A gyorstesztek típusai, előnyök, hátrányok Kolorimetriás gyorstesztek

A színreakción alapuló módszer lényege egy szelektíven (az anyagban jelenlévő, egy adott vegyület vagy ion részvételével) végbemenő színreakció a meghatározandó, általában színtelen anyag és a hozzáadott reagens között. A reakció terméke egy viszonylag stabil színes vegyület, és a keletkezett szín intenzitása arányos a mérendő anyag koncentrációjával. Ezen az elven működik a kolorimetriás tesztek és tesztcsíkok döntő többsége. A koncentráció meghatározása színskálával való összehasonlítás alapján, vizuálisan történik, de a mennyiségi meghatározás történhet pontosabban, műszeres (spektrofotometriás) kiértékeléssel is.

A kvantitatív analízis alapja a LambertBeer-törvény. Az ultraibolya és a látható színképtartományban elnyelő molekulák híg oldataiban az oldat koncentrációja egyenesen arányos a mintába belépő és onnan kilépő (vagy a tesztcsíkoknál az arról reflektálódó) monokromatikus fény intenzitása hányadosának logaritmusával, az abszorbanciával. A LambertBeer-törvényből következik, hogy a színintenzitás és a koncentráció között az összefüggés logaritmikus, ezért a mérhető koncentrációtartomány kb. 2 nagyságrendet fog át, és a leolvasás lépésközei a logaritmus függvénynek felelnek meg (pl.: 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100).

A kolorimetriás gyorsteszteknél a színreakció oldatban megy végbe, a mérést küvettákban, kémcsövekben végezzük, és a kiértékelés vizuálisan történik. Komparátor- (összehasonlító-) küvettás gyorstesztnél két kis küvettát építettek össze. Az egyik az összehasonlító küvetta, egy átlátszó színskála, amely különböző sötétségű kis műanyag ablakokból áll. Ezek reprezentálják a mért paraméter különböző koncentrációit. A másik a reakcióedény, ebbe tesszük a vizsgálandó mintaoldatot és reagenseket. A színreakció lejátszódása után a reakcióedény színét összevetjük a színskálával. A csúszó színpalettás gyorstesztnél is két üvegcsét (hengeres küvettát) használunk.

Az egyik a vakpróba, ebbe csak a mintaoldatot tesszük, a reagenseket nem, a másikban zajlik le a színreakció. A teszt része a színpaletta, amelyre két sorban korongokat festettek, az egyik sor fehér, a másik adott koncentrációknak megfelelő színű. A két kis üvegcsét úgy helyezzük el a színpalettán, hogy felülről, az egész oldatrétegen áttekintve, a két korongot azonos színűnek

158 River Empathy, The Blue Danube Projekt (1999), Primax Ltd, Bulgaria

159 Riedel M., Hobinka I. (1992): Iskolakultúra II, 41

160 Hobinka I., Riedel M. (1993): Fizikai Szemle, LXIII , 140

161 Az Európai Levegőszennyezési Projekt tapasztalatainak összefoglalása 1992 – 1998 (1998).

Környezetgazdálkodási Intézet, Budapest

lássuk. A gyorstesztek dobozokban kaphatók, ebben megtalálható minden szükséges anyag és eszköz, a küvetták, a kémcsövek, a hígító edények, a reagensek és a kiértékelő színskála.

A tesztcsíkokkal való mérés alapelve megegyezik a koloroimetriás gyorstesztekével. A kvantitatív tesztcsíkok műanyag lapocskák, amelyeken egy vagy több reakciózónát alakítottak ki szűrőpapírból. A reakciózóna tartalmazza a kimutató reagenst, továbbá szükség szerint puffert, maszkírozó anyagot és más kiegészítőket. Az összes reakció a parányi 55 mm-es reakciózónában játszódik le szabályozottan, egymás utáni lépésekben. Méltán mondhatjuk tehát, hogy a tesztcsíkok a kémiai csúcstechnológiához tartoznak, és a „kémiai mikrocsip” elnevezés sem indokolatlan. A gyorstesztek egy-egy ionra vagy vegyületre nagymértékben szelektívek. A szelektivitás azt jelenti, hogy a kérdéses színreakció kizárólag a kívánt ionnal zajlik le, és egy adott ion koncentrációját sok más ion (vegyület) jelenlétében is meghatározhatjuk. Példaként a nitrát tesztcsík színreakcióját mutatjuk be^162,163. A tesztcsík reakciózónája redukáló anyagot tartalmaz, amely a nitrátot nitritté redukálja. A nitrition savas közegben a szulfanilsavat redoxireakcióban diazóniumsóvá alakítja (diazotálás):

