Fixieren durch Filtrieren
Neue Teststreifen zum Nachweis von Schwermetallen
Viele Schwermetalle sind Umweltgifte oder toxisch für den Menschen. Entsprechend niedrig sind die gesetzlichen Grenzwerte für Trinkwasser oder Abwässer. Für eine schnelle Analytik vor Ort sowie für Routinekontrollen der Wasserqualität ist eine rasche, kostengünstige Methodik gefragt, die ohne aufwändige Geräte auskommt. Ideal sind Teststreifen, die einfach eingetaucht werden und durch einen Farbumschlag anzeigen, ob ein Schwermetalle und wenn ja, wieviel davon vorhanden ist. Bisher verwendete kommerzielle Teststreifen sind jedoch nicht zuverlässig und empfindlich genug. Japanische Wissenschaftler haben nun eine neue Generation von Teststreifen entwickelt, die den hohen Anforderungen Stand halten. Ihr Geheimnis sind Farbstoff-Nanokristalle, die durch simples Filtrieren auf einem Membranfilter fixiert werden.
Eines der Hauptprobleme gängiger Schwermetall-Teststreifen ist, dass die Reagentien ausgewaschen werden können, was ihre Leistungsfähigkeit erheblich beeinträchtigt. Ein wirklich zufriedenstellendes Verfahren zur Farbstofffixierung gab es bisher nicht. Das Forscherteam um Toshishige M. Suzuki hat nun eine ganz einfache Methode gefunden, wie sich schwermetallspezifische Farbreagentien auf den Teststreifen so gut fixieren lassen, dass sie weder von der Probenlösung ausgewaschen noch abgerieben werden können. So gelang es ihnen, Teststreifen herzustellen, die spezifisch auf zweiwertiges Zink, Quecksilber oder Eisen ansprechen.
Das Farbreagens muss zunächst in die Form von nanoskopischen Partikeln gebracht werden. Dazu wird der Farbstoff in einem organischen Lösungsmittel gelöst und unter starkem Rühren in Wasser eingespritzt. Da der Farbstoff nicht wasserlöslich ist, kristallisiert er aus - unter diesen Bedingungen als Nanokristalle, die feinst verteilt in der Lösung vorliegen. Beim Filtrieren durch eine Cellulosemembran bleiben 99.5% der Nanopartikel als feine, dichte, gleichmäßige Schicht auf der Membranoberfläche haften. Dass sich die Farbstoffmenge so genau kontrollieren lässt, ist eine wichtige Voraussetzung für Teststreifen, die reproduzierbare Ergebnisse liefern sollen. Aufgrund der gleichmäßigen Schicht des Farbreagens ist die Empfindlichkeit der Streifen sehr hoch. So ließen sich Zinkionen durch Eintauchen der Teststreifen bis zu einer Konzentration von 65 ppb (parts per billion = 1 Teilchen auf eine Milliarde) nachweisen. Noch niedrigere Nachweisgrenzen werden erreicht, wenn das Schwermetall angereichert wird, indem größere Mengen der Probenlösung durch die Farbreagens-beschichtete Membran filtriert werden.
Die neue Methode zur Teststreifen-Herstellung ist auf eine Vielzahl wasserunlöslicher Farbreagentien anwendbar, sodass eine große Familie metallspezifischer Teststreifen entwickelt werden könnte.
Autor: Toshishige M. Suzuki, AIST Tohoku (Japan), http://unit.aist.go.jp/lmc/english/staff/staff_01.htm
Angewandte Chemie: Presseinfo 01/2006
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