16 мкг/мл), межа виявлення (ЖЗС: 42 нг/мл; КАН: 101 нг/мл; ТАР: 60 нг/мл; П4R: 102 нг/мл; СЧАG: 60 нг/мл), межа визначення (ЖЗС: 140 нг/мл; КАН: 337 нг/мл; ТАР: 200 нг/мл; П4R: 340 нг/мл; СЧАG: 200 нг/мл), відтворюваність (ЖЗС: 7.10 %; КАН: 8.80 %; ТАР: 7.40 %; П4R: 6.90 %; СЧАG: 7.20 %), коефіцієнт повернення (ЖЗС: 96 %; КАН: 93 %; ТАР: 93 %; П4R: 96 %; СЧАG: 94 %) та відносний зсув (ЖЗС: -4 %; КАН: -7 %; ТАР: -7 %; П4R: -4 %; СЧАG: -6 %). П’ятий розділ присвячено апробації розробленого методу визначення харчових барвників за допомогою вугільно-пастового електроду, модифікованого β-циклодекстрином. Для апробації розробленої методики були обрані комерційно доступні продукти харчування та поділені на 5 класів: газовані та негазовані солодкі напої, соки, желейні цукерки, слабоалкогольні сильногазовані напої та енергетичні напої. Використовуючи тест Фішера, було показано, що для усіх обраних зразків (окрім зразків соку та желейних цукерок), визначення барвників на вугільно-пастовому електроді, модифікованому β-циклодекстрином, дає похибку порівняну з похибкою визначення методом ВЕРХ. Таким чином, розроблений вугільно-пастовий електрод, модифікований β-циклодекстрином, придатний для проведення визначення харчових азобарвників (ТАР, ЖЗС, КАН, П4R СЧАG) у різних продуктах харчування. Окремі матеріали дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес кафедри аналітичної та токсикологічної хімії ОНУ імені І.І. Мечникова.