Вольтамперометрический сенсор на основе цеолитоподобного имидазолатного каркаса ZIF-8 для определения трамадола
Аннотация
Разработан планарный электрохимический сенсор на основе толстопленочного углеродсодержащего электрода (ТУЭ), модифицированного цеолитоподобным имидазолатным металлорганическим каркасом ZIF8 и графеном, для определения синтетического анальгетика трамадола методом вольтамперометрии с линейной разверткой потенциала. Модификация электрода нанокомпозитным модификатором увеличила его поверхность в 1.6 раза и способствовала трехкратному возрастанию пика тока окисления трамадола. Показано, что наибольший ток окисления трамадола регистрируется при 10 % ZIF8 в составе нанокомпозитного модификатора и использовании фосфатного буферного раствора рН 7 в качестве фонового электролита. Наблюдается смещение потенциала пика окисления трамадола на 130 мВ в область меньших значений на модифицированном электроде по сравнению с немодифицированным. Установлено, что электроокисление трамадола на графен-ZIF8/ТУЭ является необратимым адсорбционно контролируемым процессом с участием одного электрона. Рассчитаны параметры электроокисления трамадола и предложена схема электродной реакции. Предел обнаружения трамадола и линейный диапазон сенсора составляют 0.01 мкМ и 0.25-1800 мкМ соответственно. Сенсор проявляет высокую селективность в отношении ряда соединений, сопутствующих трамадолу в реальных образцах, что позволяет использовать его в анализе искусственной сыворотки крови и фармацевтических средств в форме таблеток и раствора для инъекций. Показатель правильности, равный 96–105 %, доказывает отсутствие систематической погрешности определения трамадола, а относительное стандартное отклонение, не превышающее 5 %, свидетельствует о хорошей повторяемости результатов анализа. Отсутствие дополнительных стадий разделения и концентрирования делает анализ с использованием графен-ZIF8/ТУЭ высокоэкспрессным.
Ключевые слова: электрохимический сенсор, анальгетики, металлорганический каркас, графен, ZIF8, планарный углеродсодержащий электрод
Полный текст:
PDFЛитература
REFERENCES
Subedi M., Bajaj S., Kumar M.S., Yc M. An overview of tramadol and its usage in pain management and future perspective. Biomed. Pharmacother., 2019, vol. 111, pp. 443-451. doi: 10.1016/j.biopha.2018.12.085.
Haage P., Kronstrand R., Josefsson M., Calistri S., van Schaik R.H.N., Green H., Kugelberg F. Enantioselective pharmacokinetics of tramadol and its three main metabolites; impact of CYP2D6, CYP2B6, and CYP3A4 genotype. Pharmacol. Res. Perspect., 2018, vol. 6, no. 4, article 00419. doi: 10.1002/prp2.419.
Tuladhar L.R., Acharya N., Maharjan Sh. A Comparative Study of Tramadol and Ketorolac for Pain Management in Post-Operative Patients with Appendectomy. Nepal Med. Col. J., 2021, vol. 23, no. 3, pp. 190-193. doi: 10.3126/nmcj.v23i3.40374.
Shankariah M., Mishra M., Kamath R.A.D. Tramadol versus ketorolac in the treatment of postoperative pain following maxillofacial surgery. J. Maxillofac. Oral Surg., 2012, vol. 11, no. 3, pp. 264-270. doi: 10.1007/s12663-011-0321-y.
Nakhla D.S., Hussein L.A., Magdy N., Abdallah I. A. Comparative Study of Different Spectrophotometric Methods for Simultaneous Determination of Tramadol and Paracetamol in Pharmaceutical Formulations. J. Appl. Spectrosc., 2021, vol. 88, pp. 894-900. doi: 10.1007/s10812-021-01256-7.
Abdel Moneim M.M., Hamdy M.M.A. Green spectrofluorimetric methods for tramadol assay with ibuprofen or chlorzoxazone: comparison of greenness profiles. Luminescence, 2021, vol. 36, no. 2, pp. 497-505. doi: 10.1002/bio.3969.
Yoo O., Tang E.K.Y., Nguyen M.N., Salman S., Hua A.J., von Ungern Sternberg B.S., Lim L.Y. HPLC-UV assay of tramadol and O-desmethyltramadol in human plasma containing other drugs potentially co-administered to participants in a paediatric population pharmacokinetic study. J. Chromatogr. B, 2021, vol. 1184, article 122971. doi: 10.1016/j.jchromb.2021.122971.
Pereira F.J., Rodríguez-Cordero A., López R. Development and Validation of an RP-HPLC-PDA Method for Determination of Paracetamol, Caffeine and Tramadol Hydrochloride in Pharmaceutical Formulations. Pharmaceuticals, 2021, vol. 14, article 466.
Hosseini F., Kakhki J. F., Salari Z., Ebrahimi M. Determination of Tramadol in Aqueous Samples Using Solid Phase Microextraction Fiber Based on Sol-Gel Coating Reinforced with Multiwall Carbon Nanotube Followed by Gas Chromatography Chemical. Methodologies, 2023, vol. 7, pp. 383-391.
