ИНДИКАТОРНЫЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ТЕСТИРОВАНИЯ СЛЕДОВ ВЕЩЕСТВ Российский патент 1996 года по МПК G01N27/416 G01N31/22 

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для быстрого оперативного контроля в химических производствах, в сельском хозяйстве, в медицине, в пищевой промышленности и при решении задач экологии, где требуется быстрое количественное или полуколичественное тестирование микроконцентраций веществ.

Одним из методов аналитической химии, применяющихся для количественного или полуколичественного определения неорганических или органических веществ, является визуальное тестирование по возникновению или изменению окраски не реактивных бумагах или других поверхностях.

Известны реактивные индикаторные бумаги (РИБ), применяемые, в основном, для предварительного концентрирования следов элементов или для тест-методов с иммобилизованными неорганическими реагентами [1] Реактивные индикаторные бумаги представляют собой полоски из специально обработанной и очищенной от примесей тяжелых металлов бумаги, на которую нанесен реагент, например, нерастворимый в воде сульфид цинка. При определении металла, образующего окрашенный сульфид, например, свинца, на бумаге получается окрашенное (здесь черное) пятно.

Указанные индикаторные бумаги обладают низкой избирательностью, а также, вследствие их шероховатости, плохой воспроизводимостью при визуальной индикации. При нанесении на них органических реагентов, последние распределяются на них неравномерно, плохо удерживаются носителем, и часто смываются при пропускании исследуемых проб.

Известен чувствительный материал на ионы кобальта, представляющий собой иммобилизованный на ткани органический реагент, в качестве которого используют 1-(2-пиридилазо)-2-нафтол (ПАН-2). Ткань фосфорилированное целлюлозное волокно используют в виде дисков диаметром 20 мм, массой 44 г. Наличие фосфорильной группы ≡P=0 обеспечивает ионообменный механизм сорбции данного реагента, в случае фосфорилированной целлюлозы развивается наиболее чувствительная реакция кобальта с иммобилизованным реагентом.

Интервал определяемых концентраций 1,5 40 мкг/л. Чувствительный материал используют для концентрирования веществ в потоке с непосредственным декантированием на твердой фазе методом спектроскопии диффузного отражения [2]
Известен чувствительный материал на ионы свинца II и тория IV, включающий твердый носитель и органический реагент. В качестве твердого носителя используют полиакрилнитрильное волокно, наполненное тонкодисперсным слабоосновным анионообменником. Органический реагент ксиленоловый оранжевый в количестве (1-2)•10^-5 М на 1 г носителя [3] Из пластин влажного носителя вырезают диски диаметром 2 см, промывают соляной кислотой, иммобилизацию ксиленолового оранжевого осуществляют погружением диска в раствор реагента на 5-10 мин. Диски промывают и хранят во влажном состоянии. Изменение оптического свойства (отражения) иммобилизованного реагента при контакте с растворами металлов детектируется методом диффузной отражательной спектроскопии.

Недостатком этого типа чувствительных элементов является сложная и многоступенчатая технология получения полимерного носителя, что предполагает его высокую стоимость, а также большой разброс оптических и аналитических свойств чувствительных элементов. Для иммобилизации реагентов необходима дополнительная двуступенчатая обработка дисков. Более того, указанные чувствительные материалы из-за их сложности приготовления невозможно использовать для тест-методов, в частности, визуального обнаружения примесей (элементов) в природных и промышленных объектах анализа и для задач экологии.

Задачей изобретения является создание индикаторного чувствительного материала для экспресс-тестирования микроконцентраций веществ, обеспечивающего за счет повышения контрастности цветных реакций максимально чувствительное визуальное тестирование веществ при анализе природных и промышленных объектов.

Согласно изобретению предлагается индикаторный чувствительный материал, включающий твердый носитель, органический реагент и оптический отбеливатель
белофор при следующем соотношении компонентов, мас. носитель 91 96; белофор 1 2; органический реагент 3 10.

В качестве твердого носителя (подложки) можно использовать широкий спектр материалов, характеризуемых как полимерные волокнистые материалы с элементарными звеньями целлюлозы или полиамида.

