Elektrody nowej generacji jako narzędzie w woltamperometrycznym oznaczaniu związków biologicznie czynnych

Abstract

Głównym celem prowadzonych badań było zastosowanie elektrod stałych nowej generacji, tj. elektrody srebrnej z odnawialnym filmem amalgamatu srebra (Hg(Ag)FE) oraz elektrody diamentowej domieszkowanej borem (BDDE) do badania i oznaczania związków biologicznie czynnych (pestycydy, leki) z zastosowaniem techniki woltamperometrii fali prostokątnej (SWV) lub adsorpcyjnej woltamperometrii stripingowej fali prostokątnej (SWAdSV). Dodatkowym aspektem było także zbadanie charakteru procesu elektrodowego techniką woltamperometrii cyklicznej (CV). Badane przeze mnie związki organiczne charakteryzują się różnorodnym sposobem działania i zaliczane są do różnych klas związków. Aktywność elektrochemiczna tych substancji wynika z obecności elektrodowo aktywnych grup funkcyjnych występujących w ich strukturze chemicznej, dzięki którym możliwe jest ich oznaczanie za pomocą technik woltamperometrycznych. Pomimo, iż główna tematyka mojej pracy związana była z badaniem i oznaczaniem związków biologicznie aktywnych metodami woltamperometrycznymi, to w czasie prowadzenia eksperymentów pojawiła się konieczność poszerzenia głównego nurtu badań o dodatkowe eksperymenty. Ważnym elementem części doświadczalnej mojej rozprawy doktorskiej było przeprowadzenie badań dotyczących procesów adsorpcji dla niektórych pestycydów. Warto także wspomnieć, że w toku prowadzonych przeze mnie badań niektórych pestycydów koniecznym krokiem, związanym z realizacją projektu było także określenie właściwości korozyjnych stali nierdzewnej stosowanej na narzędzia ogrodnicze. Do badań wykorzystałam metody elektrochemiczne, tj.: metodę pomiaru potencjału korozyjnego w obwodzie otwartym, metodę pomiaru oporu polaryzacyjnego w oparciu o charakterystykę Stearn–Geary’ego, metodę elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) oraz metodę polaryzacji anodowej. Przeprowadziłam także analizy powierzchni badanej stali przed i po procesach korozyjnych z wykorzystaniem mikroskopu optycznego. Kolejnym, ważnym punktem było także zastosowanie metody spektrometrii mas z techniką jonizacji Elektrosprayem (ESI–MS) w celu określenia produktów reakcji elektroredukcji lub elektroutlenienia badanych związków o znaczeniu biologicznym. Istotnym elementem części doświadczalnej mojej rozprawy doktorskiej było także zbadanie topografii powierzchni elektrody BDDE przy zastosowaniu mikroskopu sił atomowych (AFM).

The topic of my Ph.D. dissertation focuses on the application of a new generation of solid electrodes, such as a renewable silver amalgam film electrode and a boron–doped diamond electrode in the voltammetric analysis of selected biologically active compounds. The current trend in the development and the investigation of new electrode materials led to the development of an environmentally friendly electrodes, according to the idea of "green analytical chemistry", which exhibit good electrochemical properties. Due to that fact it would be possible to apply them in the determination of organic compounds using sensitive electrochemical methods. Particularly interesting for me group of biologically active compounds are pesticides, which are widely used in the world in the agricultural and chemical industries. Noteworthy also are the drugs, which are used in the pharmaceutical industry. The results of my work relied on the use of a new generation of solid electrodes in the electrochemical analysis of selected biologically active compounds and they are contained in a series of publications conclude in the present dissertation. With respect to the implementation of topic and its objectives, a series of targeted research leading to the development of voltammetric procedures for the determination of biologically active organic compounds using silver amalgam film electrode (nitenpyram, thiacloprid, clothianidin, cyazofamid, fenoxanil and fludioxonil) and boron–doped diamond electrode (fenfuram, paroxetine) were pefromed. Sensitive and rapid voltammetric techniques, such as square wave voltammetry (SWV) and square wave adsorptive stripping voltammetry (SWAdSV), were performed for each investigated compound. The optimization of the conditions and parameters were made for each compound. Thereafter, the analytical procedures for the determinations od each compound were developed, and the validations of the methods were carried out. The correctness of the proposed procedures were verified by the determination of each biologically active compound in a various spiked environmental samples (natural waters), in agricultural products (corn, rice, potato, triticale), as well as in the commercial formulations (Calypso® 480–SC, PONCHO 600 FS, RANMAN Top) and in the pharmaceutical formulation (Nokturn®) by the standard addition method. Additionally, in order to explain the nature of the process taking place at the working electrodes, a detailed study were performed using cyclic voltammetry technique. Additionally, in order to clarify the electrode mechanism of selected pesticides, the adsorption studies were conducted. Moreover, the influence of pesticides on the corrosion properties of stainless steel used to produce agricultural tools were investigated using electrochemical techniques (the measurement of corrosion potential in an open circuit, the measurement of polarization resistance according to Stern–Geary's method, the measurement of the impedance characteristic at corrosion potential, the measurement of the potentiodynamic characteristic towards the anodic direction). After corrosion tests, the surfaces of samples were examined using an optical microscope for characterization of corrosion damage. Furthermore, the mass spectrometry with electrospray ionization (ESI–MS) technique was applied to confirm the proposed electroreduction or electrooxidation mechanisms of selected pesticides. The morphology characterization of bare boron–doped diamond electrode was performed using AFM microscope.