DOI: https://doi.org/10.21743/pjaec/2026/618694c
تاريخ النشر: 2026-06-29
المؤلف: Firas Hassan Awad وآخرون
الموضوع الرئيسي: التحليل الكهربائي الكيميائي والتطبيقات
نظرة عامة
تقدم البحث طريقة فولتامترية غير مباشرة حساسة لت quantifying كميات ضئيلة من الأحماض الأمينية، بما في ذلك البرولين، الجلايسين، الأرجينين، الفينيل ألانين، حمض الجلوتاميك، والسيستين، في المحاليل المائية بتركيزات تتراوح من 50 إلى 330 نانوغرام/مل. تستخدم هذه الطريقة الكلورانيل كمتقبل π، والذي يتفاعل مع الأحماض الأمينية التي تعمل كمانحين n لتشكيل معقد نقل شحنة n-π عند pH 9. يتم ملاحظة ذروة الاختزال لمحلول الكلورانيل عند 0.030 فولت مقابل قطب مرجعي Ag/AgCl، وعند إضافة الأحماض الأمينية، تنخفض هذه الذروة وتتحول إلى 0.024 فولت، مما يسمح بتحديد تركيزات الأحماض الأمينية بناءً على فرق التيار.
تظهر الطريقة حساسية عالية، مع قيم امتصاص مولارية تتراوح بين $4.73 \times 10^3 \, \text{لتر/مول·سم}$ و $1.82 \times 10^4 \, \text{لتر/مول·سم}$. تتراوح نسبة الاسترداد المتوسطة للطريقة بين 98.64% و 101.19%، مما يشير إلى دقة قوية، بينما تتراوح الانحرافات المعيارية النسبية (RSD) من 0.5% إلى 9.6%، مما يعكس دقة جيدة. تم الإبلاغ عن حد الكشف (LOD) ليكون بين $1.09 \times 10^{-7} \, \mu\text{غرام/مل}$ و $3.53 \times 10^{-7} \, \mu\text{غرام/مل}$. بشكل عام، تتميز هذه التقنية بأنها بسيطة وحساسة وفعالة لتحديد الأحماض الأمينية النشطة وغير النشطة كهربائياً في المحلول.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية الأحماض الأمينية، وهي مركبات عضوية تتميز بوجود مجموعات وظيفية من الأحماض الأمينية والكربوكسيلية. هذه المركبات ضرورية للعديد من الوظائف البيولوجية، حيث تعمل ككتل بناء للبروتينات، والأحماض النووية، والأنزيمات المساعدة، وتلعب أدوارًا حيوية في الأيض النسيجي، والتطور، والإصلاح. ينبع الاهتمام المتزايد في تحليل الأحماض الأمينية من أدوارها المتنوعة في التغذية وتعبير الجينات، فضلاً عن أهميتها في مجالات مثل تحليل الغذاء وتأهيل الببتيدات.
تسلط الورقة الضوء على طرق تحليلية مختلفة لتحديد الأحماض الأمينية، بما في ذلك الطيف الضوئي، والكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)، والتقنيات الكهروكيميائية. ومع ذلك، غالبًا ما تواجه هذه الطرق تحديات مثل الحساسية المحدودة وتعقيد إعداد العينات. يتم تقديم الفولتامترية ذات الموجات المربعة (SWV) كبديل واعد نظرًا لحساسيتها العالية وقدرتها على حل الإشارات المتداخلة، مما يجعلها فعالة بشكل خاص في الكشف عن الأحماض الأمينية النشطة وغير النشطة كهربائياً. يتم التأكيد على استخدام قطب الزئبق المتساقط (DME) لميزاته في الحساسية والانتقائية، مما يسمح بتحليل كميات ميكروغرام من الأحماض الأمينية في العينات البيولوجية دون الحاجة إلى استخراج.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون الطرق المستخدمة لتقييم دقة وموثوقية تقنية تحديد الأحماض الأمينية الخاصة بهم. قاموا بتقييم نسب الاسترداد والانحرافات المعيارية النسبية (RSD) عبر ثلاثة تركيزات مختلفة، محققين متوسط استرداد قدره 100.09% وقيم RSD تتراوح من 0.5% إلى 9.6%، مما يشير إلى دقة جيدة وموثوقية مقبولة.
