15.1. Застосування тест-методів в аналізі ґрунтів та вод

Незамінним під час аналізу вод та ґрунтових витяжок, причому в будь-якому місці, є визначення величини рН індикаторними паперами. Поширеними в експресних методах аналізу є окисно-відновні реакції. Це може бути, наприклад, відновлення срібла або золота сіллю Мора. Застосування мають реакції комплексоутворення металів з органічними хелатоутворюючими лігандами. Так, регулюючи рН середовища і маскуючи іони макроелементів (Ca, Mg, Fe, Al, Mn), можна селективно виявляти цілу низку важких металів дитизоном.

Аналіз проводять, використовуючи насичені реагентом індикаторні папері, реагенти фіксовані на твердій матриці, тверді порошки у вигляді кульок, таблеток, розчини реактивів у ампулах. Для аналізу застосовують також готові комплекти, які містять такі тест-засоби, а також допоміжні речовини, наприклад розчини кислот, буферні розчини, окисники (відновники), реагенти для маскування, рідини для зволоження.

Під час виконання аналізу іноді вводять індикаторний порошок у досліджуваний розчин і після його розчинення та взаємодії реєструють інтенсивність забарвлення розчину. Якщо порошок нерозчинний, то реєструють зміну та інтенсивність його забарвлення.

Якщо використовують індикаторні трубки, заповнені реагентом, фіксованим на носії, то через трубку пропускають певний об’єм розчину. Розчин можна вводити шприцом, можна трубку занурити в розчин, який завдяки капілярній силі піднімається вверх до кінця сорбента. Утворюється забарвлений продукт (аналіт), і за фронтом переміщення забарвлення визначають концентрацію досліджуваної речовини. Для чіткості ефекту хімічної реакції і можливості визначення вмісту інгредієнта має значення довжина трубки та її внутрішній діаметр, рН розчину, фізико-хімічні властивості індикаторного порошку.

Ефектом реакцій переважно є поява або зникнення забарвлення, зміна забарвлення. Рідше використовують реакції, які супроводжуються люмінесценцією. Ефект реакцій визначають візуально, порівнюючи з ефектом реакції для стандартного розчину даного інгредієнта (за розміром плями, довжиною поширення забарвлення). Більш точно визначають ефект реакції із застосуванням портативних приладів. Ними вимірюють світлопропускання, дифузне відбиття світла, інтенсивність люмінесценції.

Визначення металів у розчинах тест-методами

Визначення твердості води за вмістом Ca²⁺, Mg²⁺. Воду пропускають через папір, насичений еріохромом чорним Т у суміші з натрій тетраборатом. Колір паперу змінюється з синього на вишневий. Аналіз триває 10-15 хв і дозволяє виявити вміст кальцію та магнію на рівні 0,05-40 ммоль/л.

Визначають Fe(III) за червоними тіоціанатними комплексами [Fe(SCN)₆]^3-, які сорбуються з водного розчину пінополіуретановою таблеткою. Напівкількісний аналіз проводять, порівнюючи інтенсивність забарвлення таблетки з інтенсивністю забарвлення стандартних розчинів, причому повне вилучення таблеткою комплексів досягається через 15 хв. Цим способом можна виявити ферум (ІІІ) у межах концентрацій 0,02-1 мг/л. Визначенню не заважають інші катіони металів.

Визначення Fe(II). У розчин додають слабокислу буферну суміш і занурюють індикаторну трубку, наповнену порошком силікагелю, насиченим забарвленим у рожевий колір 2,6-дихлоріндофенолом. Дією Fe²⁺ 2,6-дихлоріндофенол відновлюється і знебарвлюється. Після підняття розчину на всю висоту трубки реєструють фронт зникнення забарвлення і порівнюють з відповідною шкалою.

Визначення Mn(II) проводять із застосуванням великої кількості різних реакцій. Це, по-перше, утворення з гідроксиламіном червоно-бурого комплексу [Mn(CH₂NO)₆]^2-. По-друге, застосовують його окиснення до фіолетового MnO₄^-. Кількість визначають за поширенням фронту забарвлення та його інтенсивності. По-третє, використовують реакції, в яких Mn²⁺ виступає в ролі каталізатора. Це може бути, наприклад, окиснення малахітового зеленого дією KJO₄. Кількість у цьому випадку визначають, вимірявши час, через який спостерігається зміна забарвлення. Цими способами можна виявляти манган при вмістах 0,03-0,5 мг/л.

