Nghiên cứu phân tích một số hợp chất Doping (Anbolic (AN), Furosemide (FU) và Methandienone (ME)) trong thể thao bằng phương pháp điện hóa

Phân tích các hợp chất doping là vấn đề đang được các nhà khoa học quan tâm. Graphen oxit (GO) được khử bằng điện hóa (ERGO/GCE) trên bề mặt điện cực glassy cacbon (GCE). Với điều kiện đã tối ưu, phương pháp DP-ASV được sử dụng để phân tích đồng thời anbolic (AN), furosemide (FU) và Methandienone (ME).

BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH MỘT SỐ HỢP CHẤT DOPING (ANBOLIC (AN), FUROSEMIDE (FU) VÀ METHANDIENONE (ME)) TRONG THỂ THAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA TS Nguyễn Nho Dũng, ThS Lê Hồng Dũng, ThS Lê Chí Hùng Trường Đại học TDTT Đà Nẵng Tóm tắt: Phân tích hợp chất doping vấn đề nhà khoa học quan tâm Graphen oxit (GO) khử điện hóa (ERGO/GCE) bề mặt điện cực glassy cacbon (GCE) Với điều kiện tối ưu, phương pháp DP-ASV sử dụng để phân tích đồng thời anbolic (AN), furosemide (FU) Methandienone (ME) Kết thể điện cực biến tính cho tín hiệu hòa tan ba chất phân tích với giá trị anbolic: 0,36µM giới hạn định lượng từ 1,07 đến 1,42μΜ; furosemide: 0,25µM giới hạn định lượng từ 0,75 đến 1,00μM; Methandienone: 0,23µM giới hạn định lượng từ 0,70 đến 0,93μM Từ khóa: Doping, anbolic, furosemide, Methandienone, Graphen oxit dạng khử, điện hóa Abstract: Analysis of doping compounds is a matter of concern to scientists Graphene oxide (GO) was electrochemically reduced on a glassy carbon electrode (GCE) surface (ERGO/GCE) Under the optimized conditions, the method allowed simultaneous determination of anbolic (AN), furosemide (FU) and Methandienone (ME) The results showed that the denatured electrode for the dissolved signal of all three analytes with anbolic value: 0.36 µM and quantitative limit of 1.07 to 1.42μΜ; furosemide: 0.25µM and quantitative limits from 0.75 to 1.00μM; Methandienone: 0.23µM and quantitative limit from 0.70 to 0.93μM Keywords: Doping, anbolic, furosemide, Methandienone, Reduced Graphene oxide, electrochemical ĐẶT VẤN ĐỀ Doping chống doping vấn đề có tính chất thời lĩnh vực thể thao nói chung lĩnh vực y học thể thao nói riêng Trên giới có lẽ nước ta, việc lạm dụng doping tập luyện thi đấu thể thao ngày nhiều ngày tinh vi Nghiên cứu xã hội học trường hợp sử dụng doping người ta thấy có bốn loại động sau đây: Vì danh hiệu địa phương, quốc gia; Vì trơng đợi quần chúng hâm mộ thể thao; Với triết lý giành thắng lợi giá nào; Vì tiền thưởng lớn Hậu việc sử dụng doping làm cho nhiều vận động viên bị mắc chứng bệnh hiểm nghèo, sức khoẻ thể chất tinh thần sa sút, có vận động viên chết sử dụng doping Nhiều họp lãnh đạo Ủy ban Olympic quốc gia, lãnh đạo Liên đoàn Thể dục thể thao (TDTT) Quốc tế bàn đề biện pháp cấp bách, cụ thể để kiểm tra có hình thức xử phạt nghiêm khắc vận động viên sử dụng chất kích thích, nhằm bảo vệ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO THỂ THAO (Số 09 - 9/2019) sáng Hiến chương Olympic, bảo vệ mục đích cao TDTT Hội đồng Y học Thể thao Ủy ban Olympic Quốc tế nhiều lần cố gắng đưa danh sách chất kích thích cấm sử dụng Việc phân tích kiểm tra doping thời gian tốn kém, đòi hỏi cần phải có thiết bị phân tích đại đa dạng hợp chất doping Chính vậy, đòi