تمت مقارنة الطريقة المقترحة مع تقنيات الأدبيات الموجودة، مع التركيز بشكل خاص على الفولتامترية ذات الموجات المربعة (SWV) وطرق فولتامترية أخرى. تلخص النتائج، الموضحة في الجدول 7، مزايا الطريقة، بما في ذلك البساطة، والسرعة، ونطاق واسع من القابلية للتطبيق لكل من الأحماض الأمينية النشطة وغير النشطة كهربائياً في المحاليل المائية. كما توضح المقارنة المواد الكيميائية المحددة والظروف المستخدمة في طرق مختلفة، مما يكشف أن التقنية المقترحة تحافظ على الاستقرار وتداخل ضئيل من المركبات الأخرى، مما يظهر فعاليتها في تحليل الأحماض الأمينية.
نتائج
تستكشف الدراسة تشكيل معقدات نقل الشحنة بين الأحماض الأمينية التي تعمل كمانحين والكلورانيل كمستقبل π عند pH 9 في وسط مائي. تشير النتائج إلى أن الرسوم البيانية المعايرة للأحماض الأمينية تظهر خطية عبر نطاق تركيز من 0.05 جزء في المليون إلى 0.33 جزء في المليون (3.27×10⁻⁷ إلى 2×10⁻⁶ مول/لتر)، مع معاملات ارتباط تتجاوز 0.9915، مما يدل على أداء تحليلي ممتاز.
يختلف حد الكشف (LOD) للأحماض الأمينية، حيث يظهر السيستين أعلى حساسية عند 1.09×10⁻⁷ ميكروغرام/مل وحمض الجلوتاميك عند 3.53×10⁻⁷ ميكروغرام/مل. تراوحت معدلات الاسترداد للأحماض الأمينية من 98.64% لحمض الجلوتاميك إلى 101.19% للسيستين، مع انحراف معياري نسبي (RSD) ≤ 9.6%. تؤكد هذه النتائج، الموضحة في الجداول 4 و5، موثوقية ودقة الطريقة في quantifying الأحماض الأمينية في المحلول.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تطوير طريقة فولتامترية غير مباشرة حساسة لتحديد الأحماض الأمينية في المحاليل المائية، باستخدام الكلورانيل كمستقبل π الذي يشكل معقد نقل شحنة مع الأحماض الأمينية التي تعمل كمانحين n عند pH 9. تم تحسين الطريقة من خلال معلمات مختلفة، بما في ذلك تركيز الكلورانيل، ودرجة الحرارة، وpH، وحجم محلول البورات، حيث تم تحديد 0.9 مل من 1×10⁻³ مول/لتر من الكلورانيل و5 مل من محلول pH 9 كظروف مثالية. وُجد أن تيار الذروة مستقر عند درجة حرارة الغرفة لمدة ساعة تقريبًا، مع أقصى انخفاض في التيار لوحظ بعد 10 دقائق من إضافة الجلايسين.
أظهرت الطريقة حساسية عالية، مع قيم امتصاص مولارية تتراوح من \(4.73 \times 10^3\) إلى \(1.82 \times 10^4 \, \text{لتر/مول•سم}\) للأحماض الأمينية المختبرة، ومعدل استرداد متوسط قدره 100.09%. كانت الدقة مقبولة، مع انحرافات معيارية نسبية (RSD) تتراوح بين 0.5% و9.6%. بالإضافة إلى ذلك، قامت الدراسة بتقييم انتقائية الطريقة ضد مجموعة متنوعة من المركبات العضوية وغير العضوية، مما يكشف أن بعض المواد، مثل اليوريا والكرياتينين، تسببت في تداخل إيجابي، بينما لم تؤثر أخرى على التحليل حتى عند تركيزات عالية. بشكل عام، تعتبر الطريقة المقترحة فعالة لت quantifying الأحماض الأمينية النشطة وغير النشطة كهربائياً في العينات البيولوجية.
DOI: https://doi.org/10.21743/pjaec/2026/618694c
Publication Date: 2026-06-29
Author(s): Firas Hassan Awad et al.
Primary Topic: Electrochemical Analysis and Applications
Overview
The research presents a sensitive indirect voltammetric method for quantifying trace amounts of amino acids, including proline, glycine, arginine, phenylalanine, glutamic acid, and cysteine, in aqueous solutions at concentrations ranging from 50 to 330 ng/mL. This method utilizes chloranil as a π-acceptor, which interacts with the amino acids acting as n-donors to form an n-π charge transfer complex at pH 9. The reduction peak of the chloranil solution is observed at 0.030 V against an Ag/AgCl reference electrode, and upon the addition of amino acids, this peak decreases and shifts to 0.024 V, allowing for the determination of amino acid concentrations based on the current difference.
