Die Antwort heißt wieder einmal Nanopartikel: Damit sich die Farbstoffe zum Nachweis von Schwermetallen nicht mehr wie bisher vom Teststreifen abwaschen, werden die Reagenzien nun in nanoskopischer Form aufgetragen. Beim Filtrieren bleiben die Partikel auf dem Cellulosemembran hängen und bilden eine gleichmäßig haftende Schicht für den empfindlichen Teststreifen.
Viele Schwermetalle sind Umweltgifte oder toxisch für den Menschen – Entsprechend niedrig sind die gesetzlichen Grenzwerte in Trinkwasser oder Abwässern. Für eine schnelle Analyse vor Ort bei Routinekontrollen der Wasserqualität ist eine rasche, kostengünstige Methodik gefragt, die ohne aufwändige Geräte auskommt. Ideal sind Teststreifen, die einfach eingetaucht werden und durch eine Verfärbung anzeigen, ob ein Schwermetall und wenn ja, wie viel 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 Farbstoffe ausgewaschen werden können, wodurch ihre Leistungsfähigkeit erheblich nachlässt. Ein wirklich zufrieden stellendes Verfahren zur Fixierung der Reagenzien gab es bisher einfach nicht. Doch nun hat das Forscherteam um Toshishige M. Suzuki vom National Institute of Advanced Industrial Science and Technology eine ganz einfache Methode gefunden, wie sich die Farbreagenzien auf den Teststreifen so gut fixieren lassen, dass sie weder von der Probenlösung ausgewaschen noch abgerieben werden können.
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 verteilt in der Lösung vorliegen. Beim Filtrieren durch eine Cellulosemembran bleiben 99.5 Prozent 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 gefiltert werden.
Zunächst haben Toshishige Suzuki und seinen Kollegen zwar nur Teststreifen hergestellt, die spezifisch auf zweiwertiges Zink, Quecksilber oder Eisen ansprechen – Doch die neue Methode ist auf eine Vielzahl wasserunlöslicher Farbreagenzien anwendbar, mit denen eine große Familie metallspezifischer Teststreifen entwickelt werden könnte.
(idw – Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V., 10.01.2006 – DGO)