Afkhami A., Khoshsafar H., Bagheri H., Madrakian T. Preparation of NiFe₂O₄/graphene nanocomposite and its application as a modifier for the fabrication of an electrochemical sensor for the simultaneous determination of tramadol and acetaminophen. Anal. Chim. Acta., 2014, vol. 831, pp. 50-59. doi: 10.1016/j.aca.2014.04.061.
Aflatoonian M.R., Tajik S., Aflatoonian B., Beitollahi H., Zhang K., Le Q.V., Cha J.H., Jang H.W., Shokouhimehr M., Peng. W. A Screen-Printed Electrode Modified With Graphene/Co3O4 Nanocomposite for Electrochemical Detection of Tramadol. Front. Chem., 2020, vol. 8, article 562308. doi: 10.3389/fchem.2020.562308.
Ahmadi S.A., Mohammadi S.Z., Jafari M., Jahani P.M., Mashayekh R. Electrochemical determination of tramadol using modified screen-printed electrode. J. Electrochem. Sci. Eng., 2021, vol. 12, no. 1, pp. 127-135. doi: 10.5599/jese.1141.
Hassanvand Z., Fahimeh J. Gold Nanoparticles/Cysteic Acid Modified Electrode for Simultaneous Electrochemical Determination of Tramadol and Paracetamol. Anal. Bioanal. Chem. Res., 2020, vol. 6, no. 2, pp. 393-404. doi: 10.22036/ABCR.2019.170247.1305.
Kolahi-ahari S., Deiminiat B., Rounaghi G.H. Modification of a pencil graphite electrode with multiwalled carbon nanotubes capped gold nanoparticles for electrochemical determination of tramadol. J. Electroanal. Chem., 2020, vol. 862, article 113996. doi: 10.1016/j.jelechem.2020.113996.
Fathirad F., Mostafavi A., Afzali D. Electrospun Pd nanoparticles loaded on Vulcan carbon/ conductive polymeric ionic liquid nanofibers for selective and sensitive determination of tramadol. Anal. Chim. Acta., 2016, vol. 940, pp. 65-72. doi: 10.1016/j.aca.2016.08.051.
Razavi R., Amiri M., Divsalar K., Foroumadi A. CuONPs/MWCNTs/carbon paste modified electrode for determination of tramadol: theoretical and experimental investigation. Sci. Rep., 2023, vol.13, article 7999. doi: 10.1038/s41598-023-34569-y.
Hassannezhad M., Hosseini M., Reza Ganjali M., Arvand M. A Graphitic Carbon Nitride (g-C3N4/Fe3O4) Nanocomposite: An Efficient Electrode Material for Electrochemical Determination of Tramadol in Human Biological Fluids. Anal. Meth., 2019, vol. 11, no. 15. pp. 2064-2071. doi: 10.1039/C9AY00146H.
Madrakian T., Alizadeh S., Bahram M., Afkhami A. A novel electrochemical sensor based on magneto LDH/Fe3O4 nanoparticles@glassy carbon electrode for voltammetric determination of tramadol in real samples. Ionics, 2017, vol. 23, pp. 1005-1015. doi: 10.1007/s11581-016-1871-2.
Hosseini F., Bahmaei M., Davallo M. A Sensitive Method for the Electrochemical Determination of Tramadol, Codeine and Caffeine by A CeO2-SnO2/rGO Nanocomposite-Modified Glassy Carbon Electrode. Anal. Bioanal. Electrochem., 2021, vol. 13, no. 2, pp. 264-282.
Sadeghi M., Shabani-Nooshabadi M., Ansarinejad H. A nanoporous gold film sensor modified with polypyrrole/CuO nanocomposite for electrochemical determination of piroxicam and tramadole. Environ. Res., 2023, vol. 216, no. 3, article 114633. doi: 10.1016/j.envres.2022.114633.
Afkhami A., Ghaedi H., Madrakian T., Ahmadi M., Mahmood-Kashani H. Fabrication of a new electrochemical sensor based on a new nano-molecularly imprinted polymer for highly selective and sensitive determination of tramadol in human urine samples. Biosens. Bioelectron., 2013, vol. 44, pp. 34-40. doi: 10.1016/j.bios.2012.11.030.
Soleimani M., Afshar M. G., Shafaat A., Crespo G. A. High-Selective Tramadol Sensor Based on Modified Molecularly Imprinted Polymer–Carbon Paste Electrode with Multiwalled Carbon Nanotubes. Electroanalysis, 2013, vol. 25, no. 5, pp. 1159-1168. doi: 10.1002/elan.201200601.
Teixeira Tarley C. R., de Cássia Mendonça J., da Rocha L. R., Capelari T. B., Prete M.C., Fonseca M. C., de Oliveira F. M., Pereira A. C., Scheel G. L., Borges K. B., Segatelli M. G. Development of a Molecularly Imprinted Poly(Acrylic Acid)-MWCNT Nanocomposite Electrochemical Sensor for Tramadol Determination in Pharmaceutical Samples. Electroanalysis, 2020, vol. 32, no. 5, pp. 1130-1137. doi: 10.1002/elan.201900148.
