IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

В последнее десятилетие наблюдается экспоненциальный рост в фундаментальных и прикладных областях науки, связанный с синтезом наночастиц, изучением их свойств и практическими применениями [1]. Подъем в этой сфере обусловлен, прежде всего, развитием инструментальных и синтетических методов получения и исследования таких материалов, на которые возлагаются большие надежды, связанные с их использованием в сенсорном анализе, микроэлектронике, оптике, катализе, медицине, и других областях. Крайне важной задачей является разработка новых методов синтеза наноразмерных частиц и гибкий контроль их размеров. Всё вышеизложенное служит основанием для повышенного интереса к полимерным наночастицам специалистов различного профиля. Линейные алкилбензолсульфанаты (LAS) - анионные поверхностно-активные соединения, применяемые в различных моющих средствах, порошках, мылах, увеличивают негативное влияние на живые организмы пестицидов, тяжелых металлов, бифенилов и других веществ (ПДК 0,3 мкг/мл). Вместе со сточными водами LAS попадает в природные водоемы, где легко разлагаются микроорганизмами, но их общее количество настолько велико, что на биологический распад требуется 5-10 дней. Цель данной работы - изучение возможности применения полимерных наночастиц для усиления аналитического сигнала пьезокварцевого иммуносенсора для определения линейных алкилбензолсульфонатов в водных средах.

Синтез латексных частиц. При синтезе полистирольного латекса в качестве эмульгатора использованы олеат и стеарат натрия, в качестве инициатора персульфат калия. В трехгорлую колбу, снабженную электромеханической мешалкой и обратным холодильником, при энергичном перемешивании вводили 66 мл раствора эмульгатора и 40 мл стирола. После образования эмульсии в колбу добавляли 7 мл 1,3 % водного раствора дигидрофосфата натрия для стабилизации реакционной смеси, 0,5 г персульфата калия и 19 мл дистиллированной воды. Реакционную колбу помещали в водяной термостат, нагретый до температуры 65°С и заканчивали реакцию после 1,5 - 3 час. [2].

Оборудование и материалы. В качестве физических преобразователей сенсоров применяли пьезокварцевые резонаторы АТ-среза (собственная частота колебаний 10 МГц ± 1 Гц) с электродами диаметром 5 мм, полученными магнетронным напылением серебра или золота (ЗАО «ЭТНА», Россия). Иммобилизация LAS-белкового конъюгата на поверхности пьезокварцевого резонатора проводилась аналогично описанной ранее [3]. Исследования выполнялись на оригинальной установке, изготовленной на кафедре химии ЛГТУ, описанной в работе [3]. В качестве аналитического сигнала пьезокварцевого иммуносенсора использовано изменение частоты колебаний (Δf) при увеличении массы биорецепторного покрытия.

Исследование условий синтеза латексных наночастиц. Агрегативная устойчивость синтетических латексов обусловлена существованием на поверхности частиц адсорбционного слоя поверхностно-активного вещества (ПАВ). Наиболее эффективными и широко используемыми эмульгаторами при эмульсионной полимеризации являются стеарат и олеат натрия, изменяя концентрацию которых в реакционной смеси можно управлять размером получаемых частиц латекса. Установлено, что при увеличении концентрации эмульгатора в системе до 0,3 М приводит к получению частиц размером не более 19-21 нм, поскольку это связано с возрастанием числа мицелл, в которых возникает процесс полимеризации. При снижении концентрации, как и олеата, так и стеарата натрия возможно получение более крупных частиц (до 89-95 нм). Таким образом, изменяя концентрацию эмульгатора, можно регулировать размер получаемых наночастиц полистирольного латекса. Изучено влияние рН водной фазы эмульсии на концентрацию и средний радиус частиц латекса, а также на продолжительность времени синтеза (табл. 1).

Увеличение рН способствует уменьшению размера латексных частиц, что напрямую связано с интенсивным распадом инициатора и возрастанием концентрации свободных радикалов, что способствует появлению большого количества зародышей новой фазы. С увеличением рН скорость инициирования выше, инициатор расходуется быстрее, выход полимера больше (до 24,8%), но как видно из полученных данных полимеризация идет дольше (до 195-225 мин).

