Определение в воде пероксидного анион-радикала хемилюминесцентным методом

Введение. Обоснована необходимость анализа пероксидного анион-радикала в водной среде как основного элемента, выполняющего особую роль в управлении внутренними процессами в организме.

Цели и задачи исследования. Разработка методики определения пероксидного анион-радикала, обеспечивающей метрологические характеристики параметризации его системного гомеостатического действия в биологически значимом диапазоне концентраций в питьевых водах. Задача исследования — изыскание способа и оптимальных условий определения концентрации пероксидного анион-радикала в питьевых водах, отличающихся по своим электрохимическим показателям.

Материалы и методы. Для измерения сверхнизких концентраций перекиси водорода в воде (более 0,1 μг/дм³) использовали кинетический хемилюминесцентный анализатор (анализатор жидкостей хемилюминесцентный «ЛИК Универсал»). Параметризация соотношения анион-радикальных и свободномолекулярных форм перекиси водорода в указанном диапазоне её концентраций в воде проводилась методом ВЭЖХ. Для оценки размерных параметров ассоциатов пероксидных анион-радикалов использовался капиллярный криофизический метод, основанный на селекции цепочек самоподобных водных ассоциатов.

Результаты. Установлено, что зависимость интегральной интенсивности хемилюминесценции от концентрации в воде пероксидных анион-радикалов имеет линейный характер только в диапазоне концентрации пероксидов 0–40 μг/дм³. При этом время достижения максимальной интенсивности свечения зависит от концентрации пероксидного анион-радикала в воде. Исследованием размерных параметров ассоциатов пероксидных анион-радикалов от содержания перекиси водорода в воде установлено, что в диапазоне сверхнизких концентраций они практически не изменяются в течение достаточно длительного времени, что связано со стабильностью изомерии молекул воды в данном концентрационном диапазоне.

Ограничения исследования. Объекты, состав, количественные пределы и условия измерения пероксидного анион-радикала с использованием настоящей методики распространяются на питьевые воды, качество и методы контроля которых регламентируются нормативными документами международного сообщества.

Заключение. Разработан способ оценки содержания пероксидного анион-радикала в воде на основе использования кинетического метода хемилюминесценции с чувствительностью порядка 10–1 μг/дм³ в малых объёмах воды (50–200 мкл), обладающий достаточной точностью и воспроизводимостью для практических целей.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов:
Стехин А.А. — дизайн исследования, проверка критически важного содержания, написание текста, утверждение утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи;
Яковлева Г.В. — обработка данных, обзор данных литературы по теме статьи, научное редактирование. 

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 26.07.2022 / Принята к печати: 08.12.2022 / Опубликована: 25.03.2023

1. Фаращук Н.Ф., Рахманин Ю.А. Вода – структурная основа адаптации. М.; 2004.

2. Стехин А.А., Яковлева Г.В. Квантовое поведение воды: Свойства электронной подсистемы ассоциатов воды. Электронный дефицит как фактор риска здоровью. М.: Ленанд; 2019. Elektronnyy defitsit kak faktor riska zdorov’yu]. Moscow: Lenand; 2019. (in Russian)

3. Ko D., Park J., Zhang X. Collective synchronization of classical and quantum oscillators. EMS Surv. Math. Sci. 2016; 3(2): 209–67. https://doi.org/10.4171/EMSS/17

4. Зацепина О.В., Ингель Ф.И., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Влияние физически активированной воды на репликативную активность, апоптоз и повреждения клеток лимфоцитов крови человека in vitro. Жизнь без опасностей. Здоровье. Профилактика. Долголетие. 2013; 8(3): 44–55.

5. Verresen R., Moessner R., Pollmann F. Avoided quasiparticle decay from strong quantum interactions. Nat. Phys. 2019; 15(8): 750–3. https://doi.org/10.1038/s41567-019-0535-3

6. Sanders C.R. Membrane Protein Folding. In: Gordon Research Conference «The Emerging Frontier Spanning Cell Biology and Biophysics of Interfacial Biomolecular Assembly». Washington Street Easton, MA, US; 2019.

