Способ определения концентрации глюкозы в крови

/4 П 0 01 ения ова мии АН СССРВсесоюзногого института 19580:В СУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ(71) Институт электрохии Истринское отделениенаучно-исследовательскоэлектромеханики(54)(57) СПОСО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ 1 И Ч 170 с помощью электрода из благородного металла с последуюшим измерением токаили потенциала окисления глюкозы,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности способа,электроокисление глюкозы проводятна золотом электроде при рН 9,514,0.1113744 с помощью электрода из благородногометалла с последующим измерением тока или потенциала окисления глюкозы,электроокисление глюкозы проводятна золотом электроде при рН 9,5-14,0.Способ осуществляют следующим образом.Для проведения анализа на содержание глюкозы используют стандартноеэлектрохимическое оборудование:10 трехэлектродную электрохимическуюячейку, осциллографический полярограф П 0-5122, рабочий электрод - золотая пластина 15 мм для малых концентраций или торец золотой проволо ки для больших концентраций, вспомогательный электрод - никелевая сетка, электрод сравнения - окиснортутный электрод в 1 М КОН. В качествеиндикаторного электрода используютзолото, так как оно является болееселективным электродом-катализаторомдля электроокисления глюкозы, накотором большинство других органических веществ не окисляется. Золотой электрод в отличие от платинового практически не хемосорбируетбольшинство органических веществ ипоэтому не отравляется, т.е. токиокисления глюкозы на нем стабильныв растворах, содержащих другие органические вещества.Система не предъявляет никакихспециальных требований к противое- электроду (катоду ) и к электроду срав.нения. Измерения можно проводить врежиме вольтамперометрии с обычнойполярографической ячейкой с золотымэлектродом и при постоянном потенциале. Ток, протекающий в цепи при окислении глюкозы, прямо пропорционален 40 ее концентрации в растворе. 45 50 Аау. макс. при С, = 0,11 М Электрод КОН 1 МОН=9, 5- 13, б) НЯО, 0,5 М Фосф.буф.рН= 7,4 0,02 0,08 0,2 Иридий РодийПалладий Изобретение относится к физикохимическим способам анализа в аналитической химии и может найти применение для определения содержанияглюкозы в крови и других биологических жидкостях, в сельскохозяйственном производстве, пищевой промышленностиИзвестен способ определения концентрации глюкозы в крови в чиччо спомощью электрода из благородногометалла с последующим измерением тока или потенциала окисления глюкозы,используя в качестве основной реакции электрохимическое окисление глюкозы на электродах-катализаторах изплатиновой черни, стационарный ток,протекающий через этот элемент, пропорционален концентрации глюкозы ванализируемой жидкости С 13 .Для очистки измерительного электрода дополнительно используется потенциостатическое устройство, подающееочистительный импульс 1,5 В.Такой способ характеризуется бы-строй дезактивацией платиновогоэлектрода-катализатора из-за высокой способности платины к прочнойхемосорбции различных органическихвеществ, анионов и катионов, отсюданеконтролируемое падение тока вовремени и выход датчика из строя.Максимальное время работы 2 мессреднее - 2 недели. Точность измерений работающего датчика 7. Для продоления этого недостатка требуется разработка различных сложныхсистем реактивации и непрерывнойкалибровки. Кроме того, низка величина токового сигнала с единицы поверхности катализатора, Система нечувствительна также к концентрацииглюкозы менее 50 мгЪ и мало чувствительна к концентрациям более 500 мгЪ10,0275 М ), для которых зависимостьтока от концентрации на платиновомэлектроде отклоняется от линейностии выходит на предел,Целью изобретения является повышение точности способа.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определенияконцентрации глюкозы в крови хп чиччо Выбор рабочего электрода-катализатора сделан на основании проведенных исследований электроокисления глюкозы в кислых, щелочных и нейтральных растворах на различных электродах из металлов Е и 7111 групп, стеклоуглероде и фталоцианинах кобальта и марганца.Величины токов окисления глюкозы на этих электродах приведены в табл.1Таблица 1,О ь теклоуглерод фталоцианины кобальта талоцианин марганца 0,26 медленной ско ют,асттродельаже 0 5 Полученные результаты показывачто золотой электрод в щелочных рворах является лучшим электродомкатализатором для электроокисленияглюкозы в щелочной среде.