Provedení průtokových testů Cl2 ve srovnání s konvenčním ponorným testem
Nejprve jsme porovnali komerčně dostupný test ponorem volného chloru od společnosti Merck s jednoduchým papírovým průtokovým testem k prozkoumání obecného vlivu kapilárně řízeného toku na citlivost testu, tj. k řešení otázky, zda dlouhodobé vystavení barviva analytu Řešení vede ke zvýšené citlivosti.
Za tímto účelem byla na bavlněný linterový papír o délce 9 cm bez dalších přísad vytištěna široká poduška SA inkoustu. Obrázek 3 ukazuje, že ponoření reakční zóny tohoto papírového proužku do roztoku chloru o koncentraci 5 ppm vede k intenzitě barvy srovnatelné s komerčním ponořovacím testem. Provedení testu průtoku však vede pouze k malému množství roztoku analytu, který nepokrývá reakční zónu okamžitě, ale teče kapilárními silami během 7–8 minut na konec 9 cm dlouhého papírového pásu, což vede k jasně vyšší barvě intenzita ve srovnání s komerčně dostupným dip testem. Vedle intenzity barvy závisí šířka barevné podložky také na koncentraci chloru. Pro lepší čitelnost je užitečné použít plášť kolem papírového proužku s otvorem, jak navrhuje Bauer et al. 9, aby se uživatel při interpretaci výsledků zaměřil na intenzitu barev. Alternativně je možné vytisknout ještě širší barevnou podložku a použít odečet na základě vzdálenosti 17,18,19. Barevná část však není homogenní a ke konci bledne, takže je obtížné měřit její délku. Tisk samostatných řádků barviva v testu toku čárových kódů20,21,22,23 namísto jedné části barviva usnadňuje odečet od oka, protože pro semikvantitativní analýzu lze porovnat intenzitu barvy i počet řádků. Obrázek 3 (dole) ukazuje skenování takových testů toku čárových kódů s pěti řádky po kontaktu s různými roztoky chloru. Opět platí, že barva průtokové zkoušky je mnohem intenzivnější než u ponorné zkoušky. Nakonec je rozlišení čárových kódů ve srovnání s jednoduchým průtokovým testem vylepšeno s ohledem na různé koncentrace. Tyto výsledky proto naznačují, že papírový průtokový test vede k vyšší citlivosti než ponorový test a navíc průtokový test umožňuje složitější tiskové vzory, které mohou zjednodušit semikvantitativní analýzu.
Obrázky komerčních testovacích proužků volného chloru po 2 s ponoření do roztoku volného chloru 5 až 0,5 ppm ve srovnání s 9 cm dlouhými průtokovými testy a testy čárového kódu po 2 s ponořením do 5 ppm roztoku nebo po roztocích 0,5 až 5 ppm volného chloru protékalo testem přibližně 7:30 min, respektive 5:30 min. Pamatujte, že kratší doba toku pro test toku čárového kódu ve srovnání s jednoduchým testem toku nastává v důsledku změny orientace papíru směrem k rychlejšímu směru stroje.
