RU217965U1 - Устройство для определения фенольного индекса в водных средах - Google Patents
Устройство для определения фенольного индекса в водных средах Download PDFInfo
- Publication number
- RU217965U1 RU217965U1 RU2022132782U RU2022132782U RU217965U1 RU 217965 U1 RU217965 U1 RU 217965U1 RU 2022132782 U RU2022132782 U RU 2022132782U RU 2022132782 U RU2022132782 U RU 2022132782U RU 217965 U1 RU217965 U1 RU 217965U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phenol
- index
- layer
- aqueous media
- redox layer
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к области экологического мониторинга окружающей среды и может быть использована для оценки состояния поверхностных вод и контроля процессов очистки сточной воды от летучих фенолов, составляющих фенольный индекс - количество летучих фенолов (в мкг/дм3). Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является улучшение технических характеристик устройства: сужение субстратной специфичности, увеличение чувствительности (снижение нижней границы и увеличение коэффициента чувствительности) и долговременной стабильности. Устройство для определения фенольного индекса в водных средах содержит платиновый проводник, погруженный в угольную пасту на основе минерального масла и графитовой пудры, рабочая поверхность покрыта редокс-слоем, далее нанесен слой иммобилизованных адаптированных к фенолу бактерий Pseudomonas putida BS394 (pBS216), которые зафиксированы диализной мембраной с помощью пластикового кольца. В качестве редокс-слоя используют композитный материал на основе углеродных нанотрубок и модифицированного ферроценкарбоксальдегидом бычьего сывороточного альбумина. 1 ил., 1 табл.
Description
Устройство для определения фенольного индекса в водных средах относится к области экологического мониторинга окружающей среды и может быть использовано для оценки состояния поверхностных вод и контроля процессов очистки сточной воды от летучих фенолов, составляющих фенольный индекс - количество летучих фенолов (в мкг/дм3). Продолжительность стандартного метода составляет 6 часов [ПНДФ 14.1:2.105-97. Методика выполнения измерений массовой концентрации летучих фенолов в природных и очищенных сточных водах фотометрическим методом после отгонки с водяным паром. - М.: 1997. - 19 с.], поэтому растет потребность в разработке экспресс-анализаторов.
Известно устройство для экспресс-определения летучих фенолов, которое представляет собой биосенсорную систему на основе физико-химического преобразователя и иммобилизованного биоматериала, зафиксированного на поверхности кислородного электрода с помощью нейлоновой сетки. [Кувичкина Т.Н. и др. Окисление фенола и катехола иммобилизованными клетками актинобактерий Rhodococcus gordoniae Leto // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. - 2019. - №4. - С. 28-38.]. Устройство содержит физико-химический преобразователь на основе кислородного электрода Кларка и иммобилизованный биоматериал - бактерии Rhodococcus gordoniae Leto, иммобилизованные на хроматографической стеклобумаге, нейлоновую сетку. Устройство позволяет определять фенольные соединения в диапазоне концентраций от 4,7 до 47 мг/дм3, срок эксплуатации составил 9 суток, время анализа от 15 до 20 минут и помимо фенола устройство регистрирует окисление 9 субстратов. Существенным недостатком устройства является высокая нижняя граница определяемых концентрация (4,7 мг/дм3), не позволяющая проводить анализ проб с содержанием фенола на уровне предельно-допустимых концентраций [СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества].
Наиболее близким по своим признакам, принятое за прототип, является устройство для экспресс-мониторинга фенольного индекса [Лаврова Т.В. и др. Адаптация бактериальных штаммов Pseudomonas putida BS394 (pBS216) и Pseudomonas veronii DSM 11331T как основа формирования биосенсора для определения фенольного индекса // экотоксикология-2021. - 2021. - с. 122-124.]. Устройство содержит пластмассовый корпус, в его полости располагается платиновый проводник, погруженный в угольную пасту на основе минерального масла и графитовой пудры, рабочая поверхность покрыта редокс-слоем - модифицированной угольной пасты на основе ферроцена, далее нанесен слой иммобилизованных адаптированных к фенолу бактерий Pseoudomonas putida BS394 (pBS216), которые зафиксированы диализной мембраной с помощью пластикового кольца. Бактерии Pseudomonas putida BS394 являются носителем нафталиновой плазмиды (pBS216), которая обеспечивает процесс биодеградации нафталина, оказывая детерминирующие окисление этого соединения до метаболитов цикла Кребса, и оказывает положительное влияние на процесс окисления ароматических соединений. Устройство позволяет определять фенол в концентрациях от 0,5 мг/дм3, время анализа одной пробы составляет 15 минут, долговременная стабильность - 8 суток, коэффициент чувствительности, составляет 4,9±0,3⋅10-3 мкА⋅дм3/мг, число регистрируемых субстратов 16, включая легкоокисляемые субстраты, не входящие в фенольный индекс, долговременная стабильность составила 8 суток. Замена физико-химического преобразователя с кислородного электрода на модифицированный угольно-пастовый электрод позволяет работать при более низких потенциалах, определяемых свойствами электроактивных частиц редокс-слоя - ферроцена. Использование иммобилизованных адаптированных к фенолу бактерий Pseudomonas putida BS394 (pBS216) позволяет определять более низкие значения фенольного индекса.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является улучшение технических характеристик устройства для определения фенольного индекса в водных средах, в частности снижение нижней границы определяемых значений фенольного индекса.
Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство для определения фенольного индекса в водных средах содержит пластмассовый корпус, платиновый проводник, погруженный в угольную пасту на основе минерального масла и графитовой пудры, рабочая поверхность покрыта редокс-слоем, на поверхность электрода нанесен слой иммобилизованных адаптированных к фенолу бактерий Pseoudomonas putida BS394 (pBS216), которые зафиксированы диализной мембраной с помощью пластикового кольца, причем в качестве редокс-слоя используют композитный материал на основе углеродных нанотрубок и модифицированного ферроценкарбоксальдегидом бычьего сывороточного альбумина.
На фигуре показано устройство для определения фенольного индекса в водных средах. В табл. представлены характеристики прототипа и заявляемого устройства для определения фенольного индекса в водных средах.
Технический результат заявляемого устройства заключается в улучшении технических характеристик, за счет увеличения долговременной стабильности с 8 суток (прототип) до 11 суток (заявляемое техническое решение), сужение спектра окисляемых субстратов с 16 веществ (прототип) до 5 (заявляемое техническое решение), снижения нижней границы 0,5 мг/дм3 (прототип) до 0,001 мг/дм3, время анализа с 15 минут (прототип) до 10 минут (заявляемое техническое решение), увеличение коэффициента чувствительности с (4,9±0,3)⋅10-3 мкА⋅дм3/мг (прототип) до (5,8±0,2)⋅10-3 мкА⋅дм3/мг (заявляемое техническое решение).
Увеличение чувствительности (снижение нижней границы определяемых концентраций и увеличение коэффициента чувствительности) с одной стороны связано с улучшением электронной проводимости за счет введение в состав редокс-слоя углеродных нанотрубок, регистрируемый аналитический сигнал приобретает более высокие значения, и, таким образом, повышается чувствительность определения фенольного индекса. С другой стороны, за счет введения в состав редокс-слоя модифицированного ферроценкарбоксальдегидом бычьего сывороточного альбумина повышается эффективность электронного переноса: ковалентносвязанный ферроцен непосредственно на более близком расстоянии может встраиваться в полиферментативную систему бактерий и, таким образом, ускоряет перенос электронов, образующихся в результате протекания ферментативных реакций.
Увеличение долговременной стабильности обусловлено использованием в составе редокс-слоя модифицированного ферроценкарбоксальдегидом бычьего сывороточного альбумина. Ковалентное связывание медиатора предотвращает вымывание редокс-частиц ферроцена. Изменение числа окисляемых субстратов заявляемым техническим решением связано с изменением природы медиатора электронного транспорта в редокс-слое. Повышение экспрессности анализа обусловлено использованием в составе редокс-слоя углеродных нанотрубок и модифицированного ферроценкарбоксальдегидом бычьего сывороточного альбумина: углеродные нанотрубки повышают константу скорости гетерогенного переноса электронов с молекулы ковалентносвязанного ферроцена на электрод, благодаря чему перенос электронов происходит на порядок быстрее, чем в редокс-слое на основе чистого ферроцена.