szulfanilsav diazóniumsó

A diazóniumsók sok aromás vegyülettel élénk színű diazofesték képződése közben reagálnak, és ez a szín adja a mérési lehetőséget:

diazóniumion N-1-naftil- etilén-diamin lilás-vörös azofesték

A tesztcsíkok használata végtelenül egyszerű. A reakciózónát néhány másodpercre belemerítjük az oldatba, kivesszük és a rajta maradt oldatot lerázzuk. A megfelelő reakcióidő (1 másodperc - 5 perc) leteltével kialakul az adott koncentrációnak megfelelő színerősség, ezt összehasonlítjuk a színskálával és leolvassuk az eredményt. A skála színértékeit pontosan erre a reakcióidőre állították be, ezért azt be kell tartani. A színek rendszerint nem korlátlanul stabilisak, ezért a leolvasást célszerű a reakcióidő letelte után azonnal elvégezni. Ha a kialakult szín intenzívebb, mint a színskála legutolsó színe, az oldatot a megismételt mérés előtt hígítani kell. Az egyes koncentrációknak megfelelő színek jól megkülönböztethetőek, és némi gyakorlattal a köztes értékek is megbecsülhetők. A pontosabb koncentrációmeghatározás céljából fejlesztették ki a reflexiós spektrofotométereket (reflektométer). Az erre a célra gyártott spektrofotométerek kis méretét és viszonylagos olcsóságát azzal érték el, hogy bennük a fényforrás egy vagy több fénykibocsátó dióda (LED). A tesztcsomaghoz mellékelt használati utasítás tartalmazza a mérés menetének pontos leírását, a reakcióidőt, a megkívánt pH-tartományt, a pH beállításához szükséges anyagok nevét, az interferenciát okozó tényezőket, a biztonsági előírásokat.

162 Riedel M., Hobinka I. (1992): Iskolakultúra II, 41

163 Hagenstein, K. (1988): Die Nitrat Story, Merck, Jünger Vlg.

NH₂

Titrimetriás gyorstesztek

Ismert, hogy a titrimetriás analízist olyan reakciókkal lehet végezni, amelyek adott reakcióegyenlet értelmében kvantitatívan és gyorsan végbemennek, végpontjuk indikátorral jelezhető. Ezért a reakcióban részt vevő egyik reagens mennyiségének ismeretében az azzal reagáló reakciópartner mennyisége sztöchiometriai számítás segítségével meghatározható. A felhasznált reagens mennyiségét a mérőoldat térfogatának mérése útján állapítjuk meg. Ezen az elven működnek a titrimetriás gyorstesztek és néhány tesztcsík, például a vízkeménység meghatározására szolgáló teszt is.

A titrimetriás gyorsteszt csomag tartalmazza a reagenseket, az indikátort, a precíziós cseppentőket, titráló pipettákat (ez rendszerint egyszerű injekciós fecskendő), a hígításhoz szükséges edényeket, és a pontos tájékoztatást a mérés végrehajtásáról és a kiértékeléséről. A titrimetriás gyorstesztek tulajdonképpen a hagyományos, laboratóriumi titrálást valósítják meg, de az eszköz kivitele olyan, hogy a mérés nehéz körülmények között, terepen is elvégezhető. A titrálandó minta mennyisége, a mérőoldat koncentrációja és cseppmérete úgy van összehangolva, hogy a cseppek száma, illetve a titráló pipettáról leolvasható fogyás közvetlenül a vizsgált paraméter koncentrációját adja meg. A titrimetriás gyorstesztek lépésköze lineáris (és nem logartimikus). A titrimetriás gyorstesztek jellemző példája a vízben oldott oxigén mérésére szolgáló eszköz, amely a hagyományos Winkler-módszeren¹⁶⁴ alapszik.

Megoldották a titrálásnak egy tesztcsíkon való elvégzését is. Erre példa a vízkeménység meghatározására szolgáló gyorsteszt. A meghatározás elve komplexometriás titrálás EDTE (etilén-diamin-tetraecetsav dinátrium sója) mérőoldattal, pl. eriokróm-fekete indikátorral. Az indikátor lúgos közegben a Ca²⁺- és Mg²⁺-ionokkal borvörös komplexet képez, az EDTE hozzáadásával ebből kékes színű kelátkomplex képződik. A tesztcsíkon 4-5 reakciófelületet alakítottak ki, amelyekben az indikátor mellett különböző mennyiségű EDTE van. A tesztcsík reakciózónáinak a vizsgálandó vízbe való bemártásakor tulajdonképpen egy gyors komplexometriás titrálást végzünk el. Egyes zónák az alultitrált állapotot, a többi zóna a túltitrált állapotot mutatja¹⁶⁵. A színskálával összehasonlítva a víz keménysége közvetlenül leolvasható (24.

ábra).

