ИНДИКАТОРНОЕ ТЕСТОВОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОКОЛИЧЕСТВ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2011 года по МПК G01N31/22 

изобретение относится к устройствам для экспресс-анализа веществ с помощью иммобилизованных химических индикаторов на твердофазных носителях, к которым относятся индикаторные бумаги, индикаторные трубки, индикаторные пластины, индикаторные таблетки и другие индикаторные тестовые средства. Реагенты на твердофазных носителях иммобилизованы адсорбцией или ковалентным (химическим) связыванием.

Изобретение может быть использовано в лабораторной практике и полевых условиях для экспрессного определения неорганических ионов и органических веществ в окружающей среде, технологических объектах, организмах.

Известны индикаторные средства с твердыми матрицами, с иммобилизованными реагентами и индикаторами в форме полос, т.е. в форме совокупности точек на плоскости, ограниченной двумя параллельными прямыми.

Известен способ изготовления индикаторной бумаги для определения нитритов [DD 211873, кл. G01N 31/22, 1984]. Он заключается в том, что в качестве матрицы носителя используют фильтровальную бумагу. Одну ее часть пропитывают в растворе, содержащем 6 г/л сульфаниловой кислоты, другую в растворе, содержащем 0.3 г/л 1-нафтиламина. Бумагу после пропитки высушивают, разрезают на полосы шириной 7 мм и длиной 65 мм. При проведении анализа две полоски с нанесенными на первую компонентами первого и на вторую компонентами второго раствора складывают вместе и погружают на 1 с в анализируемый раствор, затем их помещают между двумя покровными стеклами для проявления. Интенсивность получаемой окраски индикаторной бумаги пропорциональна содержанию нитритов, которое определяют по цветовой шкале. Чувствительность определений 1 мг/л нитрит-ионов.

Недостатком данного метода является его невысокая чувствительность. Определение концентрации осложняется неустойчивостью окраски, т.к. возможно окисление составов бумаги кислородом воздуха.

Известен способ изготовления многослойной бумажной ленты для испытаний [US 3511608, кл. G01N 31/22, 33/16, 1970]. Составная лента для определения различных ингредиентов состоит из двух по крайней мере слоев бумаги. Капля исследуемого раствора, содержащего открываемый компонент, проходит через первый слой, компонент при этом превращается в определенное соединение без изменения цвета, затем при прохождении через второй слой бумаги образуется окрашенное соединение с интенсивностью окраски, пропорциональной концентрации компонента.

Недостатками этого способа является невысокая чувствительность определений за счет растекания капли раствора и неравномерности окраски образующегося пятна от центра к периферии. Бумага при определении концентрации не защищена от воздействия кислорода воздуха, поэтому при применении неустойчивых на воздухе составов приведет к погрешностям в анализе. Основными недостатками этих средств является низкая чувствительность.

Низкая чувствительность сорбированных на целлюлозных носителях индикаторов с определяемыми веществами объясняется тем, что определение вещества в растворах проводят добавлением капли пробы или погружением тест-средства в анализируемую пробу на 1-2 с, так как более длительная экспозиция может привести к размыванию и вымыванию веществ с матрицы; при этом квота пробы, попадающая на реакционную зону тест-средства, обычно имеющую оптимальную площадь 20-40 мм, может составить не более 2÷50 мкл; поэтому чувствительность тест-определения может быть достигнута лишь на уровне нескольких мкг в такой пробе, что тождественно нескольким мг/л. Эта величина значительно выше уровня предельно-допустимых и опасных концентраций большинства токсичных веществ. Кроме того, недостатком этих индикаторных бумаг и лент являются помехи диффузного влияния на границе зон.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению (прототип) является индикаторная полоса (ИП) из одной или нескольких полос фильтровальной бумаги, пропитанных реагентами и заклеенных в полиэтиленовую пленку, конец которой перед опусканием в анализируемый раствор обрезают на 1-2 мм [RU 2058547, 1996].

Недостатком данного метода является его ограниченная чувствительность 0.8 мг/л железа (III).

Проба проходит по ИП через реагентную индикаторную зону (РИЗ), И содержащийся в ней анализируемый компонент концентрируется в этой РИЗ и образует в ней окрашенное соединение, цвет которого зависит от количества проходящей пробы. Это дает возможность повышать чувствительность метода анализа в зависимости от количества раствора, входящего во всю длину ИП.

Таким образом, ИП, заклеенная в пленку, для определения микроколичеств веществ имеет свои преимущества и свою область применения. Однако она ограничена по площади и не может обеспечить таких функциональных возможностей, как более значительное повышение чувствительности определения микроколичеств веществ.