Заявляемое устройство состоит из следующих элементов: пластмассового корпуса 1, платинового проводника 2, угольной пасты 3 содержащей минеральное масло и графитовую пудру, редокс-слоя 4 композитного материала на основе углеродных нанотрубок и модифицированного ферроценкарбоксальдегидом бычьего сывороточного альбумина, иммобилизованных адаптированных к фенолу бактерий Pseoudomonas putida В S394 (pBS216) 5, диализной мембраны 6 и пластикового кольца 7.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является улучшение характеристик устройства: сужение субстратной специфичности, увеличение чувствительности (снижение нижней границы и увеличение коэффициента чувствительности) и долговременной стабильности, что связано с использованием редокс-слоя композитного материала на основе углеродных нанотрубок и модифицированного ферроценкарбоксальдегидом бычьего сывороточного альбумина.
Устройство для определения фенольного индекса в водных средах собирают следующим образом: готовят угольную пасту 3 следующего состава: ферроцен - 10 мг, растворенный в 500 мкл ацетона, графитовая пудра - 90 мг, минеральное масло - 40 мкл. Угольной пастой заполняют пластмассовый корпус 1. Платиновый проводник 2 погружают в графитовую пасту. Затем на поверхность электрода модифицируют редокс-слоем 4, для этого поверхность покрывают 10 мкл суспензии углеродных нанотрубок 250 мг/мл. Модифицированный ферроценкарбоксальдегидом бычий сывороточный альбумин массой 0,0035 г растворяют в 50 мкл фосфатного буфера (рН=6,8) и добавляют 7,5 мкл глутарового альдегида и через 10 секунд в количестве 10 мкл добавляют к нанесенному слою углеродных нанотрубок. Редокс-слой 4 в виде композитного материала на основе углеродных нанотрубок и модифицированного ферроценкарбоксальдегидом бычьего сывороточного альбумина высушивают при комнатной температуре. Поверх редокс-слоя наносят суспензию бактерий Pseudomonas putida BS394 (pBS216) объемом суспензии с общим титром 330 мг/см3, 10 мкл 5, высушивают и закрепляют на электроде диализной мембраной 6 с помощью пластикового кольца 7.
Для определения фенольного индекса в водных средах используют измерительную кювету объемом 5 мл, содержащую калий-натрий фосфатный буферный раствор (рН=6,8). В измерительную кювету погружают хлорсеребряный электрод и пластмассовый корпус 1 устройства, таким образом, чтобы калий-натрий фосфатный буферный раствор контактировал с иммобилизованными адаптированными бактериями Pseoudomonas putida BS394 (pBS216) 5, которые расположены на поверхности редокс-слоя 4 представляющего собой композитный материал на основе углеродных нанотрубок и модифицированного ферроценкарбоксальдегидом бычьего сывороточного альбумина устройства, и зафиксированы диализной мембраной 6 с помощью пластикового кольца 7. Устройство посредством платинового проводника 2 подключают к потенциостату, регистрирующего зависимость силы тока от времени - IPC Micro. К потенциостату подключают хлорсеребряный электрод. Измерения проводят при постоянном потенциале +350 мВ и непрерывном перемешивании раствора с помощью магнитной мешалки (300 об/мин) при комнатной температуре.
После установления стабильного уровня тока в измерительную кювету микропипеткой вводят необходимое количество раствора анализируемого вещества. После каждого измерения производят промывку измерительной кюветы калий-натрий-фосфатным буферным раствором. Скорость окисления фенола и его гомологов рассчитывают по амплитуде силы тока (ответ сенсора, ΔI, мкА) и определяют значение фенольного индекса по предварительно построенной с помощью стандартного раствора фенола калибровочной кривой.
Таким образом, заявляемое устройство для определения фенольного индекса в водных средах не требует привлечения высококвалифицированного персонала и позволяет определять индекс биохимического потребления кислорода за время не более 10 минут, при этом нижняя граница определяемых значений составляет 0,001 мг/дм3.