7. Benedetto A. Protein and hydration-water dynamics are decoupled: A new model connecting dynamics and biochemical function is required. J. Phys. Chem. Lett. 2017; 8: 4883. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b02273

8. Reva I.V., Yamamoto T., Gulkov A.N., Takafyji Y., Baldaev C.N., Indik M.V., et al. Biological and chemical effects by endo- and exogenous hydrogen peroxide in human body cells structures. Int. J. Appl. Fund. Res. 2017; 4: 361–7.

9. Adams L., Franco M.C., Estevez A.G. Reactive nitrogen species in cellular signaling. Exp. Biol. Med. (Maywood). 2015; 240(6): 711–7. https://doi.org/10.1177/1535370215581314

10. Стехин А.А., Яковлева Т.В., Марасанов А.В., Карасев А.К., Иксанова Т.И., Шовкопляс Ю.А. и др. Обменные электронные взаимодействия как основа биофизических регуляторных процессов. Медицина и высокие технологии. 2019; (1): 5–15.

11. Tatarinov V.V., Yakovleva G.V., Tatarinov V.V. Exchange electronic interactions as the main factor of maintaining the sustainability of organism homeostasis. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 864, No. 1, p. 012008). IOP Publishing; 2021. https://doi.org/10.1088/1755-1315/864/1/012008

12. Рахманин Ю.А., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Биофизика воды: Квантовая нелокальность в технологиях водоподготовки; регуляторная роль ассоциированной воды в клеточном метаболизме; нормирование биоэнергетической активности питьевой воды. М.: Ленанд; 2016.

13. Кулагин М.В., Яковлева Г.В., Стехин А.А., Гукасов В.М., Шовкопляс Ю.А. Параметризация фазы ассоциированной воды с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии. Медицина и высокие технологии. 2018; (4): 33–43.

14. Гиберт К.К., Стехин А.А., Яковлева Г.В., Сульина Ю.С. Сохранение электрондонорных свойств питьевой воды. Гигиена и санитария. 2015; 94(3): 97–100.

15. Sunil K., Narayana B. Spectrophotometric determination of hydrogen peroxide in water and cream samples. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2008; 81(4): 422–6. https://doi.org/10.1007/s00128-008-9477-7

16. Yamashiro N., Uchida S., Satoh Y., Morichima Y., Yokoyama H., Satoh T. Determination of hydrogen peroxide in water by chemiluminescence detection. J. Nucl. Sci. Technol. 2004; 41(9): 890–97. https://doi.org/10.1080/18811248.2004.9715561

17. Choleva T.G., Gatselou V.A., Tsogas G.Z., Giokas D.L. Intrinsic peroxidase-like activity of rhodium nanoparticles, and their application to the colorimetric determination of hydrogen peroxide and glucose. Microchim. Acta. 2018; 185(1): 22. https://doi.org/10.1007/s00604-017-2582-8

18. Teodoro K.B.R., Migliorini F.L., Christinelli W.A., Correa D.S. Detection of hydrogen peroxide (H2O2) using a colorimetric sensor based on cellulose nanowhiskers and silver nanoparticles. Carbohydr. Polym. 2019; 212: 235–41. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.02.053

19. Guan H., Zhang J., Liu Y., Zhao Y., Zhang B. Rapid quantitative determination of hydrogen peroxide using an electrochemical sensor based on PtNi alloy/CeO2 plates embedded in N-doped carbon nanofibers. Electrochimica Acta. 2019; 295: 997–1005. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.11.126

20. Guler M., Turkoglu V., Bulut A., Zahmakiran M. Electrochemical sensing of hydrogen peroxide using Pd@Ag bimetallic nanoparticles decorated functionalized reduced graphene oxide. Electrochimica Acta. 2018; 263: 118–26. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.01.048

21. Karimi A., Husain S.W., Hosseini M., Aberoomand Azar P., Ganjali M.R. Rapid and sensitive detection of hydrogen peroxide in milk by Enzyme-free electrochemiluminescence sensor based on a polypyrrole-cerium oxide nanocomposite. Sensors and Actuators B: Chemical. 2018; 271: 90–6. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.05.066

22. Stekhin A., Yakovleva G., Pronko K., Zemskov V. Regulatory function of macroscopic quantum states of electrons in cell metabolism. Clin. Practice. 2018; 15(3): 707–15. https://doi.org/10.4172/clinical-practice.1000399