Амперометрия

Амперометрия в химии - это обнаружение ионов в растворе на основе электрического тока или изменений электрического тока.

Амперометрия используется в электрофизиологии для изучения событий высвобождения везикул с помощью электрода из углеродного волокна . В отличие от методов патч-фиксации электрод, используемый для амперометрии, не вставляется и не прикрепляется к ячейке , а находится в непосредственной близости от ячейки. Измерения с электрода происходят в результате окислительной реакции груза везикул, выпущенного в среду. Другой метод, используемый для измерения высвобождения пузырьков, - это емкостные измерения.

История

Электрохимическое или амперометрическое обнаружение, поскольку оно было впервые использовано в ионной хроматографии, было однопотенциальной или амперометрией постоянного тока, полезной для определенных электрохимически активных ионов, таких как цианид, сульфит и йодид. Развитие импульсного амперометрического обнаружения (PAD) для аналитов, загрязняющих поверхность электродов при обнаружении, в конечном итоге помогло создать новую категорию ионной хроматографии для определения углеводов . Другое достижение, известное как интегрированная амперометрия, повысило чувствительность к другим электрохимически активным частицам, таким как амины и многие соединения, содержащие восстановленные группы серы , которые иногда слабо обнаруживаются PAD. ^[1]

Было установлено, что нейротрансмиттеры можно обнаружить электрохимически , поместив угольный электрод в ткань и записав ток от окисляющих нейромедиаторов. ^[2] Одно из первых измерений было проведено с использованием электрода из углеродного волокна, имплантированного в неостриатум крыс. ^[3] Дальнейшая работа была проведена на хромаффинных клетках по изучению высвобождения катехоламинов из больших плотных сердцевинных везикул. ^[4]^[5]

Методы обнаружения

Однопотенциальная амперометрия

Любой аналит, который может быть окислен или восстановлен, является кандидатом для амперометрического обнаружения. Самая простая форма амперометрического обнаружения - это амперометрия с одним потенциалом или постоянным током (DC). Напряжение (потенциал) прикладывается между двумя электродами, расположенными в выходящем из колонны потоке . Измеренный ток изменяется по мере того, как электроактивный аналит окисляется на аноде или уменьшается на катоде. Однопотенциальная амперометрия использовалась для обнаружения анионов слабых кислот, таких как цианид и сульфид , которые проблематичны для кондуктометрических методов. Еще одно, возможно, более важное преимущество амперометрии перед другими методами обнаружения этих и других ионов, таких как йодид, сульфит и гидразин., это специфика. Приложенный потенциал можно отрегулировать, чтобы максимизировать отклик для интересующего аналита при минимизации отклика для мешающих аналитов ^[6]

Импульсная амперометрия (импульсное амперометрическое детектирование, PAD)

Расширением однопотенциальной амперометрии является импульсная амперометрия, наиболее часто используемая для аналитов, которые имеют тенденцию загрязнять электроды. Аналиты, загрязняющие электроды, уменьшают сигнал при каждом анализе и требуют очистки электрода. При импульсном амперометрическом обнаружении (PAD) рабочий потенциал прикладывается в течение короткого времени (обычно несколько сотен миллисекунд), за которым следуют более высокие или более низкие потенциалы, которые используются для очистки электрода. Ток измеряется только при приложении рабочего потенциала, затем последовательные измерения тока обрабатываются детектором для получения плавного выходного сигнала. PAD чаще всего используется для обнаружения углеводов после анионообменного разделения, но дальнейшее развитие соответствующих методов показывает многообещающие результаты для аминов, восстановленных соединений серы и других электроактивных соединений.

