Carbon paste electrodes in electroanalytical chemistry

An overview is given dealing with the applications of carbon paste electrodes in equilibrium potentiometry as well as in electrochemical stripping analysis using both voltammetric and potentiometric modes. Various modifications of carbon pastes and carbon paste-based biosensors are also mentioned. The main emphasis in this article is directed at summarizing recent results of the authors’ research group during the past few years

Screen-Printed Carbon Electrodes Modified by Rhodium Dioxide and Glucose Dehydrogenase

The described glucose biosensor is based on a screen-printed carbon electrode (SPCE) modified by rhodium dioxide, which functions as a mediator. The electrode is further modified by the enzyme glucose dehydrogenase, which is immobilized on the electrode's surface through electropolymerization with m-phenylenediamine. The enzyme biosensor was optimized and tested in model glucose samples. The biosensor showed a linear range of 500–5000 mg L−1 of glucose with a detection limit of 210 mg L−1 (established as 3σ) and response time of 39 s. When compared with similar glucose biosensors based on glucose oxidase, the main advantage is that neither ascorbic and uric acids nor paracetamol interfere measurements with this biosensor at selected potentials

Voltammetric determination of cholecalciferol at glassy carbon electrode performed in water ethanol mixture

To confirm or disprove previous hypotheses, cyclic voltammetry of 0.5 mM cholecalciferol (vitamin D3) at glassy carbon electrode (GCE) and platinum disk electrode (PtE) in pure acetonitrile and water‑ethanol mixture at 50 mV·s‑1 has been used to investigate the oxidation mechanism. The oxidation occurs in two one-electrone steps. According to calculation of the highest electron density in cholecalciferol molecule which is evidently delocalized over carbon atoms of the three conjugated double bonds (C19, C10, C5-C8) points to part of the molecule involved in oxidation processes. An oxidation peak (at +0.925 V vs. Ag/AgCl) was used to develop direct voltammetric method based on differential pulse voltammetry for the vitamin D3 determination at GCE performed in 40% ethanol containing 0.1 M LiClO4. Under optimization of analytical procedure, it was found that a composition of the supporting electrolyte used significantly affects a current response of oxidation peak obtained. Satisfactory sensitivity was achieved in the 1:1 water‑ethanol mixture containing 0.05 M lithium perchlorate as as supporting electrolyte. The linear range for vitamin D3 determination was2.4 × 10-6 - 3.5 × 10-4 M with the detection limit of 8.0 × 10-7 M. This work demonstrates a fact that the GCE is suitable electroanalytical device for analysis of various food supplements and medicaments

Voltammetric Determination of the Herbicide Linuron Using a Tricresyl Phosphate-Based Carbon Paste Electrode

This paper summarises the results of voltammetric studies on the herbicide 3-(3,4-dichlorophenyl)-1-methoxy-1-methylurea (Linuron), using a carbon paste electrode containing tricresyl phosphate (TCP-CPE) as liquid binder. The principal experimental conditions, such as the pH effect, investigated in Britton-Robinson buffer solutions (pH 2.0–7.0), the peak characteristics for the analyte of interest, or instrumental parameters for the differential pulse voltammetric mode were optimized for the method. As found out, the best electroanalytical performance of the TCP-CPE was achieved at pH 2.0, whereby the oxidation peak of Linuron appeared at ca. +1.3 V vs. SCE. The analytical procedure developed offers good linearity in the concentration range of 1.25–44.20 μg mL−1 (1.77 × 10−4–5.05 × 10−6 mol L−1), showing—for the first time—the applicability of the TCP-CPE for anodic oxidations in direct voltammetry (without accumulation). The method was then verified by determining Linuron in a spiked river water sample and a commercial formulation and the results obtained agreed well with those obtained by the reference HPLC/UV determination

