Cl2-virtaustestien suorituskyky verrattuna tavanomaiseen kastelutestiin
Ensinnäkin verrattiin Merckin kaupallisesti saatavana oleva ilmainen kloorikastetesti yksinkertaisella paperipohjaisella virtaustestillä kapillaariohjatun virtauksen yleisen vaikutuksen tutkimuksen herkkyyteen tutkimiseksi eli kysymyksen ratkaisemiseksi, onko väriaineen pitkäaikainen altistuminen analyytille ratkaisu lisää herkkyyttä.
Tätä varten leveä SA-mustetyyny painettiin 9 cm pituiselle puuvillasintteripaperille ilman muita lisäaineita. Kuvio 3 osoittaa, että tämän paperiliuskan reaktiovyöhykkeen kastuminen 5 ppm klooriliuokseen johtaa väriintensiteettiin, joka on verrattavissa kaupalliseen kastokokeeseen. Virtaustestin asettaminen vain pieneen määrään analyyttiliuosta, joka ei peitä reaktiovyöhykettä välittömästi, mutta virtaa kapillaarivoimien avulla 7–8 minuutissa 9 cm: n pituisen paperiliuskan loppuun, johtaa selvästi korkeampaan väriin intensiteetti verrattuna kaupallisesti saatavilla olevaan dip-testiin. Värillisen tyynyn leveys riippuu värin voimakkuuden lisäksi myös klooripitoisuudesta. Paremman luettavuuden saavuttamiseksi on hyödyllistä käyttää aukkoa paperiliuskan ympärillä, kuten Bauer et ai.9 ehdotti, että käyttäjä keskittyy värien voimakkuuteen tulosten tulkitsemiseksi. Vaihtoehtoisesti on mahdollista tulostaa vieläkin leveämpi väriainepehmuste ja käyttää etäisyyspohjaista tunnistuslukua17,18,19. Värillinen osa ei kuitenkaan ole homogeeninen ja haalistuu loppua kohti, mikä tekee sen pituudesta vaikeasti mitattavan. Erillisten väriviivojen tulostaminen viivakoodivirtaustestissä 20,21,22,23 yhden väriaineen sijasta helpottaa lukemista silmällä, koska sekä värin voimakkuutta että viivojen määrää voidaan verrata puolikvantitatiiviseen analyysiin. Kuvassa 3 (alaosa) on esitetty tällaisten viivakoodivirtaustestien skannaukset viidellä linjalla kosketuksen jälkeen erilaisiin klooriliuoksiin. Jälleen virtaustestin väri on paljon voimakkaampi kuin kastetussa testissä. Lopuksi viivakoodiasetus parantaa erottuvuutta erilaisten pitoisuuksien suhteen verrattuna yksinkertaiseen virtaustestiin. Näin ollen nämä tulokset viittaavat siihen, että paperipohjainen virtaustesti johtaa suurempaan herkkyyteen kuin upotustesti, ja lisäksi virtaustesti mahdollistaa monimutkaisemmat tulostusmallit, jotka voivat yksinkertaistaa puolikvantitatiivista analyysia.
Kuvia kaupallisista vapaan kloorin testiliuskoista 2 sekunnin upotuksen jälkeen 5 – 0,5 ppm: n vapaaseen klooriliuokseen verrattuna 9 cm: n pituisiin virtaustesteihin ja viivakoodivirtaustesteihin 2 sekunnin upotuksen jälkeen 5 ppm: n liuokseen tai 0,5 – 5 ppm: n vapaan kloorin liuosten jälkeen virtasi testin läpi noin 7:30 min tai 5:30 min. Huomaa, että viivakoodivirtaustestin lyhyempi virtausaika verrattuna yksinkertaiseen virtaustestiin johtuu paperin suunnan muutoksesta koneen nopeampaan suuntaan.