Zatímco 0,5 ppm chloru lze sotva detekovat komerčním ponorným testem, tato koncentrace je jasně viditelná pro zde navrhované průtokové zkoušky. Inkoust, který sestával z barviva v ethanolu, byl zatím jednoduše potištěn na bavlněném linterovém papíru bez jakýchkoli dalších přísad. Například pH je zvláště důležité pro oxidaci SA. Bylo zjištěno, že pH je výhodně nastaveno na 6,0, aby se zvýšila jak barevná odezva, tak citlivost7,8. Z tohoto důvodu jsme papír impregnovali fosfátovým pufrovacím roztokem o pH 5 nebo 6. Ve skutečnosti byl u testů ošetřených pufrem pozorován jasný nárůst intenzity. Zvýšení však bylo stejné pro pH 5 a 6. Jelikož impregnace pufrem pH 6 zdvojnásobila dobu průtoku, přičemž časové zpoždění způsobené pufrem pH 5 bylo menší než minuta, rozhodli jsme se pro další testy použít impregnaci pufru pH 5 aby výsledky testu byly co nejrychlejší a nejcitlivější (viz obr. 4, test označený „5“). Citlivost testů průtoku lze dále zvýšit zpracováním vyšších objemů24, čehož lze dosáhnout například delšími testovacími proužky25, a širší podložka na vzorky26 nebo vějířová prosakovací podložka 27. Ještě jednodušší způsob, jak zvýšit množství vzorku procházejícího reakční zónou, spočívá v přidání knotu po přilepení reakční zóny mezi testovací proužek a podložní kartu (srov. Obr. 2e). Pokud se použije stejný materiál pro knot a testovací proužek, objemová kapacita vzorku se zdvojnásobí na délku knotu. Protože používáme knoty poloviční délky průtokového testu, je 1,5násobek objemu analytu Obrázek 4a zobrazuje testy po analýze 2 ppm ch lorin řešení. Pro zkoušky s dalšími knoty je zbarveno více čar čárového kódu než bez nich (obr. 4a, test označený „A“).Kombinace pufru a knotů vede k vyššímu počtu barevných čar s intenzivnější barvou (obr. 4a, test označený „5A“). Použití extra silného skvrnitého papíru jako knotu (obr. 4a, test označený „5B“) se zvyšuje množství analyzovaného vzorku (hmotnosti vzorků uvedené na obr. 4a). Příliš vysoký průtok vzorku však vede ke krvácení barviva a méně čitelným výsledkům. Kromě toho byla doba toku v tomto případě podstatně delší kvůli pomalejšímu toku v blotovém papíru.
a) Obrázky testů toku čárového kódu po 2 ppm roztoku chloru protékaly testy po dobu pod snímky. Hmotnost zapsaná pod obrázky se vztahuje k množství vzorku absorbovaného testem, které bylo určeno vážením. Substrát pro testy označené „5“ byl před tiskem impregnován pufrem s pH 5. Testy označené „A“ měly další 4,5 cm dlouhý knot vyrobený z 2992 Schleicher & Schüll papíru ( Tloušťka 430 µm, 180 g / m²), testy označené „B“ měly knot vyrobený z Biorad blotovacího papíru (tloušťka 2,45 mm, 734 g / m²). (B) Intenzita fialového SA barviva v závislosti na koncentraci chloru extrahovány z první řady testů, jak je ukázáno příkladně pro 2 ppm v (a). Přerušované čáry byly integrovány pro vedení oka a byly získány asymptotickým exponenciálním přizpůsobením (y = a – bcx) souborů dat.
Aby bylo možné porovnat účinek pufru a dalšího knotu v detekovatelném rozsahu volného chloru, intenzita fialové barvy prvního řádku byla extrahována a vynesena na obr. 4b. Je pozoruhodné, že zvýšení intenzity barvy v důsledku impregnace pufru je velmi vysoké pro vysokou koncentraci chloru , ale pro zajímavější low end zanedbatelné. Účinek zvýšení intenzity barvy související s knotem je v celém rozsahu relativně konstantní, ačkoli Miller et al. zjistili, že zvýšení citlivosti v důsledku zvýšeného objemu vzorku je u nízkých koncentrací menší24. Zlepšení způsobené knotem v naší analýze se zdá být poměrně malé. Pro dolní konec je to však důležité, protože hlavním zdokonalením knotu je zvýšený počet barevných pruhů, a nikoli intenzita barev, která je vynesena na obr. 4b. Závěrem lze říci, že je nejlépe možné detekovat až 0,2 ppm volného chloru pomocí průtokových testů s přídavným knotem. Vezměte prosím na vědomí, že 0,2 ppm volného chloru způsobilo vizuálně pozorovatelný fialový odstín testu, ale při této vizuální kontrole není možné určit přísnou mez detekce. K tomu by byla nutná větší terénní studie zahrnující několik netrénovaných testerů, která je mimo rozsah této studie o principu proof-of-princip.