Charakterizace extrakce α-tokoferolu do vybraného pastového pojiva

An extraction of α-tocopherol from different water-ethanolic mixtures into a commonly used paste binder was studied by ultraviolet spectrometry and anodic square wave voltammetry. It has been observed that distribution of the α-tocopherol between two immiscible phases is controlled by equilibrium constant that is significantly affected by the amount of organic solvent present in the aqueous phase. Moreover, it is evident that extraction of some biologically active compounds into the carbon paste could be used as the accumulation step within the extractive stripping voltammetric procedure to improve the sensitivity of their appropriate electroanalytical determination.Extrakce α-tokoferolu z různých vodně-etanolických směsí do běžně používaného pastového pojiva byla studována ultrafialovou spektrometrií a anodickou square wave voltametrií. Ze obdržených výsledků bylo zjištěno, že distribuce α-tokoferolu mezi dvě nemísitelné fáze je řízena rovnovážnou konstantou, která je významně ovlivněna množstvím přítomného organického rozpouštědla ve vodné fázi. Kromě toho je zřejmé, že extrakce některých biologicky aktivních sloučenin do uhlíkové pasty může být použita jako akumulační krok ve stripping voltametrii, a tak významně zvýšit citlivost příslušného elektroanalytického stanovení

Elektrochemické studium faktorů ovlivňující opakovatelnost extrakce kapsaicinu do uhlíkových past

According to the results obtained, it was observed that extraction reproducibility of lipophilic analytes into carbon pastes usually depends on many factors which reflect the homogeneous distribution of carbon particles in corresponding paste, shape and size of present carbon particles, height of the paste column in an electrode holder and presence of solid contaminants or air bubbles on electrode surface. The effect of all the factors mentioned on the reproducibility of capsaicin extraction was studied by square wave voltammetry. It can be concluded that an extraction of electroactive lipophilic compounds can provide satisfactory reproducibility, thus allowing development of electrochemical methods based on similar kind of accumulation.Na základě získaných výsledků bylo zjištěno, že reprodukovatelnost extrakce lipofilních analytů do uhlíkové pasty je obvykle ovlivněna mnoha faktory, které odrážejí homogenní distribuci uhlíkových částic v příslušné pastě, pak tvarem a velikostí přítomných uhlíkových částic, výškou sloupce pasty v elektrodovém držáku, přítomností pevných cizorodých částic nebo vzduchových bublin na povrchu elektrody. Vliv výše zmíněných faktorů na reprodukovatelnost extrakce kapsaicinu byl studován pomocí square wave voltametrie. Závěrem lze konstatovat, že extrakce elektroaktivních lipofilních sloučenin může být dostatečně reprodukovatelná, tudíž umožňující vývoj elektrochemických metod založených na podobném principu akumulace

Tyrozinázové elektrochemické biosenzory moniturující lékařsky významné látky

Nowadays in biosensing, development of analytical techniques is focused on improvement for monitoring biologically active species in living organisms, especially in real-time analysis. This article provides an overview of applications of electrochemical tyrosinase biosensors in the analysis of medicinally significant substances, also known as biomarkers. At the beginning, special attention is paid to characterisation of the tyrosinase enzyme, explanation of reaction mechanisms of tyrosinase with various types of electrochemical transducers and techniques needed for stable immobilization of this biocatalyst on the transducer surface used. In this case, amperometric transducers represent the most frequently used type of electrochemical sensing because they usually provide sensitive current response to the presence of analyte in the sample. Many scientific works suggest that these very selective bioanalytical devices could find application in the clinical diagnosis of various serious diseases because they represent the effective analytical tools for diagnosis of neurodegenerative disorders, detection of microbial pathogens responsible for foodborne illness and diagnosis of cytopathology, especially melanoma cancer. Additionally, various kinds of electrochemical tyrosinase biosensors are presented which were developed to determine the catalytic activity of other enzymes significant for human metabolism, medicaments and their metabolic products, several hormones, amino acids and proteins. Despite all of their advantages, it is necessary to state that tyrosinase biosensors are still not used in the routine laboratory practice due to their relatively short service life which is not longer than one month unfortunately. Never-ending development of catalytic polymers imitating the tyrosinase active site could be one of ways to solve this serious drawback.V současné době je vývoj biosenzorů zaměřen na zlepšení sledování biologicky aktivních látek v živých organismech, zejména v analýzách v reálném čase. Tento článek poskytuje přehled o aplikacích elektrochemických tyrosinázových biosenzorů v analýze klinicky významných látek, také známých jako biomarkery. Ze začátku je zvláští pozornost věnována charakterizaci enzymu tyrosinázy, vysvětlení reakčních mechanismů tyrosinázy s různými typy elektrochemických snímačů a technikám potřebných pro stabilní zakotvení tohoto biokatalyzátoru na povrch použitého snímače. V tomto případě představují amperometrická zařízení nejčastěji používaný typ elektrochemického snímání, protože obvykle poskytují citlivou proudovou odezvu na přítomnost analytu ve vzorku. Mnoho vědeckých prací naznačuje, že tato velmi selektivní bioanalytická zařízení mohou nalézt uplatnění v klinické diagnostice různých závažných onemocnění, protože představují efektivní analytické nástroje pro diagnostiku neurodegenerativních poruch, detekci mikrobiálních patogenů odpovědných za choroby přenášené potravinami a diagnostiku cytopathologie, zejména rakoviny melanomu. Navíc jsou zde prezentovány různé druhy elektrochemických tyrosinázových biosenzorů, které byly vyvinuty pro stanovení katalytické aktivity dalších enzymů významných pro lidský metabolismus, léků a jejich metabolických produktů, několika hormonů, aminokyselin a bílkovin. Navzdory všem jejich výhodám je třeba uvést, že tyrosinázové biosenzory se stále ještě nepoužívají v běžné laboratorní praxi kvůli jejich poměrně krátké životnosti, která bohužel není delší než jeden měsíc. Nekončící vývoj katalytických polymerů napodobujících tyrosinázové aktivní místo může být jedním ze způsobů, jak tuto vážnou nevýhodu řešit