Vaikka 0,5 ppm klooria voidaan tuskin havaita vain kaupallisella upotustestillä, tämä pitoisuus on selvästi nähtävissä tässä ehdotetuissa virtaustestissä. Toistaiseksi etanolissa olevasta väriaineesta koostuva muste on yksinkertaisesti painettu puuvillasintteripaperille ilman muita lisäaineita. PH on erityisen tärkeä esimerkiksi SA: n hapettumiselle. Todettiin, että pH asetetaan edullisesti arvoon 6,0 sekä värivasteen että herkkyyden lisäämiseksi7,8. Siksi kyllästimme paperia fosfaattipuskuriliuoksella, jonka pH oli 5 tai 6. Todellakin, puskurilla käsitellyissä testeissä havaittiin selkeä intensiteetin kasvu. Lisäys oli kuitenkin sama pH-arvoilla 5 ja 6. Koska impregnointi puskurilla pH 6 kaksinkertaisti virtausajan, jolloin puskurin pH 5: n aiheuttama viive oli alle minuutti, päätimme käyttää pH 5 -puskurikyllästystä jatkokokeisiin testitulosten saamiseksi mahdollisimman nopeasti ja herkästi (vrt. kuva 4, testi merkinnällä ”5”). Virtaustestien herkkyyttä voidaan lisätä edelleen käsittelemällä suurempia määriä24, mikä voidaan saavuttaa esimerkiksi pitemmillä testiliuskoilla25, a leveämpi näytepehmuste26 tai tuulettimen muotoinen imupatja 27. Vielä yksinkertaisempi tapa lisätä reaktiovyöhykkeen läpi kulkevan näytteen määrää koostuu sydänlangan lisäämisestä testiliuskan ja taustakortin väliin liimatun reaktiovyöhykkeen jälkeen (vrt. Kuva 2e.) Kun sydänlangalle ja testiliuskalle käytetään samaa materiaalia, näytteen tilavuus kaksinkertaistetaan sydämen pituudelle. Kun käytämme sydänlankoja puolet virtauskokeen pituudesta, 1,5 kertaa Kuvassa 4a on esitetty testit 2 ppm koon analysoinnin jälkeen loriiniliuos. Lisää viivakoodiviivoja värjätään lisälankailla tehtävissä testeissä kuin ilman (kuva 4a, testi merkitty ”A”).Puskurin ja imutyynyjen yhdistäminen johtaa suurempaan määrään värillisiä viivoja, joiden väri on voimakkaampi (kuva 4a, testi merkitty ”5A”). Erittäin paksun blot-paperin käyttö sydämenä (kuva 4a, testi merkitty ”5B”) kasvaa edelleen analysoidun näytteen määrä (kuvassa 4a mainitut näytemassat). Liian suuri näytevirta johtaa kuitenkin väriaineen vuotamiseen ja vähemmän luettaviin tuloksiin. Lisäksi virtausaika oli tässä tapauksessa huomattavasti pidempi blot-paperin hitaamman virtauksen vuoksi.
a) Viivakoodivirtaustestien kuvat 2 ppm: n vapaan klooriliuoksen jälkeen virtaavat testien läpi ajan alle kuvia. Kuvien alle kirjoitettu massa liittyy testin absorboimaan näytteen määrään, joka määritettiin punnitsemalla. ”5”: lla merkittyjen testien substraatti kyllästettiin puskurilla, jonka pH oli ennen arvoa 5. ”A” -merkinnällä varustetuissa testeissä oli lisäksi 4,5 cm pitkä sydänlanka, joka oli valmistettu 2992 Schleicher & Schüll-paperista ( B30: lla merkittyjen testien sydänlanka oli valmistettu Biorad-blottauspaperista (paksuus 2,45 mm, 734 g / m²). (B) Purppuran SA-väriaineen voimakkuus klooripitoisuuden mukaan uutettu ensimmäiseltä testiriviltä, kuten on esitetty esimerkinomaisesti 2 ppm kohdasta (a). Katkoviivat integroitiin silmän ohjaamiseksi ja ne saatiin asymptoottisella eksponenttisella sovituksella (y = a – bcx). / p>
Jotta voidaan verrata puskurin ja ylimääräisen sydämen vaikutusta havaittavan vapaan kloorin alueella, Ensimmäisen linjan violetin värin voimakkuus uutettiin ja piirrettiin kuvaan 4b. On huomattavaa, että puskurikyllästyksestä johtuvan värin voimakkuuden kasvu on erittäin voimakasta korkealla klooripitoisuudella , mutta vähäpätöisempi mielenkiintoisemman matalan pään suhteen. Sydänlankaan liittyvän värin voimakkuuden kasvun vaikutus on suhteellisen vakio koko alueella, vaikka Miller et ai. havaittiin, että lisääntyneen näytemäärän aiheuttama herkkyyden kasvu on pienempi pienillä pitoisuuksilla24. Analyysissamme olevan sydänlangan aiheuttama parannus näyttää melko pieneltä. Se on kuitenkin tärkeä matalan pään kannalta, koska sydänlangan tärkein parannus on värillisten raitojen lisääntynyt lukumäärä eikä kuvassa 4b esitetty värien voimakkuus. Yhteenvetona voidaan todeta, että parhaimmillaan on mahdollista havaita 0,2 ppm vapaa kloori käyttämällä ylimääräisen sydänlangan virtauskokeita. Huomaa, että 0,2 ppm vapaa kloori aiheutti visuaalisesti havaittavan purppuran sävyn testissä, mutta tässä silmämääräisessä tarkastuksessa ei voida määrittää jäykkää havaintorajaa. Tätä varten tarvitaan suurempi kenttätutkimus, johon osallistuu useita kouluttamattomia testaajia, mikä ei kuulu tämän periaatteellisen tutkimuksen piiriin.
