Niedrogie, szybko działające jonoselektywne elektrody strzykawkowe do ilościowego oznaczania poziomu potasu w produktach spożywczych i suplementach diety opracowali naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk pod kierownictwem prof. Emilii Witkowskiej Nery.

Potas jest jednym z najważniejszych dla ludzkiego organizmu pierwiastków – zaraz po węglu, tlenie, azocie i siarce. Odpowiada m.in. za regulację pH w komórkach, reaktywność mięśni, w tym mięśnia sercowego, regulację ciśnienia krwi oraz przekazywanie impulsów elektrycznych w nerwach.

Prawidłowy poziom potasu konieczny jest także dla zapewnienie właściwej równowagi elektrolitowej i wydajnej pracy nerek. Zaburzenia poziomu potasu w organizmie mogą prowadzić na przykład do spowolnienia rytmu serca (bradykardii,) a nawet nieodwracalnego uszkodzenia nerwów. Szybkie i proste oznaczanie poziomu potasu w próbkach jest bardzo istotne – zarówno w płynach biologicznych, jak i w produktach spożywczych czy suplementach diety.

Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) prowadzący badania pod kierownictwem dr Emilii Witkowskiej Nery zaprezentowali właśnie nową, tanią i czułą elektrodę do oznaczania poziomu potasu w płynnych próbkach żywności, w tym sokach i suplementach mineralnych. Jest to krok naprzód w precyzyjnym, szybkim i dokładnym oznaczaniu poziomu potasu w płynach biologicznych – poinformował IChF PAN w komunikacie.

Jak wyjaśniono, nowy sensor wykorzystuje szybką i prostą technikę, która wykazuje o wiele większą skuteczność w porównaniu do innych urządzeń dostępnych obecnie na rynku, gdyż nie wymaga rekalibracji dla różnych typów próbek.

Aby zwiększyć możliwości pomiarowe, naukowcy użyli powszechnie znanych i szeroko stosowanych od lat elektrod jonoselektywnych opartych na walinomycynie. Walinomycyna jest cząsteczką rozpoznawczą stosowaną w czujnikach, która oferuje wysoką selektywność wiązania potasu. Do stworzenia czujników wykorzystano jednorazowe strzykawki, stosowane jako alternatywa dla klasycznych, drogich korpusów czujników, zapewniające nie tylko wysoką wydajność i precyzję dzięki, ale także obniżenie kosztów analizy poziomu potasu.

– Elektrody te mogą być wykonane z łatwo dostępnych materiałów, takich jak jednorazowe strzykawki. Porównanie głównych parametrów analitycznych ze standardowymi elektrodami wykazało funkcjonalność czujników strzykawkowych – zaznaczyła prof. Witkowska Nery.

Jednak dokładność testu była poniżej akceptowalnego limitu dla próbek o bardziej złożonym składzie – takich jak barszcz, suszone owoce czy przetwory pomidorowe.

W celu poprawy dokładności prowadzonego pomiaru bez konieczności dodatkowej kalibracji dla każdego nowego typu próbki przygotowano zestaw czujników. Testy zostały przeprowadzone z użyciem próbek takich jak woda mineralna, sok pomidorowy, sok bananowy, suszone daktyle, sos pomidorowy, koncentrat barszczu i farmaceutyczne suplementy potasu. System oparty na strzykawkach wykazał niezwykle wysoką skuteczność w oznaczaniu zawartości potasu w wielu złożonych próbkach zawierających inne jony i substancje organiczne, które mogą wpływać na pomiar.

Proponowana metodologia może być również stosowana w diagnostyce biomedycznej w celu zwiększenia dokładności pomiaru przy użyciu komercyjnych czujników. Można by przeprowadzać pomiary w sposób prostszy i tańszy.

– W porównaniu z określaniem potasu przy użyciu standardowej krzywej kalibracyjnej, średni błąd kwadratowy przewidywania z proponowanym przez nas czujnikiem był prawie sześciokrotnie niższy. Pokazaliśmy również, jak można zaprojektować matrycę, aby osiągnąć porównywalną wydajność analityczną przy użyciu mniej selektywnych jonoforów, takich jak dibenzo-18-korona-6 zamiast walinomycyny – powiedziała główna badaczka w projekcie Elżbieta Jarosińska.

Badania opublikowane w czasopiśmie Electrochimica Acta zostały dofinansowane w przez Narodowe Centrum Nauki Centrum Nauki w ramach grantu Sonata.

Paweł Wernicki (PAP)

pmw/ agt/