Принцип

Чтобы зарегистрировать слияние везикул, электрод из углеродного волокна приближают к ячейке. Электрод удерживается под положительным потенциалом, и когда груз из плавленой везикулы находится рядом с электродом, окисление груза передает электроны на электрод. Это вызывает всплеск, размер которого можно использовать для оценки количества пузырьков, а частота дает информацию о вероятности высвобождения. ^[7]

использованная литература

^ DC Johnson и WR LaCourse, Аналитическая химия , 62 (1990), 589A-97A
^ Киссинджер PT, Харт JB, Adams RN (май 1973). «Вольтамперометрия в тканях мозга - новое нейрофизиологическое измерение». Исследование мозга . 55 (1): 209–13. DOI : 10.1016 / 0006-8993 (73) 90503-9 . PMID 4145914 .
^ Гонон Ф., Чеспульо Р., Пончон Дж. Л. и др. (Апрель 1978 г.). «Непрерывное электрохимическое определение in vivo высвобождения дофамина в неостриатуме крысы». Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série D (на французском языке). 286 (16): 1203–6. PMID 96981 .
^ Leszczyszyn DJ Янковский JA, Виверос OH, Дилиберто EJ, Near JA, Wightman RM (сентябрь 1990). «Никотиновый рецептор-опосредованная секреция катехоламинов отдельными хромаффинными клетками. Химические доказательства экзоцитоза» . Журнал биологической химии . 265 (25): 14736–7. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 77173-1 . PMID 2394692 .
^ Wightman RM, Jankowski JA, Kennedy RT и др. (Декабрь 1991 г.). «Разрешенные во времени пики катехоламинов соответствуют высвобождению отдельных везикул из отдельных хромаффинных клеток» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 88 (23): 10754–8. Bibcode : 1991PNAS ... 8810754W . DOI : 10.1073 / pnas.88.23.10754 . PMC 53009 . PMID 1961743 .
Перейти ↑ Settle, F. (Ed.). (1997). Справочник инструментальных методов аналитической химии (1-е изд.). Прентис Холл.
^ Мошаров Е.В., Sulzer D (сентябрь 2005). «Анализ экзоцитотических событий, записанных с помощью амперометрии». Природные методы . 2 (9): 651–8. DOI : 10.1038 / nmeth782 . PMID 16118635 . S2CID 15489257 .

[1] DC Johnson и WR LaCourse, Аналитическая химия , 62 (1990), 589A-97A

[2] Киссинджер PT, Харт JB, Adams RN (май 1973). «Вольтамперометрия в тканях мозга - новое нейрофизиологическое измерение». Исследование мозга . 55 (1): 209–13. DOI : 10.1016 / 0006-8993 (73) 90503-9 . PMID 4145914 .

[3] Гонон Ф., Чеспульо Р., Пончон Дж. Л. и др. (Апрель 1978 г.). «Непрерывное электрохимическое определение in vivo высвобождения дофамина в неостриатуме крысы». Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série D (на французском языке). 286 (16): 1203–6. PMID 96981 .

[4] Leszczyszyn DJ Янковский JA, Виверос OH, Дилиберто EJ, Near JA, Wightman RM (сентябрь 1990). «Никотиновый рецептор-опосредованная секреция катехоламинов отдельными хромаффинными клетками. Химические доказательства экзоцитоза» . Журнал биологической химии . 265 (25): 14736–7. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 77173-1 . PMID 2394692 .

[5] Wightman RM, Jankowski JA, Kennedy RT и др. (Декабрь 1991 г.). «Разрешенные во времени пики катехоламинов соответствуют высвобождению отдельных везикул из отдельных хромаффинных клеток» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 88 (23): 10754–8. Bibcode : 1991PNAS ... 8810754W . DOI : 10.1073 / pnas.88.23.10754 . PMC 53009 . PMID 1961743 .

[6] Перейти ↑ Settle, F. (Ed.). (1997). Справочник инструментальных методов аналитической химии (1-е изд.). Прентис Холл.

[7] Мошаров Е.В., Sulzer D (сентябрь 2005). «Анализ экзоцитотических событий, записанных с помощью амперометрии». Природные методы . 2 (9): 651–8. DOI : 10.1038 / nmeth782 . PMID 16118635 . S2CID 15489257 .

[1]