В основу изобретения положена задача создания индикаторного тестового средства (ИТС) для определения микроколичеств веществ, состоящее из твердофазных матриц, с иммобилизованными на них реагентами и индикаторами, обеспечивающее осуществление полуколичественного и количественного тест-определения микроколичеств веществ с повышенной чувствительностью.

Технический результат достигается тем, что предлагается индикаторное тестовое средство для определения микроколичеств веществ, состоящее из впитывающей реагентной индикаторной зоны, состыкованной своими противоположными краями с фильтровальными впитывающими элементами, и включенными между прозрачными ограничителями, причем по крайней мере один из фильтровальных впитывающих элементов пропитан реагентным составом, отличающееся тем, что фильтровальные впитывающие элементы выполнены в форме многоугольников и соединены с впитывающей реагентной индикаторной зоной с двух ее сторон, при этом со стороны выхода из индикаторной зоны впитывающий элемент состыкован с ней своим меньшим основанием, таким образом, что сечение, перпендикулярное направлению потока анализируемой пробы, имеет тем больший размер, чем больше расстояние от места стыка.

Целесообразно, что индикаторное тестовое средство для определения микроколичеств веществ включает многоугольник со стороны входа в индикаторную зону состыкованный с ней своим меньшим основанием, таким образом, что сечение, перпендикулярное направлению потока анализируемой пробы, имеет тем больший размер, чем больше расстояние от места стыка.

Целесообразно, что индикаторное тестовое средство для определения микроколичеств веществ включает в качестве фильтровальных впитывающих элементов ксерогели, полиуретаны, стекловолокно, ткани, сорбционные пластины, фильтровальные бумаги.

Также целесообразно, что в качестве прозрачных ограничителей используются полиэтиленовые, полипропиленовые, поливиниловые и лавсановые мягкие и жесткие пленки, пластины, а также пористое стекло.

Сущность изобретения заключается в том, что, чувствительность предложенного индикаторного тестового средства по сравнению с индикаторной полосой без впитывающих элементов повышается во столько раз, во сколько раз площадь впитывающего элемента на выходе Q₁ больше площади РИЗ Q₂.

Например, если высота впитывающего элемента на выходе из РИЗ в форме трапеции 5 см, а ширина основания 8 см, а размер квадрата РИЗ 1 см, то и площадь больше в 20 раз и нижний предел обнаружения меньше в 20 раз по сравнению простой РИБ в форме квадрата и в 5 раз по сравнению с ИП, содержащей впитывающую полосу при ее одинаковой высоте с впитывающей трапецией и при меньшем основании трапеции, равной ширине ИП. Следовательно, можно достигнуть концентрирования определяемого компонента и повысить чувствительность индикаторного тестового средства также в 5 раз по сравнению с чувствительностью индикаторной полосы с такой же по размеру реакционной зоной и в 20 раз, если индикаторная полоса не содержит впитывающей полосы, а только впитывающую РИЗ.

Изобретение поясняется примерами индикаторных тестовых средств (ИТС) и примерами их использования для определения микроколичеств веществ. Изобретение проиллюстрировано чертежами.

Фиг.1. Индикаторное тестовое средство (ИТС-1): РИЗ в форме треугольника (1), состыкованная с фильтровальными впитывающими элементами в форме прямоугольника на входе потока (2) и в форме трапеции на выходе потока (3).

Фиг.2. Индикаторное тестовое средство (ИТС-2): реагентная индикаторная зона в форме квадрата (4), состыкованная с фильтровальными впитывающими элементами в форме трапеций с пропитанной реагентным составом на входе (5) и не пропитанной реагентным составом на выходе потока (3).

Ниже приведены примеры изготовления и применения ИТС.

Пример 1. Индикаторное тестовое средство (ИТС-1) с РИЗ в форме треугольника и фильтровальных впитывающих элементов из фильтровальной бумаги в форме прямоугольника - на входе и трапеции - на выходе.

Скрепляют с двух сторон реактивную индикаторную бумагу (РИБ) в форме равнобедренного треугольника с размером ребра 6 мм на входе - с полосой фильтровальной бумаги шириной 6 мм и на выходе - с фильтровальной бумагой, в форме равнобочной трапеции с меньшим основанием, равным 6 мм, и большим основанием, равным 60 мм, как показано на фиг.1, и помещают между двумя ограничительными пластинами из пропиленовой пленки. Соотношение площади общего треугольника Q=1/2h·f, где h - высота треугольника к площади индикаторной зоны Q_инд=1/2h_инд·f_инд равно Q/Q_инд=100.

Пример 2. Определение веществ с помощью индикаторного тестового средства ИТС-1 по примеру 1.