Stanovení stopového množství bismutu s využitím anodické rozpouštěcí voltametrie na uhlíkové pastové elektrodě s antimonovým filmem

A new procedure was elaborated to determine trace bismuth(III) using an anodic stripping square-wave voltammetry at the antimony film carbon paste electrode (SbF-CPE). The method is realized in highly acidic medium of hydrochloric acid in which antimony peak is negligible, and apparently catalyzed by presence of cadmium(II), thus allowing the determination at ppb levels. Calibration dependence was linear up to 110 ppb Bi with a detection limit (3 sigma) of 1.55 ppb. Applicability of the method was tested on the real sample of river water.Byl vypracován nový postup stanovení stopových množství bismutu(III) s využitím anodické rozpouštěcí voltametrie čtvercových vln na uhlíkové pastové elektrodě s antimonovým filmem (SbF-CPE). Měří se v silně kyselém prostředí kyseliny chlorovodíkové, v níž je rozpouštěcí pík antimonu sotva patrný, a využívá se zdánlivý katalytický efekt způsobený přítomností kadmia(II),l což dovoluje stanovení na úrovních jednotek ppb. Kalibrační závislost byla lineární až ke 100 ppb Bi s detekčním limitem (3) 1,55 ppb. Aplikovatelnost metody byla testována na reálném vzorku říční vod

Výběr vhodného polymerního materiálu pro laboratorní přípravu uhlíkovývh inkoustů

The aim of this work was to find out which of the selected polymeric materials has optimal properties and can be considered the most suitable for the preparation of carbon inks, from which the printed carbon electrodes can be prepared. The theoretic part describes in details the main components of carbon inks and their laboratory preparation. There are shown also information about screen-printed carbon electrodes, respectively their laboratory preparation and applications in electrochemical analyses. Unlike this, the experimental part was focused on description of laboratory preparation and testing of screen-printed carbon electrodes differing in their composition. Ohmic resistance, electrochemical properties, and mechanical stability in organic solvents were tested. Results obtained herein were compared with the properties characterized chosen conventional electrode.Cílem této práce bylo zjistit, který z vybraných polymerních materiálů vykazuje optimální vlastnosti a lze jej považovat za nejvhodnější k přípravě uhlíkových inkoustů, z nichž lze následně připravit tištěné uhlíkové elektrody. V teoretické části jsou detailně popsány hlavní komponenty uhlíkového inkoustu a s tím spojená jeho laboratorní příprava. Nedílnou součástí jsou informace týkající se tištěných uhlíkových elektrod, respektive seznámení s laboratorní přípravou, komerčními elektrodami a aplikací v elektrochemických analýzách. Experimentální část se věnuje popisu přípravy a následnému testování elektrod lišících se svým složením. Obdržené ohmické odpory, mechanické a elektrochemické vlastnosti a mechanická stabilita elektrod v organických rozpouštědlech jsou konfrontovány s komerční tištěnou elektrodou