Spotřeba Cl2 substráty pro test průtoku
As jak bylo diskutováno výše, nastavení průtokového testu podstatně zvyšuje citlivost analýzy chloru. Existuje však také nevýhoda prodlouženého kontaktu mezi analytem a testem: většina silných oxidačních činidel, jako je volný chlor, nejen oxiduje redoxní barvivo, ale také interaguje s většinou potenciálních substrátových materiálů, včetně celulózy jako hlavní molekulární složky použité listy papíru 13. Stopová množství chloru mohou být spotřebována reakcí s materiálem substrátu při proudění do reakční zóny, což může omezit citlivost na 0,2 ppm volného chloru a také zvýšit chybu zjištěné absolutní koncentrace chloru. To se stává problémem, pokud mají být detekovány velmi malé koncentrace volného chloru. Aby se co nejvíce zvýšila citlivost, je třeba zvolit oxidačně stabilnější tokový substrátový materiál a je třeba vyhodnotit stabilitu substrátového materiálu proti oxidačním procesům.
Screening oxidační stability byl proveden smíchání kousků substrátu s 2 ppm roztokem chloru. Po zbarvení DPD byl fotometricky analyzován zbývající obsah chloru v supernatantu pro různé časové intervaly. Obrázek 5a ukazuje ztrátu chloru u roztoků po kontaktu s různými celulózovými substráty. Bavlněný linterový papír 2992 od Schleicher & Schüll, který byl použit pro všechny dosud prezentované testy, spotřebovává značné množství chloru. Již po kontaktní době několika minut, která je potřebná pro průtok roztoku testem, reagovalo s papírem více než 0,5 ppm volného chloru. Velmi čistý vlastní vyrobený laboratorní bavlněný linterový papír a papír DBS od společnosti Ahlstrom-Munksjö byly podstatně stabilnější než papír 2992, což naznačuje, že některé přísady do papíru v 2992 mohou být reaktivnější než čistá celulóza. Ale jak již bylo zmíněno dříve, samotná celulóza také reaguje s chlorem, což vede ke spotřebě 0,5 ppm po 60 minutách kontaktu roztoku chloru s papírovými papírky z čisté bavlny.Preoxidace celulosy koncentrovaným roztokem volného chloru po dobu 4 h nezvýšila stabilitu papíru, protože během tohoto zpracování byla pravděpodobně oxidována pouze malá část hydroxylových skupin. Účinnější oxidační úprava pomocí oxidace katalyzované TEMPO měla podstatný vliv na stabilitu laboratorně vyrobeného papíru: Překvapivě se tento předoxidovaný papír stal reaktivnějším vůči chloru, což lze vysvětlit zvětšením plochy, která vystavuje více hydroxylové skupiny pro oxidaci. Aby se zmenšil exponovaný povrch celulózy, byl papír 2992 zrohovatěním umístěním přes noc při teplotě 120 ° C do pece, což by mělo vést k nevratnému uzavření pórů a přilnutí stěn pórů k sobě28. Také toto zpracování však dále zvýšilo reaktivitu papíru, což naznačuje, že povrchové procesy celulózových vláken ještě nejsou dobře pochopeny a vyžadují další zkoumání nad rámec tohoto rukopisu.