Dong P., Zhang X., Hiscox W., Liu J.U., Zamora J.U., Li X., Su M., Zhang Q., Guo X., Mccloy J., Song M.K. Toward High-Performance Metal–Organic-Framework-Based Quasi-Solid-State Electrolytes: Tunable Structures and Electrochemical Properties. Adv. Mater., 2023, vol. 35, no. 32, article 2211841. doi: 10.1002/adma.202211841.
Bergaoui M., Khalfaoui M., Awadallah-F A., Al-Muhtaseb S. A review of the features and applications of ZIF-8 and its derivatives for separating CO2 and isomers of C3- and C4- hydrocarbons. J. Nat. Gas Sci. Eng., 2021, vol. 96, article 104289. doi: 10.1016/j.jngse.2021.104289.
Garkani Nejad F., Beitollahi H., Sheikhshoaie I. A UiO-66-NH2 MOF/PAMAM Dendrimer Nanocomposite for Electrochemical Detection of Tramadol in the Presence of Acetaminophen in Pharmaceutical Formulations. Biosensors, 2023, vol. 13, no. 5, article 514. doi: 10.3390/bios13050514.
Siva V., Murugan A., Shameem A., Thangarasu S., Bahadur S.A. A Simple Synthesis Method of Zeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8) Nanocrystals as Superior Electrode Material for Energy Storage Systems. J. Inorg. Organomet. Polym. Mater., 2022, vol. 32, pp. 4707-4714. doi: 10.1007/s10904-022-02475-x.
Basiaga M., Paszenda Z., Walke W., Karasiński P., Marciniak J. Electrochemical Impedance Spectroscopy and Corrosion Resistance of SiO2 Coated CpTi and Ti-6Al-7Nb Alloy. Inf. Technol. Biomed. 2014, vol. 4, pp. 411–420. doi: 10.1007/978-3-319-06596-0_39.
Smyj R., Wang X.P., Han F. Tramadol hydrochloride. Profiles Drug Subst. Excip. Relat. Methodol., 2013, vol. 38, pp. 463-94. doi: 10.1016/B978-0-12-407691-4.00011-3.
Zafar K., Wasim M., Fatima B., Hussain D., Mehmood R., Najam-Ul-Haq M. Quantification of tramadol and serotonin by cobalt nickel tungstate in real biological samples to evaluate the effect of analgesic drugs on neurotransmitters. Sci. Rep., 2023, vol. 13, no. 1, article 10239. doi: 10.1038/s41598-023-37053-9.
Bard A.J., Faulkner L.R. Electrochemical methods: fundamentals and applications, 2nd edn., New York: John Wiley & Sons, 2001, 864 p.
Kozak J., Tyszczuk-Rotko K., Wójciak M., Sowa I. Electrochemically Activated Screen-Printed Carbon Sensor Modified with Anionic Surfactant (aSPCE/SDS) for Simultaneous Determination of Paracetamol, Diclofenac and Tramadol. Materials, 2021, vol. 14, no. 13, article 3581. doi: 10.3390/ma14133581.
Amin S., Hameed A., Memon N., Solangi A.R., Aslam M., Sirajuddin, Soomro, M.T. The efficacy of the Nafion® blended CTAB protected Au nanoparticles for the electrochemical detection of tramadol in wastewater: A parametric investigation. J. Environ. Chem. Eng., 2016, vol. 4, no. 4. pp. 3825-3834. doi: 10.1016/j.jece.2016.08.010.
Dehdashti A., Babaei A. Designing and characterization of a novel sensing platform based on Pt doped NiO/MWCNTs nanocomposite for enhanced electrochemical determination of epinephrine and tramadol simultaneously // J. Electroanal. Chem., 2020, vol. 862, article 113949. doi:10.1016/j.jelechem.2020.113949.
Sajjadi P., Beitollahi H., Garkani Nejad F. Facile Synthesis of Reduced Graphene Oxide/Mn3O4 Nanocomposite as a Platform for the Voltammetric Determination of Tramadol // ChemistrySelect, 2024, vol. 9, no. 30, article 202401186. doi: 10.1002/slct.202401186.
Ehirim T.J., Ozoemena O.C., Mwonga P.V., Haruna A.B., Mofokeng T.P., De Wael K., Ozoemena K.I. Onion-like Carbons Provide a Favorable Electrocatalytic Platform for the Sensitive Detection of Tramadol Drug // ACS Omega, 2022, vol. 7, no. 51, pp. 47892-47905. doi: 10.1021/acsomega.2c05722.
Burns D.T., Danzer K., Townshend A. Use of the terms “recovery” and “apparent recovery” in analytical procedures // Pure Appl. Chem., 2002, vol. 74, no. 11. pp. 2201-2205.
DOI: https://doi.org/10.15826/analitika.2025.29.3.001
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.