LABOREXPO: Polarografie aneb Kam dospěl světový objev po 100 letech

Význam tématu

Polarografie představuje zásadní elektrochemickou metodu pro kvantitativní a kvalitativní analýzu široké škály organických i anorganických sloučenin. Od svého objevu Jaroslavem Heyrovským před sto lety se vyvinula do platformy využívané v environmentální analýze, klinické chemii, potravinářství či farmacii. Metoda umožňuje nelineární voltametrické techniky s vysokou citlivostí, nízkou mezí detekce a dobrou automatizovatelností.

Cíle a přehled článku

Článek sumarizuje sto let vývoje polarografie a voltametrie s důrazem na:

• historický kontext a Nobelovu cenu Jaroslava Heyrovského,
• rozšíření elektrochemických technik a jejich moderní modifikace,
• nové materiály elektrod a instrumentální inovace,
• vybrané aplikace v různých oblastech analýzy.

Použitá metodika a instrumentace

Uplatněné techniky zahrnují kapající, tryskavé a visící rtuťové elektrody, pevné a amalgámové elektrody, kompozitní materiály a diamantem dopované uhlíkové povrchy. Klíčové prvky instrumentace:

• multikanálové přístroje pro paralelní voltametrické měření,
• integrované senzory založené na nanostrukturách a tenkých filmech,
• mikroextrakční moduly (dutá vlákna) v kombinaci s voltametrií,
• průtokové elektrochemické buňky pro spojení s hmotnostní spektrometrií (EC–ESI–MS),
• automatizované moduly pro řízení metod jako DPV, CV, ASV, AdSV a EVLS.

Hlavní výsledky a diskuse

Postupné inovace elektrody umožnily odhalit a kvantifikovat řadu analytů: kovové ionty (Zn, Cd, Pb, Cu, As), peptidy a metalothioneiny, nitroaromatické sloučeniny, léky a vitamíny (doxorubicin, vitamin C, B12), metabolity katecholaminů či herbicidy. Moderní elektrony dopované diamantem přinesly zvýšení stability signálu a rozšíření potenciálového okna. Kombinace s mikroextrakcí a průtokovými systémy významně snížila spotřebu vzorku a reagencií, přičemž metody jako EVLS zlepšily rozlišení a citlivost. Diskuse potvrzuje, že polarografické techniky i po sto letech zůstávají konkurenceschopnou a často nenahraditelnou alternativou k chromato- a spektrometrickým přístupům.

Přínosy a praktické využití metody

Polarografie nachází uplatnění v:

• environmentální kontrole (detekce těžkých kovů a pesticidů),
• klinické diagnostice (monitoring tumorových biomarkerů a neurotransmiterů),
• potravinářském a zemědělském průmyslu (rezidua pesticidů, antioxidanty),
• farmaceutickém sektoru (kvalitativní i kvantitativní rozbor léčiv),
• toxikologii a adiktologii (sledování intoxikantů),
• restaurátorství a tribodiagnostice (analýza povrchových mikrovrstev).

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj polarografie směřuje k:

• miniaturizaci a integraci na chipových platformách,
• rozvoji nosných pevných elektrod s povrchovými modifikacemi nanostrukturami,
• dalšímu propojování s hmotnostní spektrometrií a chromatografií pro komplexní analýzu,
• využití strojového učení pro interpretaci komplexních voltametrických signálů,
• aplikacím v nositelné a implantovatelné biomedicíně,
• rozvoji pevně instalovaných senzorů pro kontinuální monitorování kvality vody a ovzduší.

Závěr

Polarografie, od stěžejního objevu Jaroslava Heyrovského až po dnešní nanotechnologicky založené senzory, prokázala svoji flexibilitu a spolehlivost v mnoha analytických úlohách. Díky pokračujícím inovacím v oblasti materiálů elektrod, instrumentace a datové analýzy nabízí metoda nadále široké možnosti uplatnění v průmyslu, vědě i medicíně.

Reference

1. Heyrovský J.: Chemické listy 16(1922) 256–264.
2. Navrátil T., Yosypchuk B., Fojta M.: Patent No. 305433, 2015.
3. Barek J., Fischer J., Navrátil T. et al.: Electroanalysis 19(2007) 2003–2014.
4. Makrlíková A., Economou A. et al.: Electroanalysis 29(2017) 146–153.
5. Hrdlička V., Navrátil T., Barek J.: J. Electroanal. Chem. 835(2019) 130–136.
6. Skalová Š. et al.: Chem. Listy 111(2017) 178–185.