Групове виявлення важких металів (на рівні 0,5 мг/л) проводять індикаторним папером, насиченим дитизоном з тіосечовиною та натрій ацетатом. За стійкістю дитизонати металів утворюють такий ряд:

Ag>Hg>Pd>Pt>Au>Cu>Bi>In Sn>Zn>Cd>Co>Pb>Ni>Fe(II)>Mg>Tl.

Використовуючи маскуючі реагенти та регулюючи рН, як описано в розділі 11.4, можна досягнути достатньо селективного визначення окремих катіонів з розчину.

Визначення сумарного вмісту Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Mn²⁺. Використовують індикаторну трубку з силікагелем (трубка довжиною 50 мм, діаметром 2 мм), насиченим 1-(2-піридилазо)-2-нафтолом. Вимірюють довжину поширення фіолетового забарвлення у трубці. Кількість визначають, порівнюючи довжину забарвлення трубки з довжинами забарвлення стандартних розчинів металів. Таким чином можна виявити метали з вмістом 0,01-1 ммоль/л.

Виявлення сполук Co, Hg, U, Pd проводять таблетками з силікагелю з прищепленими 4-(2-піридилазо)резорцином, 4-(2-тіазолілазо)резорцином, 1-(2-піридилазо)-2-нафтололом. Можна виявляти вміст 3-100 мкг/л солей цих металів.

Визначення Сu²⁺ проводять індикаторним папером, насиченим відновником (аскорбінова кислота або гідроксиламінгідрохлорид чи їх суміш). Відбувається відновлення Cu²⁺+ Cu⁺, після чого папір просушують.

Папір насичують розчином реагента на Cu+ купроїном

у суміші з емульгатором. Для підвищення чутливості можна додавати до реагента Na₂B₄O₇, H₃BO₃, NH₃.

Розчин, що містить Cu²⁺, доводять до рН 2-7 і пропускають 50-200 мл його через індикаторну трубку, заповнену носієм – імінодіацетатною смолою, з натрій діетилдитіокарбаматом. У присутності Cu²⁺ одержується коричневого кольору продукт. Визначувані концентрації – 0,5-10 мг/л.

Використовують індикаторну трубку (довжиною 50 мм, діаметром 1-2 мм), що містить порошок з 1-(2-піридилазо)-2-нафтололом, а розчин вводять шприцом. Реакцію проводять у кислому середовищі для підвищення селективності. Діапазон визначуваних концентрацій Cu²⁺ є в межах 0,12-0,4 мг/л. Визначенню не заважають макроелементи у водах та ґрунтах та мікроелементи, такі як Mn²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Pb²⁺.

Визначення Ni²⁺. У воду вносять аміачний буферний розчин і поміщають таблетку з пінополіуретаном, насиченим диметилгліоксимом. Таблетка рожевіє, а вміст напівкількісно оцінюють за інтенсивністю забарвлення таблетки в порівнянні з забарвленням таблетки, зануреної в стандартний розчин. Так визначають нікель при вмістах 0,2-4 мг/л. Визначенню не заважають інші важкі метали.

Визначення Zn²⁺. У розчин занурюють кубик з пінополіуретану, насиченого дитизоном при рН 6,2 і стушують з 1-2 мл розчину протягом декількох хвилин. Кубик червоніє, межа виявлення цинку– 0,05 мг/л.

Використовують папір, насичений дитизоном в етанолі, тіосечовиною, натрій карбонатом та желатином. Межа виявлення дитизонату цинку 0,5 мг/л.

Визначення Со²⁺. До розчину додають тіоціанат і занурюють таблетку з пінополіуретану. Таблетка сорбує голубий [Co(SCN)₆]^4-. Напівкількісно вміст оцінюють за інтенсивністю голубого забарвлення. Визначенню не заважають більшість важких металів. Так можна виявити кобальт при вмістах 0,1-4 мг/л.