Claims (1)
- Устройство для определения фенольного индекса в водных средах, содержащее пластмассовый корпус, платиновый проводник, погруженный в угольную пасту на основе минерального масла и графитовой пудры, рабочая поверхность покрыта редокс-слоем, на него нанесен слой иммобилизованных адаптированных к фенолу бактерий Pseudomonas putida BS394 (pBS216), которые зафиксированы диализной мембраной с помощью пластикового кольца, отличающееся тем, что в качестве редокс-слоя взят композитный материал на основе углеродных нанотрубок и модифицированного ферроценкарбоксальдегидом бычьего сывороточного альбумина.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU217965U1 true RU217965U1 (ru) | 2023-04-26 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU70661U1 (ru) * | 2007-07-26 | 2008-02-10 | Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН | УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ε-КАПРОЛАКТАМА |
| CN102329744A (zh) * | 2010-07-13 | 2012-01-25 | 中国环境科学研究院 | 异养型硝化细菌、包含其的生物传感器、及检测水体毒性的方法 |
| CN102520047B (zh) * | 2011-12-19 | 2014-08-06 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 用于检测水体毒性的检测装置及水体毒性的检测方法 |
| CN106770563A (zh) * | 2015-11-24 | 2017-05-31 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种检测水体急性生物毒性的双电子介体电化学生物传感器及其应用 |
| RU210524U1 (ru) * | 2021-11-08 | 2022-04-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Устройство для экспресс-определения токсичности поверхностных вод |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU70661U1 (ru) * | 2007-07-26 | 2008-02-10 | Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН | УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ε-КАПРОЛАКТАМА |
| CN102329744A (zh) * | 2010-07-13 | 2012-01-25 | 中国环境科学研究院 | 异养型硝化细菌、包含其的生物传感器、及检测水体毒性的方法 |
| CN102520047B (zh) * | 2011-12-19 | 2014-08-06 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 用于检测水体毒性的检测装置及水体毒性的检测方法 |
| CN106770563A (zh) * | 2015-11-24 | 2017-05-31 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种检测水体急性生物毒性的双电子介体电化学生物传感器及其应用 |
| RU210524U1 (ru) * | 2021-11-08 | 2022-04-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Устройство для экспресс-определения токсичности поверхностных вод |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Лаврова Т.В. и др. Адаптация бактериальных штаммов Pseudomonas putida BS394 (pBS216) и Pseudomonas veronii DSM 11331T как основа формирования биосенсора для определения фенольного индекса // Экотоксикология-2021. - 2021. - с. 122-124. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lei et al. | Microbial biosensors | |
| Nantaphol et al. | A novel paper-based device coupled with a silver nanoparticle-modified boron-doped diamond electrode for cholesterol detection | |
| Xu et al. | Microbial biosensors for environmental monitoring and food analysis | |
| Hart et al. | Recent developments in the design and application of screen-printed electrochemical sensors for biomedical, environmental and industrial analyses | |
| Liu et al. | Immobilised activated sludge based biosensor for biochemical oxygen demand measurement | |
| Schubert et al. | Mediated amperometric enzyme electrode incorporating peroxidase for the determination of hydrogen peroxide in organic solvents | |
| Timur et al. | Detection of phenolic compounds by thick film sensors based on Pseudomonas putida | |
| Khor et al. | A redox mediated UME biosensor using immobilized Chromobacterium violaceum strain R1 for rapid biochemical oxygen demand measurement | |
| Pundir et al. | Fabrication of an amperometric xanthine biosensor based on polyvinylchloride membrane | |
| Freire et al. | Mixed enzyme (laccase/tyrosinase)-based remote electrochemical biosensor for monitoring phenolic compounds | |
| Mak et al. | Biosensor for rapid phosphate monitoring in a sequencing batch reactor (SBR) system | |
| Pisoschi | Biosensors as bio-based materials in chemical analysis: a review | |
| Timur et al. | Screen printed graphite biosensors based on bacterial cells | |
| VOGRINC et al. | Microbial biosensors for environmental monitoring | |
| Shimomura et al. | A novel, disposable, screen-printed amperometric biosensor for ketone 3-β-hydroxybutyrate fabricated using a 3-β-hydroxybutyrate dehydrogenase–mesoporous silica conjugate | |
| Stoytcheva et al. | Hybrid electrochemical biosensor for organophosphorus pesticides quantification | |
| RU205304U1 (ru) | Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями | |
| Kumar et al. | Cephalosporins determination with a novel microbial biosensor based on permeabilized Pseudomonas aeruginosa whole cells | |
| Hu et al. | Development of a hypoxanthine biosensor based on immobilized xanthine oxidase chemically modified electrode | |
| Kırgöz et al. | Graphite epoxy composite electrodes modified with bacterial cells | |
| RU217965U1 (ru) | Устройство для определения фенольного индекса в водных средах | |
| Lisdat et al. | Recycling Systems Based on Screen‐Printed Electrodes | |
| Pisoschi et al. | Ethanol determination by an amperometric bienzyme sensor based on a Clark-type transducer | |
| Hart et al. | Sensors/biosensors, based on screen-printing technology for biomedical applications | |
| Saxena et al. | Immobilisation and biosensors |