В щелочной среде золотой элекоказывается полностью нечувствитным к присутствию ионов хлора, дв физиологической концентрации(1,610 МБаС 1), что особенно важнпри использовании этого метода длябиологических жидкостей. Для получения воспроизводимых результатов проводится регенерация йоверхности золотого электрода путем использования электрохимического способа наложения потенциодинамического импульса, состоящего из двух ступеней. На первой ступени прово дят выдержку при потенциале окнсления поверхности электрода Е= 1,45- 1,55 В в течение 2-5 с, при котором происходит окисление всех органических примесей, адсорбированных на5 поверхности электрода,и покрытие поверхности электрода защитным слоем окисла, на второй - выдержку электрода при восстановительном потенциале Е = 0-0,02 В в течение 2-5 с, при котором происходит восстановление не- окислившихся примЕсей и восстановление окисного слоя и чистая поверхность электрода оказывается в контакте с анализируемым раствором. Затем проводится выдержка при Е = 6 0,05-0,06 В в течение 2-5 с для установления адсорбционного равновесия и диффузионного режима в приэлектродном слое. После этого на электрод накладывается линейно возрастающий по тенциал с достаточноростью " = 12,5 мВ/с.Для проведения анализа на содержание глюкозы в ячейку заливают строго определенный объем 1 М КОН и вводят 0,1-2,5 мл жидкости, содержащейглюкозу, и, накладывая сложный потенциодинамический импульс, проводятактивацию и записывают зависимостьтока окисления от потенциала со скоростью 12,5 мВ/с.Измерения можно проводить в режиме измерения стационарного тока припостоянном потенциале (Е = 1,0-1,1 В),При этом на электрод накладываюточистительный импульс, затем задаютпотенциал Е = 1,0-1,1 В и измеряютток при этом потенциале,Концентрацию глюкозы определяютпо калибровочной кривой зависимостьтока окисления от концентрации глюкозы. В области потенциалов окисления 1,0-1,1 В относительно водородного электрода в том же растворе тококисления прямо пропорционален концентрации глюкозы в диапазоне концентраций 0,01 (5,5 10 М - 2000 мгЪ(0,11 М).При анализе сложных многокомпонентных жидкостей калибровочную кривую лучше строить по данным, полученным не для чистых растворов глюкозы,а для тех же жидкостей с разным коли.чеством глюкозы. т.е. в присутствиивсех компонентов данной жидкости.Это позволяет увеличить точность измерений.Измерения можно проводить на золотом электроде. отделенном от исследуемой жидкости проницаемой дляглюкозы мембраной, но не проницае1113744 Таблица 3 Относительнаяошибка, В Измереноглюкозымг о Введеноглюкозымг 3 10,0 20,0 50,0 5,0 18,8 6,0 48,0 4,0 150,0 155,0 200,0 211,0 250,0 256,0 300,0 309,1 5,1 Таблица 2 5,5 Измерено глю- Относикозы, мг Ъ тельная ошибка, Введено глюкозы ме Ъ 2,6 3,0 5,0 4 400,0 4080 2,0 10 5,5 18,9 Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет за счет замены платиновогоэлектрода на золотой резко повыситьточность метода, (например, примесиэтанола, метанола, муравьиной кислоты и альдегидов не позволяют определять глюкозу с использованием платинового электрода, тогда как эти жепримеси не влияют на измерения назолотом электроде 1. Это позволяеттакже определять глюкозу в технологических и пищевых жидкостях. Кроме 55 того, повышается стабильность и воспроизводимость измерений, а такжет . ап н определяемых конрототипом мох- гние глюкозы отредложенномуять от 0 1 до2-5 ),4,2 41,7 Ь,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 азоП р и м е р 2. Определение со- центраций (способом-и держания глюкозы в режиме измерения .но определять содержа стационарного тока. 60 50 до 500 мг%,а по иИзмерения проводили в трехэлектрод способу можно определ ной ячейке как в примере 1, только 2000 мгВ с точностьюВНИИПИ Заказ 6612/37 Тираж 822 ПодписноенФилиал ППП "Патент", г. 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. Мембрана вносит дополнительное диффузионное сопротивление, снижая ток, но оностается достаточно большим ихорошо измеряемым.10П р и м е р 1. Определение содержания глюкозы в потенциодинамическомрежиме.В трехэлектродную ячейку заливаютраствор глюкозы (0,11 М)в 1 М КОН(рН = 13,6), подают на электрод трехступенчатый импульс Е = 1,5 В, Е=0,02 В и Е = 0,05 В и выдерживаютпри каждом потенциале 5 с. От потенциала 0,05 В на полярографе ПО модель ОЗА при скорости развертки 2012,5 мВ/с снимают потенциодинамическую кривую и фиксируют ток при потенциале максимального значения тока,т.е. при Е = 1,1 В,По калибровочной кривой определяют содержание глюкозы.В табл. 2 представлены результатыопределения глюкозы на золотом электроде в 1 М КОН в потенциодинамическомрежиме. 30 на рабочий электрод после потенциа" лов 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 с), затем методом перехода от более концентрированных растворов к менее концентрированным (время реакции 10- 15 с ), Поэтому при анализе содержания ,глюкозы измерения проводились через30 с.В табл. 3 даны результаты определения глюкозы на золотом электроде в 1 М КОН в режиме снятия стационарных токов.