フルオラス相イオン選択的 pH 電極。生理的pH範囲での測定のための電極本体とイオノフォアの最適化

Fluorous-Phase Ion-Selective pH Electrodes: Electrode Body and Ionophore Optimization for Measurements in the Physiological pH Range.

• Xin V Chen
• Maral P S Mousavi
• Philippe Bühlmann

抄録

フルオラス膜は、その低極性と偏光性のため、疎水性と脂溶性の両方を持ち、非常に高いイオン選択性を示す。ここでは、生理的に適切なpH値を中心とした広い検出範囲を持つ新しいフルオラス膜イオン選択性電極(ISE)について報告する。フッ素親水性のトリス[パーフルオロ(オクチル)ブチル]アミン(N[(CH)R])を合成し、新たに設計し直した電極体を用いて新しいHイオンフォアとして試験を行った。1 M KCl 環境下では、これらのフルオラス相 ISE は pH 2.2 から 11.2 までの範囲で検出範囲を示し、これはイオノフォアベースの H イオノフォアとしてはこれまでに報告された中で最も広い検出範囲の 1 つです。K、Na、Ca などの一般的な干渉イオンに対して高い選択性を示しました (選択性係数: log = - 11.6; log = - 12.4; log < - 10.2)。電子吸引性の強いパーフルオロオクチル基からアミノ基を分離する-(CH)-スペーサーを持つN[(CH)R]イオノフォアの使用は、塩基性の低いトリス[パーフルオロ(オクチル)プロピル]アミンイオノフォアと比較して、電位差選択性を向上させた。また、N[(CH)R]を使用することで、低pHでのイオン障害(ドンナン障害)がトリス[パーフルオロ(オクチル)ペンチル]アミンの方が、パーフルオロオクチル基からアミノ中心をより効果的に遮蔽する-(CH)-スペーサーの長いトリス[パーフルオロ(オクチル)プロピル]アミンよりも起こりにくくなった。さらに、従来の可塑化PVC相pHISEとフルオラス相pHISEの両方を10%血清に5日間曝露した。その結果、PVC相のイオン選択性は低下したが、フルオラス相のイオン選択性は低下しなかった。

Because of their low polarity and polarizability, fluorous sensing membranes are both hydrophobic and lipophobic and exhibit very high ion selectivities. Here, we report on a new fluorous-membrane ion-selective electrode (ISE) with a wide sensing range centered around physiologically relevant pH values. The fluorophilic tris[perfluoro(octyl)butyl]amine (N[(CH)R]) was synthesized and tested as a new H ionophore using a redesigned electrode body that provides excellent mechanical sealing and much improved measurement reliability. In a challenging 1 M KCl background, these fluorous-phase ISEs exhibit a sensing range from pH 2.2 to 11.2, which is one of the widest working ranges reported to date for ionophore-based H ISEs. High selectivities against common interfering ions such as K, Na, and Ca were determined (selectivity coefficients: log = - 11.6; log = - 12.4; log < - 10.2). The use of the N[(CH)R] ionophore with its -(CH)- spacers separating the amino group from the strongly electron-withdrawing perfluorooctyl groups improved the potentiometric selectivity as compared to the less basic tris[perfluoro(octyl)propyl]amine ionophore. The use of N[(CH)R] also made the ISE less prone to counter anion failure (i.e., Donnan failure) at low pH than the use of tris[perfluoro(octyl)pentyl]amine with its longer -(CH)- spacers, which more effectively shield the amino center from the perfluorooctyl groups. In addition, we exposed both conventional plasticized PVC-phase pH ISEs and fluorous-phase pH ISEs to 10% serum for 5 days. Results show that the PVC-phase ISEs lost selectivity while their fluorous-phase counterparts did not.

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