Селективною є дія на Со²⁺ 1-(2-піридилазо) 2-нафтолу при рН 2-3 у присутності KJO₄. Перйодат окиснює Co²⁺ у Co³⁺, а останній утворює з реактивом комплекс зеленого кольору. Усі реагенти є іммобілізовані на таблетці з силікагелю, яку поміщають у досліджуваний розчин. Чутливість визначення дуже висока, до 0,004 мг/л.

Визначення Ag⁺. Використовують фільтрувальний папір, насичений жовтим CdS. Утворення чорного Ag₂S вказує на наявність солей аргентуму у розчині. Таким способом можна виявити аргентум при вмістах 0,5-10 г/л. За іншим способом у природній воді визначають вміст солей аргентуму папером, насиченим купрум дитизонатом.

Визначають сполуки Ag i Au відновленням їх солей у розчині дією Fe²⁺ у присутності комплексоутворювачів з утворенням плям синього (Au) або коричневого (Ag) кольору.

Визначення Hg(ІІ). Розчин доводять нітратною кислотою до 0,1 М. У цей розчин вносять індикаторний папір, насичений дифенілкарбазидом або дифенілкарбазоном – утворюється продукт фіолетово-синього кольору. Однак виявленню заважають ферум, кобальт, купрум та ін. Цим способом можна виявити меркурій з вмістом 2 мг/л.

Використовують індикаторний папір, який містить CuJ. У присутності Hg²⁺ утворюється червоно-оранжевого кольору комплекс Cu₂[HgJ₄], чутливість виявлення 0,1 мг/л. Цей метод достатньо селективний, заважають лише іони аргентуму, ауруму, платини, які можуть відновитися до металу у вигляді темного нальоту.

При рН 1-6 меркурій виявляють на піні з поліуретану, перемішаного з плюмбум дитизонатом. У статичному варіанті 1-2 мл розчину перемішують з піною, а в динамічному 100 мл розчину пропускають через колонку, заповнену піною. Кількість визначають за забарвленням дитизонату меркурію, порівнюючи зі стандартами. Визначення достатньо селективне, заважають лише Bi³⁺ i Ag⁺.

Відомий ще один дуже чутливий метод виявлення Hg²⁺ – інгібіторна дія на фермент пероксидазу

Визначення Hg²⁺ i (C₆H₅)₂Hg проводять, зануривши у розчин пінополіуретанову пластинку, насичену дитизоном. Після струшування протягом 10 хв визначають інтенсивність забарвлення пластинки меркурій дитизонатом. Таким способом виявляють 0,005 мг/л Hg²⁺ i 0,01 мг/л (C₆H₅)₂Hg.

Можна використати для визначення Hg²⁺ купрум дитизонат. Для цього папір, насичений купрум дитизонатом сірого кольору заклеєний у полімерну плівку, занурюють у розчин, підкислений до рН 0-1 – з’являється забарвлена у червоний колір меркурій дитизонатом зона. При інших значеннях рН зона більш розмита. Визначенню заважають лише Ag⁺ та S^2-, який утворює важкорозчинний HgS .

Визначення Cd²⁺. Розчин пропускають через колонку, заповнену кубиками силіцій діоксиду, насиченого комплексоутворюючим бромбензтіазо. Утворюється комплекс синьо-фіолетового кольору. Діапазон визначуваних концентрацій становить 0,05-0,5 мг/л.

Можна визначати Cd²⁺ та Hg²⁺ кубиками з пінополіуретану, насиченими дитизоном та плюмбум дитизонатом, однак визначенню заважає більшість важких металів. Межі визначуваних концентрацій для Hg²⁺ 0,2-10 мг/л, для Cd²⁺ 0,1-10 мг/л.

Визначення Pb²⁺. Рідку пробу пропускають через індикаторну трубку, заповнену порошком, насиченим родизонатом. Утворюється червоний осад плюмбум родизонату

Кількість визначають за інтенсивністю забарвлення. Діапазон визначуваних концентрацій становить 10-80 мг/л. Метод придатний для виявлення плюмбуму у стічних сильно забруднених водах.

Визначення Cr(VI). Рідку пробу підкислюють до одержання 1 М розчину H₂SO₄ у присутності 0,2 мМ натрій тетрафенілборату. У розчин занурюють таблетку з пінополіуретану, модифіковану дифенілкарбазидом. Забарвлення таблетки змінюється з блідо-рожевого та синє. Не заважають визначенню більшість важких металів. Метод дає можливість визначати хром у межах 0,01-0,2 мг/л.

