Определение кофеина в напитках методом вольтамперометрии на углеродсодержащих электродах, модифицированных арилдиазониевыми солями

Abstract

Предложен способ модификации углеродсодержащих электродов (УСЭ) тозилатными солями арендиазония (АДТ) с нитро- и карбоксизаместителями для вольтамперометрического (ВА) определения кофеина в напитках. Впервые проведено сравнение спонтанного химического и электрохимического способов модификации УСЭ АДТ для ВА определения кофеина. Новый класс АДТ обладает хорошей растворимостью, стабильностью в течение одного месяца, что играет немаловажную роль в процессе модификации поверхностей электродов. Подобраны оптимальные условия спонтанной химической модификации УСЭ: модификатор АДТ с NO2-заместителем, время погружения электрода в раствор модификатора − 10 с, концентрация модификатора − 5 мг/дм3. Методами инфракрасной спектроскопии (ИК-спектроскопии) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) подтверждено закрепление АДТ на поверхности УСЭ с образованием ковалентных связей между атомами углерода электродной поверхности и бензольными кольцами модификатора. Показано, что после модификации площадь электроактивной поверхности увеличивается в два раза. В результате этого наблюдается возрастание чувствительности определения кофеина с пределом обнаружения 51 мг/дм3 и расширение диапазона определяемых концентраций: 154-500 мг/дм3. При использовании модифицированного электрода время анализа сократилось до 15 минут. Кроме этого, наблюдалась стабильность поверхности электрода без обновления в течение недели. При апробации пригодности для аналитических целей УСЭ, модифицированного АДТ с NO2-заместителем, проведено определение кофеина в некоторых тонизирующих и газированных напитках. Полученные значения содержания кофеина в напитках разработанным методом с использованием УСЭ, модифицированного спонтанным химическим способом АДТ с NO2-заместителем, наглядно демонстрируют соответствие значениям, заявленным производителем, а также согласуются с результатами независимого спектрофотометрического метода.

The method of carbon containing electrode (CCE) modification with tosylated arendiazonium salts (ADT) was proposed for the voltammetric (VA) determination of caffeine in beverages. The comparison of chemical spontaneous and electrochemical modification approaches was carried out for ADT modified CCE for VA caffeine determination for the first time. A new class of ADT is characterized by high solubility and stability for one month that plays significant role in the process of electrode surface modification. Salts with nitro and carboxy substituents were tested. The optimal conditions for the spontaneous chemical modification of the CCE were selected: ADT modifier with NO2 substituent, electrode immersion time in the modifier solution for 10 seconds, modifier concentration of 5 mg / dm3. ADT deposition on the electrode surface was confirmed by the IR spectroscopy and scanning electron microscopy with the formation of covalent bonds between the carbon atoms of electrode surface and the benzene rings of the modifier. It was shown that the electroactive surface area increases by two times after the modification. Consequently, the technique sensitivity increasing the detection limit of 51 mg / dm3 and linear range extension from 154 up to 500 mg / dm3 was observed. While applying the modified electrode, the analysis time was reduced to 15 minutes. Furthermore, the suitability of CCE modified with NO2 substituent was tested for the analytical purposes. As a result, the caffeine was determined in some tonic and carbonated drinks. The comparison of the results obtained by the proposed method with ADT modified CCE and the level declared by the manufacturer was carried out. The high compliance was established. In addition, the obtained data was consistent with the results by the independent spectrophotometric method.