hỏi ngành hố học phân tích phải phát triển hồn thiện phương pháp phân tích có độ nhạy, độ chọn lọc cao giới hạn phát thấp để xác định hợp chất hữu nói chung hợp chất doping nói riêng Nhiều phương pháp phân tích đa tính đời ứng dụng rộng rãi như: phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis), sắc kí lỏng hiệu cao (HPLC), sắc kí khí ghép khối phổ (GC-MS) phân tích điện hóa Tuy nhiên, phương pháp UV-Vis, HPLC GC-MS lại bộc lộ nhiều hạn chế, đặc biệt chi phí thiết bị chi phí phân tích cao, phương pháp phân tích điện hóa mà điển hình phương pháp von-ampe hồ tan (SV) mang lại nhiều ưu điểm như: độ nhạy, độ xác, tính chọn lọc cao giới hạn phát thấp, đặc biệt chi phí thiết bị chi phí phân tích rẻ đó, thích hợp cho việc phân tích trực tiếp số hợp chất hữu Xuất phát từ vấn đề nêu cho thấy việc xác định hợp chất hữu phương pháp SV sử dụng điện cực biến tính ERGO thân thiện với mơi trường hướng nghiên cứu lĩnh vực phân tích điện hóa nước giới Đồng thời có tính khả thi cao phòng thí nghiệm Việt Nam trang bị thiết bị phân tích điện hóa đa chức Vì vậy, việc tìm hiểu chủ đề: “Nghiên cứu phân tích số hợp chất Doping thể thao phương pháp điện hóa” thực mang tính cấp thiết giai đoạn Trong q trình nghiên cứu chúng tơi sử dụng nhóm phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu; Phương pháp phân tích hóa học; phương pháp tốn học thống kê Sử dụng hóa chất thiết bị trình nghiên cứu: Các hóa chất sử dụng nghiên cứu hóa chất tinh khiết (PA): graphit, axit boric, axitacetic, axit photphoric, dinatri hydrophosphate, mononatri orthophosphate, anbolic (AN), furosemide (FU) Methandienone (ME) Các thiết bị sử dụng sau: Máy phân tích điện hóa CPA - HH5; Điện cực glassy cacbon bình điện phân; Cân phân tích Precisa XB 220A, Thụy Sĩ; Máy cất nước hai lần Aquatron (Bibby Sterilin, Anh); Micropipet Labpette loại hãng Labnet, Mỹ; Máy khuấy từ Velp Scientifica; Máy ly tâm Universal 320R; Máy siêu âm Cole Parmer 8890 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Lựa chọn điện cực làm việc Đặc tính điện hóa anbolic (AN), furosemide (FU) Methandienone (ME) Phương pháp von-ampe vòng hòa tan (CV) sử dụng để nghiên cứu đặc tính điện hóa ba chất phân tích anbolic (AN), furosemide (FU) Methandienone (ME) điện cực ERGO/GCE Kết đường hòa tan trình bày Hình cho thấy anbolic (AN) furosemide (FU) chất bất thuận nghịch, methandienone (ME) chất giả thuận nghịch Phương pháp CV, điện cực ERGO/GCE cho tín hiệu dòng đỉnh hòa tan ba chất phân tích; nhiên, điện cực GCE GO/GCE xuất hai peak anbolic (AN) furosemide (FU) điều chứng tỏ graphen oxide dạng khử có ưu điểm vượt trội graphen oxide ứng dụng phân tích đồng thời anbolic (AN), furosemide (FU) Methandienone (ME) Vì vậy, điện cực ERGO/GCE thể ưu so với điện cực GCE GO/GCE nên lựa chọn cho nghiên cứu 6 BÀI BÁO KHOA HỌC Hình Các đường CV AN (a), FU (b) ME (c) có nồng độ 10-2, 10-4 10-3 M đệm B-RBS 0,2 M sử dụng điện cực ERGO/GCE (với lượng GO 5µg, số vòng khử 5) chế tối đa làm giàu phản ứng Tối ưu điều kiện thí nghiệm điện cực khác gây ảnh hưởng tới độ nhạy độ Trong phương pháp ASV, sử dụng xác phép phân tích Thế làm giàu cần nhiều kỹ thuật ghi tín hiệu von-ampe hòa tan phải âm khử cực khác kỹ thuật von-ampe quét chất cần xác định để khử tồn