Визначення As. Одержують ґрунтову витяжку. Спочатку у витяжці або в пробі води відновлюють AsO₄^3- до AsO₃^3- дією KJ. Потім на розчин діють розчином CuSO₄ з додаванням металічного Zn – арсеніт відновлюється до AsH₃. Одержану пару AsH₃ вловлюють папером, насиченим розчином AgNO₃ – виділяється Ag і папір змінює колір на чорно-коричневий. Таким способом можна виявити 0,05-3 мг/л арсену.

Тест-методом можна визначати загальні показники, такі як величину хімічного споживання кисню, „активний хлор”, вміст кисню у воді, біологічне споживання кисню.

Існують тест-методи для визначення аніонів CO₃^2-, SO₄^2-, F^-, H₂S, NO₃^-, NO₂^-, CN^-, PO₄^3-.

Визначають NO₂^- і NO₃^- у рідкому середовищі за довжиною забарвленої у бузковий колір зони тест-полоси (480 мм), заклеєної в полімерну плівку. Використовують діальдегідцелюлозний папір, з яким ковалентно зв᾿язаний 1-нафтіламін або N-(нафтіл-1)етилендіамін, діазоскладовою є новокаїн або анестезин, іммобілізований на папері.

Для аналізу відбирають 1 мл аналізованого розчину, додають 2 краплі 2М HCl. Обрезають по 1 мм з обох кінців тест-полосу і опускають одним кінцем в розчин. Після підняття рідини до кінця тест-полоси вимірюють довжину забарвленої зони і за градуйованим графіком визначають вміст нітритів. При визначенні нітратів на індикаторну полосу додатково пензлем наносять порошок цинку, який у кислому середовищі відновлює нітрати до нітритів, і продовжують аналіз, як описано вище. 

Визначення SO₄^2- можна проводити з використанням родизонату і солі Ba²⁺. Для цього на папір наносять краплю 0,2% родизонату і 1% розчину BaCl₂ – з’являється червоного кольору осад барій родизонату. При зануренні паперу в підкислений розчин, який містить сульфат, родизонат барію розкладається, утворюється важкорозчинний BaSO₄ і безбарвний родизон.

Виявляють CN^- у розчині за реакцією утворення бензидинової сині. Солі Cu²⁺ з ціанідами утворюють диціан (CN)₂, при взаємодії якого з водою виділяєтся кисень і окиснює бензидин до бензидинової сині:

2HCN + (CH₃COO)₂Cu  Cu(CN)₂ + 2CH₃COOH,

2Cu(CN)₂  CuCN + (CN)₂

(CN)₂+ H₂O  O + 2HCN,

Використовують індикаторний папір, змочений сумішшю розчинів купрум ацетату і бензидину. В колбу вносять 2-3 мл досліджуваного розчину, додають 1 мл 10 % тартратної кислоти. Колбу закривають корком, до якого прикріплений вологий індикаторний папір. Колбу нагрівають декілька хвилин на водяній бані. За наявності ціанідів у пробі папір синіє.

Визначення пестицидів тест-методами.

Важливе значення має екстпресне виявлення тест-методами залишків пестицидів у рослинах та продуктах.

Виявлення хлорорганічних пестицидів проводять на індикаторному папері або іншому полімерному матеріалі, насиченому ацетоном з о-толідином:

О-толідин взаємодіє зі сполуками хлору Cl₂, ClO^-. Так визначають альдрин, хлордан, ендосульфан, ДДТ.

Для дослідження індикаторний папір прикладають до вологого зрізу рослини – поява забарвлених плям вказує про залишок пестицидів, а їх розташування – про якісний склад

Карбамати виявляють методом тонкошарової хроматографії на готових пластинках Силуфол UV-254, носієм на яких є силікагель. Суть визначення полягає у тому, що аміногрупи карбаматів утворюють з силікагелем водневі зв’язки і таким чином затримуються на пластинці. Розділити усі карбамати на одній пластинці не вдається, тому розділення проводять паралельно на трьох пластинках різними рухливими розчинниками з одночасним розділенням трьох різних груп карбаматів стандартних сумішей.

