Electrochemical Dopamine Determination by Cu(II), Ni(II), Co(II) and Fe(II) Metallophthalocyaninetetrasulfonate Modified Pencil Graphite Electrodes

Year 2019, Volume: 19 Issue: 2, 291 - 300, 17.09.2019

Levent Özcan

Abstract

In this study,
pencil graphite electrode (PGE) surface was modified by Cu(II), Ni(II), Co(II)
and Fe(II) metallophthalocyaninetetrasulfonates for determination of dopamine. Cyclic
voltammetric oxidation current values were determined by using the modified
electrodes in the Britton-Robinson buffer solution (BRT) containing 0.50 mM
dopamine at the pH range of 2.0 and 9.0. The highest current value was obtained
with Cu(II) phthalocyaninetetrasulfonate modified PGE (PGE/CuFSTS) in BRT at pH
2.0. The oxidation peak current value of PGE/CuFSTS is 30% higher than that of
unmodified one (PGE). In addition, at very low dopamine concentrations, high
peak current improvement was observed. For instance, the oxidation peak current
increase obtained by using differential pulse voltammetry (DPV) is 7 fold
higher than that of PGE in the BRT (pH 2.0) containing 10 µM dopamine. The
effect of adsorption time on the performance of PGE/CuFSTS electrodes was also
investigated and the optimum adsorption time was found as 5 minutes. The
electrochemical characterization of the electrodes obtained for the 5 minutes
of adsorption time (KUE/CuFSTS-5min) showed that the current was diffusion
controlled. Analytical parameters of the PGE/CuFSTS-5min electrode were
investigated by using DPV. DPV measurements showed that the curve for dopamine
determinations are linear in the range of 4.0-250 µM. The detection limit for
dopamine is 1.3 µM (1.3 x 10^-6 M). The reproducibility of the modified
electrodes is 4.25% (RSD). The obtained results show that the developed
modified electrode has a high potential to use for dopamine detection.

Keywords

Dopamine Determination, Electrochemical Sensor, Metallophtalocyanine Tetrasulfonates, Pencil Graphite Electrode

Cu(II), Ni(II), Co(II) ve Fe(II) Metaloftalosiyanintetrasülfonat Modifiye Kalem Ucu Elektrotlar ile Elektrokimyasal Dopamin Tayini

Abstract

Bu çalışmada dopamin
tayinlerinde kullanılmak amacıyla kalem ucu elektrot (KUE) yüzeyi Cu(II),
Ni(II), Co(II) ve Fe(II) metaloftalosiyanintetrasülfonat bileşikleri ile
modifiye edilmiştir. Modifiye elektrotlar kullanılarak 0,50 mM dopamin içeren
Britton-Robinson tamponunda (BRT) pH değeri 2,0 ile 9,0 arasında dönüşümlü
voltametrik olarak yükseltgenme akım değerleri belirlenmiştir. En yüksek akım
değerine Cu(II) ftalosiyanintetrasülfonat ile modifiye edilmiş KUE ile
(KUE/CuFSTS) BRT içinde pH 2,0’de ulaşılmıştır. KUE ile kıyaslandığında
KUE/CuFSTS ile elde edilen pik akımı % 30 daha fazladır. Ayrıca oldukça düşük dopamin
derişimleri için pik akımında çok daha yüksek iyileşme tespit edilmiştir. Örneğin
10 µM’lık dopamin içeren BRT içinde (pH 2,0) KUE’ye kıyasla diferansiyel puls
voltametrisi (DPV) ile elde edilen yükseltgenme pik akımındaki artış 7 kattır.
KUE/CuFSTS elektrotlarının performansına adsorpsiyon süresinin etkisi de incelenmiş
ve en uygun adsorpsiyon süresinin 5 dakika olduğu bulunmuştur. 5 dakikalık
adsorpsiyon süresiyle elde edilen elektrotların (KUE/CuFSTS-5dk)
elektrokimyasal karakterizasyonu akımın difüzyon kontrollü olduğunu
göstermiştir. KUE/CuFSTS-5dk elektroduna ait analitik parametreler DPV
kullanılarak çalışılmıştır. DPV ölçümleri dopamin tayini için belirlenen
eğrinin 4,0-250 µM derişimleri aralığında doğrusal olduğunu göstermiştir. Dopamin
için tayin sınırı 1,3 µM (1,3 x 10^-6 M) olarak bulunmuştur. Modifiye
elektrotların yeniden üretilebilirliğinin bağıl standart sapması % 4,25’dir. Elde
edilen sonuçlar geliştirilen modifiye elektrodun dopamin tayinlerinde kullanılabilme
potansiyelinin yüksek olduğunu göstermektedir. 