ИТС-1 (фиг.1) погружают в анализируемую пробу полосой 2, прикрепленной к вершине треугольной РИЗ 1 таким образом, чтобы проба двигалась к бумажной трапеции 3 через РИЗ 1, изготовленную из неразмываемой РИБ. Для сравнения, по прототипу полосу той же РИБ непосредственно погружают в раствор одним концом. Сравнивают цвет РИЗ по стандартной цветовой шкале. После проведения процедуры анализа ограничительные пластины отделяют от элементов 1-3, промывают, высушивают и используют многократно без ограничения.

Сравнительные данные по чувствительности определения неорганических веществ с помощью ИТС-1 по примеру 1, содержащих в качестве РИ3-РИБ-Тесты из набора РИС ТУ 400-СП «И» 18-10-96-91 без ограничения срока действия [Островская В.М. Реактивные индикаторные средства РИС для многоэлементного тестирования воды. М.: МПО «1-ая Образцовая типография», 1992. 36 с., 8 с. илл.]: РИБ-Медь-Тест, стр.17; РИБ-Цинк-Тест, стр.21; РИБ-Гидразин-Тест, стр.33;, а также РИБ-Медь-Тест. РИБ- Цинк-Тест [RU 2126963. 1999], РИБ-Гидразин-Тест [RU 2088917, 1997], РИБ-Хлор-Тест [RU 2123689, 1998] приведены в таблице 1.

Таблица 1 Форма тестового средства с использованием реагенных индикаторных бумаг (РИБ) Время подъема пробы, с Минимальное количество определяемого вещества, мг/л Cu²⁺ Zn²⁺ Гидразин Хлор ИТС-1 из РИБ-Медь-Тест 30 0,2       Прототип РИБ-Медь-Тест   20       ИТС-1 из РИБ-Цинк-Тест 30   0,2     Прототип РИБ-Цинк-Тест     5     ИТС-1 из РИБ-Гидразин-Тест 30     0,1   Прототип РИБ-Гидразин-Тест       10   ИТС-1 из РИБ-Хлор-Тест 10       0,2 Прототип РИБ-Хлор-Тест         5

Пример 3. Индикаторное тестовое средство ИТС-2 из квадратной РИЗ, состыкованной с двух сторон впитывающими трапецеобразными (или трапецевидными) матрицами разного состава (фиг.2) для определения нитрит-ионов.

Готовят: РИЗ из пластины Сорбфил ПТСХ-П-В (АО «СОРБПОЛИМЕР») в форме квадрата 4 (фиг.2) размером 6 мм, содержащую 3-гидрокси-7,8-бензо-1,2,3,4-тетрагидрохинолин, и две бумажных равнобочных трапеции высотой 60 мм, основания 6 и 50 мм: одна пропитана составом для 1 стадии тест-реакции (5), содержащая 4-аминобензойную кислоту и лимонную кислоту, вторая - чистая фильтровальная бумага (3). К квадрату 4 с двух сторон стыкуют меньшими основаниями и прикрепляют трапеции 5 и 3. Полученный шестиугольник закрепляют между прозрачными пластинами. Площадь одной трапеции (1680 мм²) больше площади РИЗ (36 мм²) в ~45 раз.

Пример 4. Определение нитрит-ионов с помощью ИТС-2-Нитрит по примеру 3.

ИТС-2 погружают широким основанием трапеции 5 в раствор с нитрит-ионами. В пробе, поднимающейся по трапеции к индикаторной зоне 4, протекает первая стадия тест-реакции: взаимодействие нитрита с диазосоставляющей - 4-аминобензойной кислотой с образованием 4-диазобензойной кислоты, далее диазобензойная кислота продвигается в РИЗ 4, где реагирует с азосоставляющей - 3-гидрокси-7,8-бензо-1,2,3,4-тетрагидрохинолином с образованием азокрасителя, который окрашивает РИЗ в пурпурный цвет, а остаточный реакционный раствор под действием капиллярных сил удаляется в трапецию 3. Чувствительность определения нитрит-ионов 0.01 мг/л. Чувтвительность определения индикаторной полосы (квадрат РИЗ на полимерной подложке, содержащий 4-аминобензойную кислоту и 3-гидрокси-7,8-бензо-1,2,3,4-тетрагидрохинолин) РИП-Нитрит-Тест - 0.5 мг/л.

Пример 5. Повышение чувствительности известных тестов.