Определение линейных алкилбензолсульфонатов с применением латексных наночастиц для усиления сигнала пьезокварцевого иммуносенсора. Разработана методика проточно-инжекционного определения LAS в водных средах с применением пьезокварцевого иммуносенсора в качестве детектора в конкурентном формате, в соответствии с которым LAS, содержащийся в анализируемом растворе и закрепленный на поверхности сенсора, конкурируют за фиксированное количество антител, вводимых в пробу.

Таблица 1. Влияние рН водной фазы эмульсии стирола на выход, размер и время синтеза латекса (инициатор K₂S₂O₈) (n=3, P=0,95).

рН водной фазы эмульсии		Выход латекса, %		Средний радиус частиц латекса , нм	Время синтеза, мин
Олеат натрия (0,25 М)
7,0		22,8		25,0±1,9	135
9,8	24,5		22,0±1,6		165
11,5	24,8		21,0±1,6		195
Стеарат натрия (0,25 М)
6,8	22,6		26,0±1,9		165
9,8	24,3		23,6±2,0		195
11,5	24,7		22,0±1,6		225

 

Таблица 2. Метрологические характеристики методики определения LAS с помощью различных латексных частиц, стабилизированных олеатом натрия (n=3; P=0,95).

Размер латексных частиц, нм	Линейный диапазон определяемых концентраций, нг/мл	Предел обнаружения Сmin, нг/мл	Уравнение градуировочного графика	r
0	25 - 100	10	y = -0,1x + 32	0,99
21	10 - 125	6,0	y = -0,3x + 40	0,99
36	10 - 125	6,0	y = -0,3x + 47	0,99
44	10 - 125	4,0	y = -0,4x + 52	0,99
47	5 - 100	1,1	y = -1,6x + 174	0,99
50	5 - 75	1,0	y = -2,7х + 275	0,99

Для усиления сигнала и «утяжеления» белковых молекул антител применяли латексные частицы с размером 21-50 нм. В результате реакции между антителами и полимерными наночастицами образуется сложная трехмерная структура с высокой молекулярной массой, что приводит к образованию крупных иммунных комплексов и увеличению аналитического сигнала. Градуировочные функции для определения суммарного количества LAS с помощью исследуемых антител и другие метрологические характеристики приведены в табл. 2.

Правильность определения линейных алкилбензолсульфонатов подтверждена методом «введено - найдено». Введение в анализируемую пробу различных латексных частиц (табл. 2) позволяет изменять диапазон определяемых содержаний в зависимости от концентрации аналита (LAS) в пробе. Как видно из приведенных результатов увеличение размера наночастиц позволяет увеличить чувствительность определения и снизить предел обнаружения до 1,0 нг/мл. Сенсор апробирован при проточно-инжекционном определении LAS в образцах сточной воды с автомойки. Было установлено содержание LAS в сточных водах, взятых с автомойки, на уровне 68 -70 нг/мл, что не превышает значения ПДК. Таким образом, применение латексных наночастиц позволяет варьировать линейный диапазон определения LAS с помощью пьезокварцевого иммуносенсора, снизить предел обнаружения и увеличить чувствительность определения.

 

Список литературы

1. Нанотехнологии. Азбука для всех [Текст]/Под ред. Ю.Д. Третьякова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 368 с. - ISBN 978-5-9221-0901-7.
2. Башкатов, Т.В. Технология синтетических каучуков [Текст]/ Т.В. Башкатов, Я.Л. Жигалин. - Л.: Химия, 1987. - 360 с.
3. Ермолаева, Т.Н. Проточно-инжекционное определение нонилфенола в жидких средах с помощью пьезокварцевого иммуносенсора [Текст]/ Т.Н. Ермолаева, Е.С. Дергунова, Е.Н. Калмыкова, С.А. Еремин// Журн. аналит. хим.. - 2006. - Т. 61. - №6. - С. 660-665.

Код для цитирования: Скопировать