Keywords

Dopamin tayinin, Elektrokimyasal sensör, Metaloftalosiyanin tetrasülfonatlar, Kalem ucu elektrot

References

• Barrera, C., Zhukov, I., Villagra, E., Bedioui, F., Páez, M.A., Costamagna, J. ve Zagal, J.H., 2006. Trends in reactivity of unsubstituted and substituted cobalt-phthalocyanines for the electrocatalysis of glucose oxidation. Journal of Electroanalytical Chemistry, 589, 212-218.
• David, I.G., Popa, D.-E. and Buleandra, M., 2017. Pencil graphite electrodes: A versatile tool in electroanalysis, dergi ismi Volume 2017, Article ID 1905968.
• Demuru, S. Nela, L., Marchack, N., Holmes, S.J., Farmer, D.B., Tulevski, G.S., Lin, Q., and Deligianni, H., 2018. Scalable nanostructured carbon electrode arrays for enhanced dopamine detection, ACS Sensors, 3, 799-805.
• Geraldo, D. A., Togo, C. A., Limson, J. ve Nyokong, T., 2008. Electrooxidation of hydrazine catalyzed by noncovalently functionalized single-walled carbon nanotubes with CoPc. Electrochimica Acta, 53, 8051-8057.
• Goux, A., Bedioui, F., Robbiola, L., Pontie, M., 2003. Nickel Tetraaminophthalocyanine Based Films for the Electrocatalytic Activation of Dopamine. Electroanalysis, 15, 969-974.
• Kumara Swamy, B. E., Venton, B. J, 2007. Carbon nanotube-modified microelectrodes for simultaneous detection of dopamine and serotoninin vivo, Analyst, 132, 876-884.
• Obirai, J., Bedioui, F., Nyokong T., 2005. Electro-oxidation of phenol and its derivatives on poly-Ni(OH)TPhPyPc modified vitreous carbon electrodes, Journal of Electroanalytical Chemistry, 576, 323-332.
• Özcan, L., Altuntaş, M., Büyüksağiş,A., Türk H. Yurdakal, S., Electrochemical Determination of bisfenol A with pencil graphite electrodes modified with Co(II), Ni(II), Cu(II) and Fe(II) phthalocyaninetetrasulfonates. Analytical Sciences, 3, 881-886.
• Pillay, J., Ozoemena, K.I., 2007. Electrochemical properties of surface-confined films of single-walled carbon nanotubes functionalised with cobalt(II)tetra-aminophthalocyanine: Electrocatalysis of sulfhydryl degradation products of V-type nerve agents. Electrochimica Acta, 52, 3630-3640.
• Tapsoba, I., Bourhis, S., Feng, T., Pontie, M., 2009. Sensitive and selective electrochemical analysis of methyl-parathion (MPT) and 4-Nitrophenol (PNP) by a new type p-NiTSPc/p-PPD coated carbon fiber microelectrode (CFME). Electroanalysis, 21, 1167-1176.
• Xue, C., Han, Q., Wang, Y., Wu, J., Wen, T., Wang, R., Hong, J., Zhou, X., Jiang, H., 2013. Amperometric detection of dopamine in human serumby electrochemical sensor based on gold nanoparticles doped molecularly imprinted polymers. Biosensors and Bioelectronics, 49, 199-203.
• Weber, J.H. ve Busch, D.H., 1965. Complexes derived from strong field ligands. XX. The effect of extraplanar ligands on the properties of transition metal 4,4',4",4'"-tetrasulfophthalocyanines. Inorganic Chemistry, 4, 472-475.
• Yılmaz, S., 2012. Uygulama Örnekleriyle Elektro Analitik Kimya, Kriter Yayınları, 2. Baskı, İstanbul.
• Yu, D., Zeng, Y., Qi, Y., Zhou, T., Shi, G., 2012. A novel electrochemical sensor for determination of dopamine based on AuNPs@SiO2 core-shell imprinted composite. Biosensors and Bioelectronics, 38, 270-277.
• Zhang, D., Wu, L., Chow, D. S.-L., Tam, V. H., Rios, D. R., 2016. Quantitative determination of dopamine in human plasma by a highly sensitive LC–MS/MS assay: Application in preterm neonates, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 117, 227–231.