Флуоресцентными, или оптическими, отбеливателями (белофорами) называют соединения, которые поглощают излучение в ультрафиолетовой части спектра и преобразуют их в испускаемые лучи в видимой области спектра.

Оптические отбеливатели используют при белении природных и синтетических материалов, бумаги, пластмасс, для повышения белизны при вытравной узорчатой печати на ткани и входят в состав стиральных порошков, а также в состав веществ, используемых при химической чистке.

Белофоры обладают хорошей светостойкостью, устойчивы к действию кислот и оснований, окислителей и восстановителей, не образуют комплексных соединений с металлами.

В качестве оптических отбеливателей применяют различные производные диаминостильбена, кумарина, пиразолона и др.

В настоящей работе использовались белофоры, выпускаемые промышленностью, марки, например, ОЦП-2, ОКБ-4.

Индикаторный чувствительный материал получают путем обработки реактивной бумаги (носителя) водным раствором белофора. Последний берут в количестве 1
2 от массы обрабатываемого материала. Подложку подвергают термообработке, а затем выполняют иммобилизацию органического реагента. Готовый индикаторный материал хранят в сухом, защищенном от света месте.

Необходимо отметить, что наличие белофоров в матрице подложки не влияет на химико-аналитические свойства реагента, т.е. условия проведения цветной реакции при модификации цветных подложек белофорами не изменяется: органические реагенты не теряют своих аналитических свойств. Более того, предлагаемый способ обработки целлюлозного волокнистого материала позволяет повысить сродство материала к красителю, увеличивает его степень выкраски, за счет образования водородной связи и сил Ван-дер-Ваальса. Это исключает необходимость вводить дополнительные группы, способствует увеличению чувствительности в 10 раз, позволяет проводить количественные и полуколичественные измерения на уровне ПДК визуально без использования приборов и сложной аппаратуры исполнителями любой квалификации. Метод применили к любым объектам окружающей среды: водным, и после разложения, твердым, газообразным и аэрозольным пробам.

Пример 1. Получение чувствительного индикаторного материала (ЧИМ) на ионы урана (VI).

Твердая подложка (полимерный мелковолокнистый материал со звеньями полиамида (капрон, найлон) или целлюлозы вырезается в форме круга диаметром 25 мм. При нагревании растворяют белофор ОЦБ-Н, КЦБ в количестве 1 2 от массы обрабатываемого материала подложки. В водный раствор белофора (приблизительно 500 мл для массы обрабатываемой подложки приблизительно 10-15 г) погружают материал и в течение 5 10 мин обрабатывают при медленном кипении и перемешивании, погружая весь материал в раствор. Обработанный таким образом материал с иммобилизованным белофором промывают дистиллированной водой и высушивают для хранения или сразу обрабатывают раствором реагента Арсеназо III для U(VI) в количестве 1 1,5 мг на 1 подложку.

Полученный чувствительный индикаторный материал (твердая подложка, белофор, Арсеназо III) помещают в шприцовую насадку диаметром 25 мм БНМ-25-1, НПП 1117. 100 СП (Инженерный центр "Биолар", Санкт-Петербург). Исследуемый раствор с РНI-2 набирают в пластмассовый шприц V 10 мл ГКО "Старт" (г. Луховицы) и пропускают необходимый объем пробы через насадку со скоростью 30 мл/мин. Изменение окраски ЧИМ сравнивают с ранее построенной шкалой в интервале определяемых концентраций.

Метод применяют в анализе различных типов вод, промышленных растворов, многих объектов окружающей среды.

Пример 2. Получение чувствительного индикаторного материала (ЧИМ) на сульфат-ионы.