The method demonstrates high sensitivity, with molar absorptivity values between $4.73 \times 10^3 \, \text{l/mol·cm}$ and $1.82 \times 10^4 \, \text{l/mol·cm}$. The average recovery rate of the method is between 98.64% and 101.19%, indicating strong accuracy, while the relative standard deviation (RSD) ranges from 0.5% to 9.6%, reflecting good precision. The limit of detection (LOD) is reported to be between $1.09 \times 10^{-7} \, \mu\text{g/mL}$ and $3.53 \times 10^{-7} \, \mu\text{g/mL}$. Overall, this technique is characterized as simple, sensitive, and effective for the determination of both electroactive and non-electroactive amino acids in solution.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of amino acids, which are organic compounds characterized by both amino and carboxylic acid functional groups. These compounds are essential for various biological functions, serving as building blocks for proteins, nucleic acids, and coenzymes, and playing critical roles in tissue metabolism, development, and repair. The increasing interest in amino acid analysis stems from their diverse roles in nutrition and gene expression, as well as their importance in fields such as food analysis and peptide qualification.
The paper highlights various analytical methods for amino acid determination, including spectrophotometry, high-performance liquid chromatography (HPLC), and electrochemical techniques. However, these methods often face challenges such as limited sensitivity and complex sample preparation. Square-wave voltammetry (SWV) is presented as a promising alternative due to its high sensitivity and capability to resolve overlapping signals, making it particularly effective for detecting both electroactive and non-electroactive amino acids. The use of a dropping mercury electrode (DME) is emphasized for its advantages in sensitivity and selectivity, allowing for the analysis of microgram quantities of amino acids in biological samples without the need for extraction.
Methods
In this section, the authors detail the methods employed to evaluate the precision and accuracy of their amino acid determination technique. They assessed recovery percentages and relative standard deviations (RSD) across three different concentrations, achieving an average recovery of 100.09% and RSD values ranging from 0.5% to 9.6%, indicating good accuracy and acceptable precision.
The proposed method was compared with existing literature techniques, specifically focusing on square wave voltammetry (SWV) and other voltammetric methods. The results, summarized in Table 7, highlight the method’s advantages, including simplicity, rapidity, and a wide range of applicability for both electroactive and non-electroactive amino acids in aqueous solutions. The comparison also outlines the specific reagents and conditions used in various methods, revealing that the proposed technique maintains stability and minimal interference from other compounds, thus demonstrating its effectiveness for amino acid analysis.
Results
The study investigates the formation of charge transfer complexes between amino acids acting as donors and p-chloranil as a π-acceptor at pH 9 in an aqueous medium. The results indicate that the calibration graphs for the amino acids exhibit linearity across a concentration range of 0.05 ppm to 0.33 ppm (3.27×10⁻⁷ to 2×10⁻⁶ mol L⁻¹), with correlation coefficients exceeding 0.9915, demonstrating excellent analytical performance.
The limit of detection (LOD) for the amino acids varies, with cystine showing the highest sensitivity at 1.09×10⁻⁷ µg/mL and glutamic acid at 3.53×10⁻⁷ µg/mL. Recovery rates for the amino acids ranged from 98.64% for glutamic acid to 101.19% for cysteine, with a relative standard deviation (RSD) of ≤ 9.6%. These findings, summarized in Tables 4 and 5, underscore the method’s reliability and precision for quantifying amino acids in solution.
Discussion
In this study, a sensitive indirect voltammetric method was developed for the determination of amino acids in aqueous solutions, utilizing chloranil as a π-acceptor that forms a charge transfer complex with amino acids acting as n-donors at pH 9. The method was optimized through various parameters, including the concentration of chloranil, temperature, pH, and the volume of borate buffer, with 0.9 mL of 1×10⁻³ mol L⁻¹ chloranil and 5 mL of pH 9 buffer identified as optimal conditions. The peak current was found to be stable at room temperature for approximately one hour, with the maximum decrease in current observed 10 minutes after the addition of glycine.
The method demonstrated high sensitivity, with molar absorptivity values ranging from \(4.73 \times 10^3\) to \(1.82 \times 10^4 \, \text{L/mol•cm}\) for the amino acids tested, and an average recovery rate of 100.09%. Precision was acceptable, with relative standard deviations (RSD) between 0.5% and 9.6%. Additionally, the study assessed the selectivity of the method against various organic and inorganic compounds, revealing that certain substances, such as urea and creatinine, caused positive interferences, while others did not affect the analysis even at high concentrations. Overall, the proposed method is effective for quantifying both electroactive and non-electroactive amino acids in biological samples.