chúng tuyến tính (LS), kỹ thuật von-ampe xung vi bề mặt điện cực Như vậy, để khảo sát ảnh phân (DP), kỹ thuật von-ampe sóng vng hưởng làm giàu đến q trình phân tích (SW), Trong kỹ thuật đó, hai kỹ thuật DP thí nghiệm tiến hành làm giàu SW sử dụng phổ biến Vì vậy, khác (từ -0,2V đến 0,3V) Ghi dòng hòa nghiên cứu này, kỹ thuật von-ampe sóng vng tan phương pháp DP-ASV, khoảng quét hòa tan anot (DP-ASV) chọn để tiến hành từ -0,2V đến +1,6V Kết thể -5 khảo sát hệ chất phân tích gồm AN (5×10 M), Hình FU (5×10-6M) ME (5×10-5M) đệm Từ kết Hình 2, cho thấy: Eacc = -0,1V Britton-Robinson 0,1 M (pH = 3) khả tách đỉnh tốt nhất, đồng thời sai 2.1 Khảo sát làm giàu số tín hiệu Ip tương ứng với chất phân tích Khi chọn làm giàu (Eacc), ta cần chọn nhỏ Do vậy, làm giàu -0,1V chọn làm giàu thích hợp để đảm bảo làm giàu cho nghiên cứu chất cần phân tích lên bề mặt điện cực, hạn Hình Sự biến động Ip (a) khoảng cách đỉnh AN FU (b) làm giàu khác hòa chất phân tích tín hiệu hòa tan tăng 2.2 Khảo sát thời gian làm giàu không đáng kể Chính thế, việc khảo sát thời Thời gian làm giàu có ảnh hưởng lớn gian làm giàu nhằm mục đích chọn thời gian đến tín hiệu hòa tan chất phân tích Khi thích hợp mà đáp ứng u cầu tín tăng thời gian làm giàu tín hiệu hòa tan tăng, hiệu hòa tan cao thời gian phân tích thời gian làm giàu lớn, bề mặt điện cực bị bão TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO THỂ THAO (Số 09 - 9/2019) không tốn nhiều Để tiến hành khảo sát thời gian làm giàu tiến hành sau: ghi đường von-ampe hòa tan chất phân tích thời gian làm giàu khác (0, 15, 30, 45, 60, 75, 90s) Kết thu Hình Hình Các đường DP-ASV (a) đường biểu diễn biến động IP (b) với thời gian làm giàu khác Các giá trị đo lặp lại lần, CAN = 5×10-5M, CFU = 5×10-6M, CME =5×10-5M đệm B-RBS 0,2 M (pH = 3) xung lớn dòng đỉnh hòa tan cao nhiên Từ kết Hình cho thấy: Khi tăng thời biên độ xung lớn chân đỉnh dãn rộng làm gian làm giàu từ 0s đến 45s, cường độ dòng tăng mức độ ảnh hưởng yếu tố khác đến đỉnh tăng Tiếp tục tăng thời gian làm giàu chất phân tích Do đó, việc chọn biên độ xung dòng đỉnh hòa tan gần không đổi Do hợp lý định đến khả phân tích để tiết kiệm thời gian phân tích 45s chọn phương pháp Chính điều chúng tơi cho nghiên cứu tiến hành khảo sát biên độ xung cách ghi 2.3 Khảo sát ảnh hưởng biên độ xung dòng đỉnh hòa tan chất phân tích Biên độ xung có ảnh hưởng lớn đến tín biên độ xung khác Kết thu hiệu hòa tan chất phân tích Nếu biên độ Bảng xung nhỏ dòng đỉnh hòa tan thấp, biên độ Bảng Ảnh hưởng biên độ xung đến tín hiệu dòng hòa tan theo phương pháp DP-ASV Biên độ xung ∆E (V) Ip.TB(µA) RSD(%) Ip.TB(µA) RSD(%) Ip.TB(µA) RSD(%) 0,04 0,598 2,49 1,247 3,47 1,202 2,90 0,05 0,726 1,94 1,349 0,80 1,140 1,45 0,06 0,887 0,61 1,613 0,40 1,356 0,37 0,07 1,002 0,93 1,821 1,44 1,602 0,41 0,08 1,119 0,98 1,962 1,15 1,838 0,27 0,09 1,231 0,65 2,058 1,56 2,061 1,32 0,10 1,326 1,18 2,069 1,06 2,115 1,30 AN FU Từ kết Bảng cho thấy, biên độ xung 0,05 0,06V khả tách peak tốt nhất, nhiên, biên độ xung 0,06V ME sai số nhỏ Vì vậy, biên độ xung 0,06V (60mV) chọn cho nghiên cứu BÀI BÁO KHOA HỌC xác phép ghi đo độ trơn, cân đối đường cong von-ampe Để tiến hành khảo sát tốc độ quét tiến hành ghi đường von ampe hòa tan đồng thời ba chất