LABOREXPO: Polarografie aneb Kam dospěl světový objev po 100 letech

Význam tématu

Polarografie jako elektrochemická metoda představuje již sto let trvající pilíř analytické chemie. Díky vysoké citlivosti a schopnosti pracovat s nízkými koncentracemi stopových prvků či organických sloučenin nachází uplatnění v průmyslu, environmentální analýze, farmakologii, klinické biochemii i zemědělství. Historický vývoj od kapající rtuti až po moderní mikroelektrody potvrzuje její kontinuitu a adaptabilitu na současné analytické požadavky.

Cíle a přehled studie

Cílem textu je shrnout stoleté milníky polarografie, představit hlavní typy polarografů a elektrody, inovace v oblasti elektroniky a spojení s dalšími technikami (chromatografie, hmotnostní spektrometrie). Přehled mapuje klíčové objevy od J. Heyrovského až po poslední generaci multikanálových systémů.

Použitá metodika a instrumentace

Hlavními technikami jsou:

• Kapající rtuťová elektroda (DME) a její varianty (MeSAE, tuhé amalgámové elektrody)
• Voltametrické módy: DPV, adsorpční voltametrie, eliminační voltametrie s lineárním scanem (EVLS)
• Mikroelektrody z bor-dopovaného diamantu (BDD) a pole mikroelektrod (MEA)
• Screen-printed uhlíkové elektrody (SPCE) pro klinické biomarkery (HVA, VMA, 5-HIAA)
• Systémy pro online spojení EC–ESI–MS a průtoková mikroextrakce s dutými vlákny (HF)
• Multikanálová zařízení s nezávislým řízením technik a regenerace elektrod

Hlavní výsledky a diskuse

Moderní elektrody umožňují speciační analýzu kovů (Cd2+, Pb2+, Cr3+/Cr6+), detekci DNA poškozené genotoxiny (2-nitrofluoren), stanovení pesticidů (metribuzin) i měření neurotransmiterů v biologických vzorcích. Pokroky v elektronice a matematickém zpracování signálu (EVLS) přinesly výrazné zvýšení citlivosti, selektivity a rychlosti vyšetření. Spojení s hmotnostní spektrometrií rozšířilo identifikaci komplexních aduktů kovů a organických ligandů.

Přínosy a praktické využití metody

Polarografické a voltametrické postupy nabízejí:

• Nízké investiční a provozní náklady oproti sofistikovaným spektrometrickým přístrojům
• Rychlou analýzu s přímým zdrojem signálu z molekuly analytu
• Široké uplatnění od průmyslové kontroly kvality až po klinickou diagnostiku
• Možnost miniaturizace a online monitoringu v reálném čase

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další miniaturizace a integrace do nositelných senzorů pro biomedicínu
• Rozvoj multi-analytických čipů kombinujících různé elektrody a metody
• Pokročilá data miningová a strojově učená analýza voltametrických křivek
• Nové modifikace povrchů elektrody pomocí nanomateriálů (grafen, kovové nanočástice)
• Plné automatizované platformy pro on-line environmentální a procesní kontrolu

Závěr

Polarografie po sto letech stále dokazuje svou relevanci díky flexibilitě, citlivosti a nízkým nákladům. Kombinace tradičních elektrochemických principů s moderními materiály, elektronikou a výpočetními metodami otevírá nové aplikační oblasti a udržuje polarografii mezi klíčovými technikami analytické chemie.

Reference

• Heyrovský J.: Chemické listy 16 (1922) 256–264
• Barek J., Fischer J., Navrátil T., Pecková K., Yosypchuk B., Zima J.: Nontraditional Electrode Materials in Environmental Analysis of Biologically Active Organic Compounds. Electroanalysis 19 (2007) 2003–2014
• Navratil T.: Composite Solid Electrodes – Tool for Organic Electrochemistry. Current Organic Chemistry 15(17) (2011) 2996–3013
• Skalová Š., Stávková K., Hájková A. et al.: Působení genotoxického 2-nitrofluorenu na DNA in vivo a sledování pomocí elektrochemických biosenzorů. Chem. Listy 111 (2017) 178–185
• Skopalová J., Navrátil T.: Application of Elimination Voltammetry to the Study of Electrochemical Reduction and Determination of the Herbicide Metribuzin. Chem. Anal. (Warsaw) 52(6) (2007) 961–977