Реакционную зону ИП Меркоквант-Хромат-Тест (фирма Мерк, ФРГ) стыкуют на полимерной подложке полосы с трапецией из стекловолокна ВЛАДИСАРТ ТУ 9471-001-00212038-00 высотой 4 см, шириной нижнего основания 2 см, затем помещают между двух полиэтиленовых пленок и опускают в раствор таким образом, чтобы раствор к фильтровальной бумаге перемещался через квадратную реакионную зону Меркоквант-Хромат-Тест. Розово-фиолетовое окрашивание наблюдается при концентрации 0,5 мг/л. При обычном погружении ИП в этот же раствор окрашивания не наблюдается. Чувствительность прототипа; ИП Меркоквант-Хромат-Тест - 5 мг/л.

Пример 6. Определение железа (III) с помощью ИТС-2-Железо, изготовленного по примеру 3, но с составом прототипа.

Состав для трапеции 5: водный раствор, содержащий 40 г/л гидроксиламина сернокислого и 1.6 г/л гидроксида натрия. Состав для РИЗ 4: ацетоновый раствор 20 г/л 2,2'-дипиридила, трапеция 3 - чистая фильтровальная бумага. ИТС-2 погружают широким основанием трапеции 5 в раствор с железом (III). В пробе, поднимающейся по трапеции к индикаторной зоне 4, протекает первая стадия тест-реакции: восстаноление железа (III) до железа (II), далее железо (II) продвигается в РИЗ 4, где реагирует индикатором. Сравнение чувствительности по окраске РИЗ как ИТС-2, так и ИП прототипа представлено в таблице 2, из которой видно, что определение предельно-допустимой концентрации железа (равное 0.3 мг/л) возможно только с помощью ИТС-2.

Таблица 2 Тестовое средство Концентрация железа (III), мг/л 0.2 0.5 1 2 4 ИТС-2-железо (III) Розовая окраска Розовая окраска Красная окраска Красная окраска Красная окраска ИП прототип для железа (III) Нет окраски Нет окраски Розовая окраска Розовая окраска Красная окраска

Предлагаемое изобретение позволяет создать индикаторное тестовое средство для определения микроколичеств веществ, состоящее из твердофазных матриц, с иммобилизованными на них реагентами и индикаторами, обеспечивающее осуществление полуколичественного и количественного тест-определения микроколичеств веществ с повышенной чувствительностью.

Изобретение относится к устройствам для экспресс-анализа веществ с помощью иммобилизованных химических индикаторов на твердофазных носителях и может быть использовано в лабораторной практике и полевых условиях для экспрессного определения неорганических ионов и органических веществ в окружающей среде, технологических объектах, организмах. Индикаторное тестовое средство состоит из впитывающей реагентной индикаторной зоны, состыкованной своими противоположными краями с фильтровальными впитывающими элементами, и включенными между прозрачными ограничителями, причем по крайней мере один из фильтровальных впитывающих элементов пропитан реагентным составом, причем фильтровальные впитывающие элементы выполнены в форме многоугольников и соединены с впитывающей реагентной индикаторной зоной с двух ее сторон, при этом со стороны выхода из индикаторной зоны впитывающий элемент состыкован с ней своим меньшим основанием, таким образом, что сечение, перпендикулярное направлению потока анализируемой пробы, имеет тем больший размер, чем больше расстояние от места стыка. Достигается повышение чувствительности и информативности определения. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

1. Индикаторное тестовое средство для определения микроколичеств веществ, состоящее из впитывающей реагентной индикаторной зоны, состыкованной своими противоположными краями с фильтровальными впитывающими элементами, и включенными между прозрачными ограничителями, причем по крайней мере один из фильтровальных впитывающих элементов пропитан реагентным составом, отличающееся тем, что фильтровальные впитывающие элементы выполнены в форме многоугольников и соединены с впитывающей реагентной индикаторной зоной с двух ее сторон, при этом со стороны выхода из индикаторной зоны впитывающий элемент состыкован с ней своим меньшим основанием таким образом, что сечение, перпендикулярное направлению потока анализируемой пробы, имеет тем больший размер, чем больше расстояние от места стыка.

2. Индикаторное тестовое средство для определения микроколичеств веществ по п.1, отличающееся тем, что объемный многоугольник со стороны входа в индикаторную зону состыкован с ней своим меньшим основанием таким образом, что сечение, перпендикулярное направлению потока анализируемой пробы, имеет тем больший размер, чем больше расстояние от места стыка.

3. Индикаторное тестовое средство для определения микроколичеств веществ по п.1, отличающееся тем, что в качестве фильтровальных впитывающих элементов используются ксерогели, полиуретаны, стекловолокно, ткани, сорбционные пластины, фильтровальные бумаги.

4. Индикаторное тестовое средство для определения микроколичеств веществ по п.1, отличающееся тем, что в качестве прозрачных ограничителей используются полиэтиленовые, полипропиленовые, поливиниловые и лавсановые мягкие и жесткие пленки, пластины, а также пористое стекло.