Quantitative assay of chromium (III) in yeast cultures using chromazurol S and surfactants for monitoring chromate remediation processes

Abstract

Because microorganisms are regarded as a potential means for bioremediation of chromium compounds and the yeasts are considered to be the source of chromium pharmaceutical biocomplexes, the development of the methods for chromium assay in real biological samples is of a significant biotechnological importance. A new sensitive method for the photometric assay of total chromium in the form of Cr(III) in microbial cultures after their mineralization was developed using the reaction with chromazurol S in the presence of the surfactants, sodium dodecyl sulfate (SDS) or cetyltrimethylammonium bromide (CTMAB). The optimal values of chromazurol S and surfactants concentrations were determined to achieve the maximal sensitivity of the analysis. Molar extinction coefficients of the complexes in 0.2 M sulfuric acid were shown to equal 27 and 98.9 мМ–1·cm–1 in cases of using SDS and CTMAB, respectively. The latter variant of chromium (III) assay is 3 times more sensitive than diphenylcarbazide method. The threshold sensitivity of chromazurol method is approximately 100 and 25 ng of chromium per 1 ml of the final reaction mixture for two variants of the assay in cases of using SDS and CTMAB, respectively. A convenient and relatively fast method for mineralization of the biological samples was optimized using perhydrol and sulfuric acid. It was shown that the developed methods can be used for the monitoring of chromate-reduction processes in yeast cultures by the final product Cr(III), as well as for determination of the total chromium content in microbial cultures or in the cells after their mineralization.

Оскільки мікроорганізми розглядаються як потенційний засіб для біоремедіації сполук хрому, а дріжджі — як джерело біокомплексів хрому фармацевтичного значення, актуальною біотехнологічною проблемою є розробка методів визначення вмісту хрому в реальних зразках біологічного походження. Розроблено новий чутливий метод фотометричного визначення сумарного хрому у формі Cr(III) в мікробних культурах після їх мінералізації з використанням реакції з хромазуролом S у присутності поверхнево-активних речовин (ПАР) — додецилсульфату натрію (SDS) або цетилтриметиламонійброміду (CTMAB). Визначено оптимальні величини концентрації хромазуролу S і ПАР для досягнення максимальної чутливості аналізу. Показано, що молярні коефіцієнти екстинкції комплексів в 0,2 М сірчаній кислоті дорівнюють 27,0 і 98,9 мМ–1·см–1— у випадку застосування SDS і CTMAB, відповідно. Останній варіант визначення хрому(ІІІ) чутливіший порівняно із дифенілкарбазидним методом у 3 рази. Нижня межа чутливості хромазурольного методу становить близько 100 і 25 нг хрому в 1 мл фотометрованої проби для двох варіантів аналізу із застосуванням SDS і CTMAB, відповідно. Оптимізовано зручний і порівняно швидкий метод мінералізації біологічних зразків з використанням пергідролю у присутності сірчаної кислоти. Розроблені методи аналізу можна застосовувати для моніторингу процесів відновлення хромату культурами дріжджів з утворення кінцевого продукту Cr(III), а також для визначення загального вмісту хрому в мікробних культурах чи клітинах після їх мінералізації.

Поскольку микроорганизмы рассматриваются как перспективное средство для биоремедиации соединений хрома, а дрожжи — как источник биокомплексов хрома фармацевтического значения, актуальной биотехнологической проблемой является разработка методов определения содержания хрома в реальных образцах биологического происхождения. Разработан новый чувствительный метод фотометрического определения суммарного хрома в форме Cr(III) в микробных культурах после их минерализации с использованием реакции с хромазуролом S в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ) — додецилсульфата натрия (SDS) или цетилтриметиламмонийбромида (CTMAB). Найдены оптимальные величины концентрации хромазурола S и ПАВ для достижения максимальной чувствительности анализа. Показано, что молярные коэффициенты экстинкции комплексов в 0,2 М серной кислоте равны 27,0 и 98,9 мМ–1·см–1 – в случае применения SDS и CTMAB, соответственно. Последний вариант определения хрома(III) превышает по чувствительности дифенилкарбазидный метод определения хромата в 3 раза. Пороговая чувствительность хромазурольного метода составляет 100 и 25 нг хрома в 1 мл фотометрируемого раствора для двух вариантов анализа с применением SDS и CTMAB, соответственно. Оптимизирован удобный и сравнительно быстрый метод минерализации биологических образцов с использованием пергидроля в присутствии серной кислоты. Разработанные методы анализа применимы для мониторинга процессов восстановления хромата культурами дрожжей по образованию конечного продукта — Cr(III), а также определения общего содержания хрома в микробных культурах или клетках после их минерализации.