Твердую подложку (полимерный мелковолокнистый материал со звеньями полиамида (капрон, найлон или целлюлоза) вырезают в форме круга диаметром 25 мм. При нагревании растворяют белофор СБВ, ОД-2 в количестве 1 2 от массы обрабатываемого материала подложки. В водный раствор белофора (приблизительно 500 мл для массы обрабатываемой подложки приблизительно 10-15 г) погружают материал и в течение 5-10 мин обрабатывают при медленном кипении и перемешивании. Материал с иммобилизованным таким образом белофором промывают дистиллированной водой и высушивают для хранения или сразу обрабатывают раствором реагента Бериллон II в количестве 1 1,5 мг на 1 подложку. Твердую подложу с иммобилизованным белофором и Бериллоном II помещают в раствор 1М ВaCl₂, pН 4,5 5,5. Обрабатывают, перемешивая магнитной мешалкой, в течение 10 15 мин. Затем споласкивают дистиллированной водой, сушат для хранения или полученный чувствительный индикаторный материал (твердая подложка, белофор, Бериллон II, Ва⁺⁺) помещают в шприцовую насадку диаметром 25 мм (производства инженерного центра "Биолар", Санкт-Петербург). Исследуемую пробу предварительно пропускают через катионообменник в Н⁺-форме. Затем исследуемый раствор pН 1 1,5 пропускают через насадку с ЧИМ со скоростью 30 мл/мин. Изменение окраски ЧИМ сравнивают с ранее построенной шкалой в интервале определяемых концентраций от содержания SO2-4

Пример 3. Получение чувствительного индикаторного материала (ЧИМ) для обнаружения щавелевой кислоты.

Твердая подложка (мембрана типа капрон) вырезается в форме круга диаметром 25 мм. При нагревании растворяют белофор ОД-2 в количестве 1 2 от массы обрабатываемого материала подложки. В раствор белофора (500 мл для массы обрабатываемой подложки приблизительно 10 15 г) погружают материал и в течение 5 10 мин обрабатывают при медленном кипении и перемешивании. Иммобилизованный белофором материал промывают дистиллированной водой и высушивают для хранения или сразу обрабатывают раствором реагента Арсеназо I 0,7 1 мг на 1 подложку. Иммобилизованную белофором и ре агентом Арсеназо I подложку помещают в раствор тория (10^-3М), pН 2 3. Обрабатывают подложку в течение 10 15 мин, перемешивая магнитной мешалкой. Затем споласкивают дистиллированной водой (pН 2 3), сушат для хранения или полученный индикаторный материал (мембрана капрон-белофор-Арсеназо I-Th) помещают в шприцовую насадку ⊘ 25 мм ("Биолар", Санкт-Петербург). Исследуемый раствор (pН 2 3) пропускают через насадку с ЧИМ со скоростью 20 30 мл/мин. Изменение окраски (от фиолетовой до розовой) сравнивают с ранее построенной шкалой в интервале определяемых концентраций. Предел обнаружения 0,1 мкг/мл щавелевой кислоты. Метод пригоден для анализа промышленных, природных вод и вод народно-хозяйственного пользования.

Примеры 4 8 сведены в таблицу и осуществляются аналогично примерам 1 - 3. ТТТ1

Использование: быстрый оперативный контроль в химических производствах, в сельском хозяйстве, в медицине, в пищевой промышленности и при решении задач экологии, где требуется быстрое количественное или полуколичественное тестирование микроконцентраций веществ, в частности индикаторный чувствительный материал для экспресс-тестирования микроконцентраций веществ, обеспечивающий за счет повышения контрастности цветных реакций максимально чувствительное визуальное тестирование веществ при анализе природных и промышленных объектов. Сущность изобретения: индикаторный чувствительный материал, включающий твердый носитель, органический реагент и оптический отбеливатель-белофор при следующем соотношении компонентов, мас.%: носитель 91 - 96, белофор 1 - 2, органический реагент 3 - 10. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Индикаторный чувствительный материал для экспресс-тестирования следов веществ, включающий твердый носитель и органический реагент, отличающийся тем, что в качестве твердого носителя используют полимерные волокнистые материалы с элементарными звеньями целлюлозы или полиамида, в качестве органического реагента используют реагент с высокой селективностью по отношению к определяемому иону и способностью к прочной иммобилизации, материал дополнительно содержит оптический отбеливатель белофор при следующем соотношении компонентов, мас.

Носитель 91-96
Органический реагент 3-10
Белофор 1-2
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического реагента используют арсеназо III арсеназо I, бериллон II, дитизон, эриохром сине-черный, α,α′ дипиридил.