Тест-методы

1.2 Тест-методы

Тест-методы определения нитрит-ионов

1.2.1 Общая характеристика тест-методов химического анализа

На протяжении столетий химический анализ осуществлялся в лабораториях. Это было связано с необходимостью использования специальной химической посуды и оборудования, а также не всегда безвредных химических веществ, что требовало как минимум хорошей вентиляции, длительных и трудоёмких операций по разделению сложных смесей веществ. В значительной мере эти факторы действуют и в настоящее время, а потому миллионы химических анализов проводятся в условиях аналитических лабораторий, причём не только химических, но и физических, и биологических. В последнее время химический анализ перемещается из лабораторий в места, где находится анализируемый объект. Это одна из важных тенденций развития аналитической химии.

Потребности во внелабораторном анализе огромны. Анализ «на месте» имеет много достоинств. Экономятся время и средства на доставку проб в лабораторию и на сам, более дорогой, лабораторный анализ.

Есть группа средств, решающих задачу самого массового контроля вне лаборатории. Речь идёт о тест-методах анализа и соответствующих средствах для него.

Тест-методы - это экспрессные, простые и относительно дешёвые приёмы обнаружения и определения веществ, не требующие существенной подготовки пробы, сложных стационарных приборов, лабораторного оборудования (и вообще условий лаборатории), а главное – квалифицированного персонала.

По принципу действия тест-методы условно можно разделить на: химические, биохимические и биологические.

Основа химических тест-методов – аналитические реакции и реагенты, позволяющие визуально или с помощью портативного прибора наблюдать аналитический эффект. [8]

Чаще всего аналитическим сигналом в тест-методах служит появление или изменение окраски носителя, интенсивность окрашивания сорбента или длина окрашенной зоны индикаторной трубки. В основе возникновения аналитического сигнала лежат такие явления:

- светопоглощение;

- диффузное отражение;

- адсорбция;

- ионный обмен;

- экстракция;

- концентрирование;

- химические и ферментативные реакции.

Все эти явления тесно связаны друг с другом. Известно, что определению следовых количеств веществ, как правило, предшествуют стадии их экстракционного концентрирования или ионообменного разделения. Ионообменные материалы преимущественно используют для разделения веществ, а не для концентрирования, так как прежде чем анализировать поглощённые ионы, их необходимо элюировать, что влечёт за собой разбавление и, следовательно, потерю чувствительности. Лучшего результата можно достичь, измеряя аналитический сигнал определяемого элемента непосредственно на поверхности ионообменника или другого сорбента.

Между светопоглощением твёрдой фазы сорбента и концентрацией сорбированного на его поверхности вещества существует линейная зависимость. На этом явлении основан метод, получивший название твёрдофазной спектрофотометрии.

Для регистрации аналитического сигнала используют такие приёмы:

- визуальное сопоставление окраски раствора или сорбента со стандартной шкалой сравнения;

- «проявление» определяемого иона на сорбенте;

- измерение длины, площади, интенсивности окрашенной или обесцвеченной зон сорбента;

- измерение времени развития окраски. [9]

В настоящее время существует большой ассортимент сорбентов с иммобилизированными на их поверхности аналитичесними реагентами. Они обладают химической и механической устойчивостью, легко модифицируются и регенерируются. Такие сорбенты в наибольшей степени соответствуют требованиям, предъявляемым к визуальным тест-системам.

Тест-методы применяются для полуколичественного определения какого-то компонента – тогда нужна серия образцов сравнения, в которых тот же тест применяют к известным содержаниям этого компонента, или же печатная цветня шкала. С другой стороны, тест-метод можно использовать как предельную пробу, результатом которой является решение типа «есть - нет» относительно присутствия компонента, который определяют в пробе.

Тест-методы различаются по качеству и метрологическим характеристикам, в связи с чем и применяются для решения разных задач. Одна из них – скрининг, то есть оценка компонента с последующим более детальным обследованием, в том числе и в лаборатории.

В качестве сорбентов для тест-методов обычно используют:

- индикаторные бумаги и полосы;

- волокнистые наполненные материалы;

- кремнеземы и ксерогели;

- неорганические носители;

- вспененные полимеры – пенополиуретаны (ППУ). [8]

1.2.2 Пенополиуретаны и их свойства

Пенополиуретаны – пористые сорбенты с мембранной структурой, гидрофобная полимерная матрица которых содержит полимерные группы: уретановую, амидную, сложноэфирную, простую эфирную, мочевинную, концевую толуидиновую, что и позволяет использовать их для эффективной сорбции как неполярных,так и полярных молекул. [10]

ППУ представляет собой пластический материал, в котором часть твердой фазы заменена на газ в виде многочисленных пузырьков – ячеек, формирующих тем самым упорядоченную систему твердых квазисферических мембран. Особенности синтеза ППУ таковы, что в момент завершения реакции остаются изоцианатные (чаще всего толуиленизоцианатные) группы, которые легко гидролизуются под действием воды, в избытке находящейся в реакционной смеси, и превращаются в концевые толуидиновые группы. [11]

Пенополиуретаны являются довольно стабильными и инертными материалами. Они разлагаются при температуре, большей 180⁰С, растворяются только в концентрированных H₂SO₄ и HNO₃, окисляются щелочным раствором KMnO₄. Свойства ППУ на основе простых эфиров не изменяются при контакте с 8 моль/л HCl, 2 моль/л H₂SO₄ , ледяной CH₃COOH, 2 моль/л NaOH, концентрированным водным раствором аммиака, а также органическими растворителями: предельными углеводородами, простыми и сложными эфирами, спиртами, кетонами и др. Пенополиуретаны на основе сложных эфиров менее устойчивы в кислых и щелочных средах, поскольку в большей степени подвержены гидролизу. И те, и другие ППУ растворяются в горячих растворах хлорида мышьяка (III). [12]

Нейтронно-активационный анализ пенополиуретанов показал, что в исследуемых полимерах основной примесью является олово, причём в пенах на основе сложных эфиров его значительно меньше (порядка 25 мкг/г), чем в ППУ на основе простых эфиров (порядка 1000 мкг/г). Относительно высокое содержание олова является результатом использования в процессе полимеризации в качестве катализатора олово-органических соединений. Помимо этого металла в ППУ обнаружены незначительные количества хлора, брома, йода, натрия, магния и ванадия соответственно порядка 100; 2,5; 3; 45; 0,3 и 0,05 мкг/г. Чистота пенополиуретанов сравнима, а по ряду металлов, главным образом, тяжёлых, выше распространённых в химическом анализе активного угля, хелатных фильтров, хелатных и ионообменных сорбентов. [13]

Концевые толуидиновые группы полиуретановых форм могут подвергаться диазотизации, азосвязыванию и другим реакциям, типичным для мономерных ароматических аминов. Эти реакции могут быть использованы в химическом анализе. [14]