Détection du peroxyde d'hydrogène 4/5 - avec le bleu de Prusse

Détection du peroxyde d'hydrogène

La détection électrochimique du peroxyde d'hydrogène est intéressante pour la construction de biocapteurs utilisant des oxydases. Le principal problème en ce qui concerne la détection est que l'oxydation du peroxyde d'hydrogène a lieu à des potentiels supérieurs à 0,6 V par rapport à Ag/AgCl. À des potentiels aussi élevés, de nombreuses autres espèces souvent présentes dans les échantillons réels peuvent également interférer. Ces espèces peuvent être l'ascorbate (vitamine C), la bilirubine et l'urate.

Des idées ont été développées pour exclure ces espèces des électrodes au moyen d'une membrane. Cette membrane rendrait tous les processus de transport depuis et vers l'électrode plus difficiles. Plus tard, des médiateurs ont été mis au point pour transporter les électrons de l'enzyme à l'électrode et la détection du peroxyde d'hydrogène est devenue obsolète pour certaines électrodes à base d'oxydase.

Comme indiqué précédemment (voir le chapitre Pourquoi détecter le peroxyde d'hydrogène ?), le peroxyde d'hydrogène est produit par des enzymes, mais il est dangereux pour les cellules. Les cellules utilisent des peroxydases pour éliminer le peroxyde d'hydrogène. La peroxydase de raifort est populaire pour les applications électrochimiques, car il est possible pour l'électrode de communiquer directement avec le centre actif de l'enzyme. La peroxydase peut donc être utilisée pour la détection du peroxyde d'hydrogène, mais le coût élevé de cette enzyme, sa faible stabilité et la difficulté de la lier aux électrodes ont rendu intéressante la recherche d'alternatives inorganiques.

Utilisation du bleu de Prusse

De fines couches de bleu de Prusse sur les électrodes constituent une alternative très appropriée. Les premières recherches en 1990 ont montré des capteurs performants en appliquant environ 40 mV contre Ag/AgCl pour la réduction. La communauté scientifique s'est montrée très intéressée lorsque des démonstrations ont montré que l'activité catalytique du bleu de Prusse pour le peroxyde d'hydrogène était 100 fois supérieure à celle pour l'oxygène. Les processus d'optimisation ont conduit à des capteurs à base de bleu de Prusse capables de fonctionner correctement à 0 V par rapport à Ag/AgCl, de sorte que le bleu de Prusse est appelé "peroxydase artificielle". À ces faibles potentiels, de nombreuses substances interférentes courantes ne présentent pas de réactions électrochimiques.

L'effet catalytique et la sélectivité du bleu de Prusse résultent de la structure cristalline du bleu de Prusse. Le cristal possède de petits canaux qui permettent au peroxyde d'hydrogène d'entrer. Entouré d'ions de fer, le transfert d'électrons vers le peroxyde d'hydrogène est facilité. Pour la plupart des autres espèces interférentes, les canaux ne sont pas assez grands.

Limites

Malheureusement, ces capteurs sont limités aux solutions neutres ou acides. Le bleu de Prusse n'est pas stable dans les solutions alcalines. Les ions de fer du bleu de Prusse forment de l'hydroxyde de fer qui est soluble dans l'eau. Ce problème se pose lorsque la valeur optimale du pH de l'oxydase correspondante se situe dans la région alcaline. Les chercheurs ont mis au point différentes méthodes pour créer un film de bleu de Prusse qui présentera une plus grande stabilité en milieu neutre ou alcalin. La plupart de ces méthodes reposent sur l'idée que le fer est facilement accessible aux ions hydroxyde, de sorte qu'une modification de la structure entraînera déjà une plus grande stabilité. D'autres techniques sont de nouvelles façons de déposer ou de précipiter le bleu de Prusse en présence d'autres ions.

Sitnikova et al [1] ont mis au point un film stratifié de bleu de Prusse (hexacyanoferrate de fer) et d'hexacyanoferrate de nickel. Ce film est stable pendant des heures sans perte de sensibilité et il est également stable dans les solutions neutres et alcalines. La présence d'autres ligands du fer ne constitue pas non plus une menace pour cette couche.

Littérature

[1] N. Sitnikova, A. Borisova, M. Komkova, A. Karyakin, Anal Chem 83 (2011), p. 2359-2363.