Овочі чи фрукти подрібнюють. З проби масою 20 г екстрагують карбамати ацетонітрилом протягом 10 хв, після чого екстракт відфільтровують під пониженим тиском. Фільтрат з доданою дистильованою водою переносять у ділильну лійку, в якій екстрагують карбамати трьома порціями гексану та зневоднюють фільтруванням через Na₂SO₄. Надлишок гексану випаровують при 50-60С до залишку розчину біля 1 мл.

Рівними порціями одержаний розчин наносять на три хроматографічні пластини. Розділення проводять гексаном з ацетоном (1,5:1)

На першу пластину, крім досліджуваного розчину, наносять стандарт – розчин в ацетоні альдикарбу, метомілу, оксамілу.

На другу пластину по одну сторону від проби наносять ацетоновий розчин одного стандарту (карбарилу, пропоксуру, карбофурану, десмедіфаму), а по другу – ацетоновий розчин другого стандарту (карбарилу, пропоксуру, карбофурану, фенмедіфаму). Розділення проводять сумішшю хлороформу з етанолом (40:1).

На третю пластину біля проби наносять як стандарт ацетоновий розчин карбендазиму.

Хроматограми поміщають у камеру з бензолом і висушують. Потім витримують на повітрі і розділяють суміш дією бензолу з етанолом (9:1).

Для виявлення зон окремих пестицидів хроматограми проявляють різними реактивами (табл.15.1).

Таблиця 15.1. Умови виявлення карбаматів на хроматограмах

Сполука	Мінімальна кількість, мкг	Реактив	Забарвлення
Альдикарб Метоміл Оксаміл	0,25 0,5 0,5	0,5% розчин нінгідріну в суміші з 80 мл води і 20 мл льодяної ацетатної кислоти (Після дії реактиву хроматографічну пластинку термостатують при 170оС 10 хв)	Оранжево-рожеві плями на жовто-оранжевому тлі
Карбарил (1) Пропоксур (2) Карбофуран (3) Десмедіфам (4) Фенмедіфам(5)	0,25 0,25 0,25 0,25 0,5	а) 0,02% розчин етанолу б) через 10 хв хроматогра-фічну пластинку обробляють 11% розчином КОН в суміші 36 мл води і 53 мл етанолу	Фіолетово-бузкові (1), бірюзові (2), бузкові (3), фіолетово-сині (4), голубі та сині (5) плями на білому тлі
Беном Карбендазим	0,5 0,5	Суміш 1% розчину AgNO3 і 0,5% бромфенолового синього в ацетоні	Зеленувато-жовті або жовті плями на темно-синьому тлі

Перелік визначень одним із тест-комплектів, показаний в табл. Д.12.

У комплект для тест-контролю входять:

• кейс з ручкою;

• флакон-крапельниця з 2 М NaOH;

• флакон-крапельниця з 2M NaCl;

• ножиці; пінцет;

• шприци з гумовою манжеткою на 1мл та на 20 мл;

• флакони з корком для препаратів; мірна склянка;

• інструкція; пробні тест-системи на два аналізи (разом з інструкцією та відповідними шкалами);

• компакт-диск з фільмом „Тест-метод”.

Аналіз триває 5-15 хв, відносна похибка визначення для малих концентрацій інгредієнтів становить 30%.

Концентрацію визначають за такими параметрами:

• за інтенсивністю забарвлення рідини після внесення індикаторної речовини;

• за інтенсивністю забарвлення індикаторного паперу після пропускання рідини;

• за довжиною поширення зони на тест-засобі;

• за інтенсивністю або відтінком забарвленої зони індикатора.

Не менш важливе застосування має тест-аналіз під час контролю за наркотичними речовинами. Виявлення та визначення проводять на індикаторних паперах, спеціальних пластинах, у пробірках з використанням тест-ампул промислового виробництва.

Опій виявляють за допомогою реактиву, в склад якого входять формальдегід, сульфатна та ацетатна кислоти, або за реакцією з Fe₂(SO₄)₃.

Морфій, кодеїн, героїн виявляють сумішшю формальдегіду, сульфатної, ацетатної та концентрованої нітратної кислот.

За умови позитивного результату дослідження обов’язково завершують у лабораторії.