phân tích AN, FU ME tốc độ quét khác nhau: 5, 10, 15, 20, 25, 30mVs-1 Kết khảo sát tốc độ quét trình bày Hình Từ kết Hình 4, cho thấy: Khi tốc độ qt 20mV.s-1, tín hiệu hòa tan AN FU cao (so vùng khảo sát) RSD phép đo lặp lại chất phân tích nhỏ Do tốc độ qt 20mV/s chọn cho nghiên cứu 2.4 Ảnh hưởng tốc độ quét Trong phương pháp von-ampe hòa tan, tốc độ quét có ảnh hưởng lớn đến tín hiệu hòa tan chất phân tích Nếu tốc độ quét nhanh rút ngắn thời gian phân tích, tín hiệu hòa tan cao, đồng thời độ cân đối tín hiệu hòa tan giảm xảy tượng tín hiệu hòa tan Ngược lại, tốc độ quét chậm, độ lặp lại phép ghi đo cao, tín hiệu hòa tan thu có hình dạng cân đối, nhiên tín hiệu hòa tan lại thấp Do đó, phải chọn tốc độ quét thích hợp để giảm thời gian ghi đo đồng thời đảm bảo độ 1.4 1.2 mV.s-1 20 mV.s-1 1.0 I P / A I / A 30 mV.s-1 0.8 0.6 AN FU ME 0.4 0.2 0.0 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 E/V 10 15 20  / mV.s-1 25 30 Hình Các đường DP-ASV (a) đường biểu diễn biến động IP (b) tốc độ quét khác Các giá trị đo lặp lại lần, CAN = 5×10-5M, CFU = 5×10-6M, CME =5×10-5M đệm B-RBS 0,2M (pH = 3) ghi đo lặp lại lần với nồng độ khác Đánh giá độ tin cậy phương pháp Kết trình bày Bảng Hình Để áp dụng điện cực biến tính Dựa vào kết Bảng Hình ERGO/GCE vào phân tích mẫu thực tế, cho độ lặp lại IP ba chất AN, trước tiên phải đánh giá độ tin cậy phương FU ME tốt, dao động từ 0,76% đến pháp Các đại lượng thống kê dùng để đánh giá 3,03% Mặt khác, so sánh RSD thí bao gồm: độ lặp lại, khoảng tuyến tính, độ nghiệm với ½ RSDH nồng độ tương ứng nhạy, LOD, LOQ nhỏ vậy, nhận thấy độ lặp lại 3.1 Đánh giá độ lặp lại tín hiệu IP phương pháp DP-ASV sử dụng điện Độ lặp lại Ip điện cực ERGO/GCE cực biến tính ERGO/GCE toàn toàn chấp xác định qua độ lệch chuẩn tương đối nhận (RSD) Để đánh giá độ lặp lại Ip, tiến hành Bảng Các giá trị Ip,TB, SD, RSD đo lặp lại nồng độ khác theo phương pháp DP-ASV Ip,TB(µA)(b) SD RSD, (%) ½.RSDH (%) CAN = 10-2 117,2 0,89 0,76 2,00 CFU = 10-4 74,48 0,75 1,00 4,00 48,32 0,88 1,83 2,83 C (M) TN 1(a) CME = 10 -3 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO THỂ THAO (Số 09 - 9/2019) TN TN CAN = 5×10-3 21,92 0,53 2,01 2,22 CFU = 5×10-5 17,03 0,87 2,14 4,44 CME = 5×10-4 12,00 0,52 2,35 3,14 CAN = 10-3 76,85 0,98 1,28 2,83 CFU = 10-5 51,92 1,57 3,03 5,66 CME = 10-4 32,03 0,35 1,08 4,00 Giá trị IP trung bình sau lần lặp lại; đệm B-RBS 0,2 M (pH = 3) Hình Các đường DP-ASV ba nồng độ AN, FU ME với ba thí nghiệm khác (TN1, TN2 TN3) Như vậy, độ lặp lại tín hiệu hòa tan RSD (%) < RSDH, cho độ lặp lại kết đo tốt 3.2 Khoảng tuyến tính Kết xác định khoảng tuyến tính phương pháp DP-ASV dùng điện cực biến tính ERGO/GCE AN, FU ME trình bày Hình 12 12 FU 10 8 Ip /  I /  Ip  (1.0  0.1)  (2.23  0.09) C M r  0.991 10 Ip  (0.03  0.06)  (1.21  0.04) C M ME r  0.995 AN 2 -0.2 0.0 Ip  (0.06  0.05)  (0.65  0.03) CM 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 E/V r  0.992 C / M Hình Các đường DP-ASV AN, FU ME nồng độ thêm chuẩn đồng thời khác (A), Các đường hồi quy tuyến tính biểu diễn mối tương quan IP nồng độ AN, FU ME (B) Khi tiến hành khảo sát thêm chuẩn đồng thời AN, FU ME lại nhận thấy chất có khoảng tuyến tính xác định (Hình 6) với hệ số tương quan lớn Các phương