(a, b) Ztráta chloru kontaktovat vzorky substrátu v průběhu času v 2 ppm roztoku chloru (12 mg substrátu na ml roztoku). Koncentrace chloru byla stanovena absorbancí oxidovaného DPD při 551 nm. „Blank“ znamená koncentraci počátečního roztoku chloru na začátku a na konci experimentu. (C) Snímky 9 cm dlouhých testů vyrobené z papírových substrátů impregnovaných pufrem po průtoku 5 a 1 ppm volného chloru pro doba uvedená pod testem. (d) Snímky 9 cm dlouhých testů vyrobené z alternativních necelulózových substrátů bez impregnace pufrem po průtoku 5 ppm volného chloru po dobu uvedenou pod testem. (a, c) Vzorky se skládají z následující papírové podklady: Schleicher & Schüll 2992, Schleicher & Schüll 2992 zhuštěný v peci při 120 ° C, laboratorní bavlněné lintery papír, předoxidovaný laboratorně vyrobený bavlněný papír na výrobu linteru, katalyzovaný TEMPO, laboratorní bavlněný papír na výrobu chlóru předoxidovaný volným chlorem (Cl2) a papír DBS od společnosti Ahlstrom-Munksjö. (b, d) Vzorky se skládají z následujících alternativních substrátů: PET substráty z Ahlstrom-Munksjö 6613 (čistý PET), 6613 H (s povrchově aktivní látkou) a d 6614 (s pojivem), Spec-Wipe 3 od VWR s 45% polyesteru a 55% celulózy, skleněné vlákno 691 od VWR a skleněné vlákno MN 85/90 BF od Macherey-Nagel. Doba toku je uvedena pod každou testovací fotografií. Vezměte prosím na vědomí, že doba toku pro papír Schleicher & Schüll 2992 se liší pro (c, d), protože v (c) byl papír použit v příčném směru (7:30 min) a v (d) ve směru stroje (5:30 min), čímž se snížila pouze doba toku a intenzita barev se významně nesnížila. Rozdíl v intenzitě barev zde je způsoben skutečností, že všechny testy uvedené v bodě (c) byly impregnovány vyrovnávací pamětí před tiskem, všechny testy v bodě (d) nikoli.
Fotometrický screening umožňuje porovnat reaktivitu chloru několika substrátů, přičemž poměr zvoleného 12 mg substrátu při kontaktu s 1 ml 2 ppm roztoku chloru je spíše náhodný. Zkouška průtoku o délce 9 cm a šířce 0,5 cm vyrobená z papíru o hmotnosti 180 g / m², jako je papír Schleicher & Schüll 2992, váží 81 mg a nasává zhruba 180 µl vzorku, což by výsledkem je poměr 450 mg papíru na 1 ml roztoku analytu protékajícího testem. Pokud se vezme v úvahu, že pouze 0,5 cm konec testu má trvalý kontakt s 0,5 ml roztoku chloru, tento poměr se sníží na 9 mg / ml, což je blízko zvolených 12 mg / ml pro screening. Kvůli tomuto velkému rozdílu mezi těmito dvěma předpoklady byla zkontrolována relevance screeningu substrátu pro výkon testu. Obrázek 5c zobrazuje obrázky testů toku provedených s různými papírovými substráty, které jsou tříděny na obr. 5a. Již analýza 5 ppm roztoku chloru ukazuje velké rozdíly mezi substráty. Zatímco pro více oxidačně stabilnější papírové podklady je všech 5 pruhů testu čárových kódů zabarveno, reaktivnější papíry předupravené oxidací nebo rohovkou katalyzovanou TEMPO vykazovaly mnohem méně pruhů. Kromě toho chemická preoxidace bavlněných linterů vedla k podstatnému prodloužení doby toku, a tedy také doby kontaktu roztoku roztoku a analytu. Při analýze 1 ppm chloru byl pozorován malý rozdíl v intenzitě barevných pruhů na papíru 2992 a stabilnějších alternativních papírech. Rozdíly zde však byly méně výrazné než u méně stabilních substrátů. Z výsledků zkoušek různých papírových substrátů je zřejmé, že testování stability chloru je relevantní pro výkon zkoušky a že pro zkoušku toku s velmi nízkými detekčními limity je zapotřebí více inertních substrátů než celulózový papír.