24. ábra. Vízkeménységet mérő gyorsteszt különböző keménységű vizekben Érzékenység, mérési pontosság, előnyök, hátrányok

A gyorstesztek egyik fontos adata a mérési tartomány. Ez rendszerint két nagyságrendet fog át, a színreakciók esetén logaritmikus léptékben. A mennyiségi adatok félkvantitatívak, de ez oktatási célra teljesen megfelelő. Fontos, hogy a tervezett kísérlethez a megfelelő mérési tartományú eszközt szerezzük be. Néhány teszt érzékenységi és pontossági adatait (a kimutatható legkisebb koncentrációt, a pontosságot és a mérési tartományt) a 7. táblázat tartalmazza. Látható,

164 Burger K. (1999): Az analitikai kémia alapjai, Semmelweis Kiadó, Budapest

165 Riedel M., Hobinka I. (1992): Iskolakultúra II, 41

hogy a tesztcsíkok kisebb érzékenységűek és pontosságúak, mint a kolorimetriás eszközök. A legkisebb koncentráció, amelyet még ki tudnak mutatni általában 5-10 mg/L¹⁶⁶ és a legnagyobb pontosság is 10 mg/L. A küvettás módszerek kb. két nagyságrenddel nagyobb az érzékenységűek és pontosságúak, és a legkisebb kimutatható koncentráció általában kb. 0,1 mg/L.

7. táblázat. Néhány gyorsteszt érzékenysége és pontossága^167,168

Mérendő

A mérések egyszerűek, gyorsak, a gyakorlatlan, az analitikában járatlan emberek (tanulók) is könnyen elvégezhetik. A különböző víz- és oldatminták előkészítést általában nem igényelnek, közvetlenül elemezhetők. Ha mégis szükséges a minta előkészítése, akkor minden reagens, eszköz és a kivitelezés módjának leírása is megtalálható a tesztcsomagokban. A tesztcsíkokkal lehetőség van közvetlenül a minta felületén történő elemzésre is, például fémek vizsgálatánál, gyümölcsök C-vitamin-tartalmának meghatározásakor. A vizsgálatokat a helyszínen el lehet végezni, mert ehhez minden anyag és eszköz a rendelkezésre áll. Ez nagyon fontos, például a felszíni vizek oxigéntartalmának a helyszínen történő meghatározásánál, gazdaságossági szempontból egy üzemben a technológiai folyamat ellenőrzésénél stb. A tanár szempontjából pedig hasznos az, hogy egy kémiaóra vagy szakkör helyszíne akár egy folyópart, egy strand vagy a közelben levő piac is lehet. Ez ugyanis önmagában is motiváló hatású, valamint segít a kémia és a hétköznapi élet kapcsolatának tudatosításában is.

A tesztek érzékenysége és pontossága korlátozott. Így olyan antropogén szennyezőanyagokat, amelyek már igen kis koncentrációban is veszélyesek, még spektrofotometriás gyorsteszttel sem tudunk kimutatni. Ilyenek például az ólom, a fenol, a kadmiumion, az ásványi olajok. Számos, például környezetkémiai szempontból is fontos anyagra nincs is gyorsteszt. Többek közt hiányzik a higanyionok, a jodidionok, a peszticidek, a C-vitaminon kívül más vitaminok mérési lehetősége.

A kémiatanár szempontjából hátrány (bár más felhasználónak ez valószínűleg nem fontos), hogy a tesztleírások nem tartalmazzák a kimutatás alapjául szolgáló kémiai reakciót. Ezt oktatásban a tanárnak kell pótolni, vagy legalább utalni rá. Sajnos az érzékenység és pontosság növekedésével rohamosan nő a gyorstesztek ára. Az általános és középiskolák számára a tesztcsíkok viszonylag alacsony költségráfordítással elérhetők. A titrimetriás és a kolorimetriás gyorstesztek azonban drágábbak, ezért ezeket valószínűleg kevesebb intézményben tudják megvásárolni. Az elektronikus zsebműszerek ára rohamosan csökken. Egy tesztcsomag általában 100 mérésre elegendő, sok esetben jó lenne, ha kisebb mennyiségeket is lehetne vásárolni.

4.3. Vízvizsgálatok és élelmiszervizsgálatok gyorstesztekkel

166 A liter a térfogat SI-n kívüli, de korlátlanul használható mértékegysége. Jele l és az 1-gyel való összetéveszthetőség miatt L. 1 L = 1 dm³. A mindennapi életben és az analitikai kémiában gyakran használják a litert. Ebben a szövegben a L és dm³ egységeket egyaránt használjuk.

167 Rapid Test Handbook (1987), Merck

168 Macherey-Nagel Rapid Test Handbook Visocolor and Nanocolor, é.n