trình hồi quy tuyến tính xác định sau: AN: IP (A) = (0,06 ± 0,05) + (0,65 ± 0,03)CAN r = 0,999 FU: IP (A) = (1,0 ± 0,1) + (2,23 ± 0,09)CFU r = 0,994 BÀI BÁO KHOA HỌC 10 KẾT LUẬN ME: IP (A) = (0,03 ± 0,06) + (1,21 ± 0,04)CME r = 0,995 Từ kết Hình 6, cho thấy xác định đồng thời AN, FU ME mẫu nghiên cứu 3.3 Giới hạn phát độ nhạy Xuất phát từ kết khảo sát khoảng tuyến tính, giới hạn phát tính tốn thơng qua công thức 3Sy/x/b với Sy/x độ lệch chuẩn phép đo b độ dốc phương trình hồi quy.AN: 0,36µM giới hạn định lượng từ 1,07 đến 1,42μΜ; FU: 0,25µM giới hạn định lượng từ 0,75 đến 1,00μM; ME: 0,23µM giới hạn định lượng từ 0,70 đến 0,93μM Kỹ thuật von-ampe sóng vng hòa tan anot (DP-ASV) sử dụng để khảo sát yếu tố ảnh hưởng (như làm giàu, thời gian làm giàu, biên độ xung tốc độ quét thế) đến tín hiệu anbolic (AN), furosemide (FU) Methandienone (ME) Với điện cực biến tính GCE graphen oxit dạng khử (khử điện hóa) Kết thể điện cực biến tính cho tín hiệu hòa tan ba chất phân tích với giá trị AN: 0,36µM giới hạn định lượng từ 1,07 đến 1,42μΜ; FU: 0,25µM giới hạn định lượng từ 0,75 đến 1,00μM; ME: 0,23µM giới hạn định lượng từ 0,70 đến 0,93μM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Đức Chương, Trần Duy Hòa, Nguyễn Nho Dũng (2019), Giáo trình Doping thể thao, NXB Thông tin Truyền thông, Hà Nội [2] Lê Tấn Đạt, Lê Văn Xanh, Tôn Nữ Huyền Thu (2014), Giáo trình Sinh lý thể thao, NXB TDTT, Hà Nội [3] Lê Tấn Đạt, Lê Văn Xanh, Tơn Nữ Huyền Thu (2014), Giáo trình Y học thể thao, NXB TDTT, Hà Nội [4] Phan Ngọc Minh (2014), Vật liệu cacbon cấu trúc nano ứng dụng tiềm năng, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ [5] Lê Thị Mùi (2008), Giáo trình Phân tích điện hóa, NXB Đà Nẵng [6] Amiri-Aref M., Raoof J.B., Ojani R (2014) A highly sensitive electrochemical sensor for simultaneous voltammetric determination of noradrenaline, acetaminophen, xanthine and caffeine based on a flavonoid nanostructured modified glassy carbon electrode Sensors and Actuators, B: Chemical, Vol.192, pp.634-641 [7] Arvand M., Gholizadeh T.M (2013) Simultaneous voltammetric determination of tyrosine and paracetamol using a carbon nanotube-graphene nanosheet nanocomposite modified electrode in human blood serum and pharmaceuticals Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Vol.103, pp.84-93 [8] Felix F.S., Ferreira L.M.C., Vieira F., et al (2015) Amperometric determination of promethazine in tablets using an electrochemically reduced graphene oxide modified electrode New J Chem., Vol.39, Iss.1, pp 696-702 Bài nộp ngày 18/4/2019, phản biện ngày 24/5/2019, duyệt in ngày 16/9/2019 ... cứu phân tích số hợp chất Doping thể thao phương pháp điện hóa thực mang tính cấp thiết giai đoạn Trong q trình nghiên cứu chúng tơi sử dụng nhóm phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp phân tích. .. pháp phân tích tổng hợp tài liệu; Phương pháp phân tích hóa học; phương pháp tốn học thống kê Sử dụng hóa chất thiết bị q trình nghiên cứu: Các hóa chất sử dụng nghiên cứu hóa chất tinh khiết (PA):... QUẢ NGHIÊN CỨU Lựa chọn điện cực làm việc Đặc tính điện hóa anbolic (AN), furosemide (FU) Methandienone (ME) Phương pháp von-ampe vòng hòa tan (CV) sử dụng để nghiên cứu đặc tính điện hóa ba chất