Virtaustestisubstraattien Cl2-kulutus
Kuten kuten edellä on selostettu, virtauskoejärjestely lisää merkittävästi kloorianalyysin herkkyyttä. Analyytin ja testin välillä on kuitenkin myös pitkittynyt kontakti: useimmat vahvat hapettimet, kuten vapaa kloori, hapettavat paitsi redoksiväriainetta myös vuorovaikutuksessa useimpien mahdollisten substraattimateriaalien kanssa, mukaan lukien selluloosa tärkeimpänä molekyylikomponenttina. käytetyt paperiarkit 13. Pieniä määriä klooria voidaan kuluttaa reaktiolla substraattimateriaalin kanssa virtaamalla reaktiovyöhykkeelle, mikä voi rajoittaa herkkyyden 0,2 ppm vapaaseen klooriin sekä lisätä määritetyn absoluuttisen klooripitoisuuden virhettä. Jälkimmäisestä tulee ongelma, jos halutaan havaita hyvin pienet vapaan kloorin pitoisuudet. Herkkyyden lisäämiseksi mahdollisimman paljon on valittava hapetusta kestävämpi virtaava substraattimateriaali ja substraattimateriaalin stabiilisuus hapetusprosesseja vastaan on arvioitava.
Hapettumisen vakauden seulonta suoritettiin substraattikappaleiden sekoittaminen 2 ppm klooriliuoksella. Supernatantin jäljellä oleva klooripitoisuus eri aikaväleillä analysoitiin fotometrisesti DPD-värjäyksen jälkeen. Kuvassa 5a on esitetty liuosten kloorihäviö kosketuksessa erilaisten selluloosasubstraattien kanssa. Schleicher & Schüllin puuvillasintteripaperi 2992, jota on käytetty kaikissa tähän mennessä esitetyissä testeissä, kuluttaa huomattavan määrän klooria. Jo muutaman minuutin kontaktiajan jälkeen, joka tarvitaan liuoksen virtaamiseksi testin läpi, yli 0,5 ppm vapaata klooria reagoi paperin kanssa. Erittäin puhdas itse valmistettu laboratorion puuvillasintteripaperi ja Ahlstrom-Munksjön DBS-paperi olivat olennaisesti vakaampia kuin 2992-paperi, mikä osoittaa, että jotkut paperin lisäaineet vuonna 2992 voivat olla reaktiivisempia kuin puhdas selluloosa. Mutta kuten aiemmin mainittiin, selluloosa itse reagoi myös kloorin kanssa, mikä johtaa 0,5 ppm: n kulutukseen 60 minuutin klooriliuoksen kosketuksen jälkeen puhtaiden puuvillasintteripapereiden kanssa.Esihapetettu selluloosa konsentroidulla vapaalla klooriliuoksella 4 tunnin ajan ei lisännyt paperin stabiilisuutta, koska luultavasti vain pieni osa hydroksyyliryhmistä hapetettiin tämän käsittelyn aikana. Tehokkaammalla oksidatiivisella käsittelyllä käyttäen TEMPO-katalysoitua hapetusta oli merkittävä vaikutus laboratoriossa valmistetun paperin vakauteen: Yllättäen tämä esihapetettu paperi muuttui reaktiivisemmaksi klooria kohtaan, mikä selittyy pinta-alan kasvulla, joka altistaa enemmän hydroksyyliryhmät hapetusta varten. Altistuneen selluloosan pinta-alan pienentämiseksi 2992-paperia kauhistettiin asettamalla se yön yli 120 ° C: seen uuniin, minkä pitäisi johtaa peruuttamattomaan huokosten sulkeutumiseen ja huokosseinämien tarttumiseen toisiinsa28. Kuitenkin myös tämä käsittely lisäsi paperin reaktiivisuutta edelleen osoittaen, että selluloosakuitujen pintaprosesseja ei vielä tunneta hyvin ja ne tarvitsevat lisätutkimuksia tämän käsikirjoituksen ulkopuolella.
(a, b) Kloorihäviö kosketuksiin substraattinäytteiden kanssa ajan myötä 2 ppm klooriliuoksessa (12 mg substraattia / ml liuosta). Klooripitoisuus määritettiin hapettuneen DPD: n absorbanssilla 551 nm: ssä. ”Tyhjä” tarkoittaa alkuklooriliuoksen pitoisuutta kokeen alussa ja lopussa. (C) Kuvat 9 cm: n pituisista testeistä, jotka on tehty puskurilla kyllästetyistä paperisubstraateista sen jälkeen, kun 5 ja 1 ppm vapaata klooriliuosta on virrattu (d) Kuvat 9 cm: n pituisista testeistä, jotka on tehty vaihtoehtoisista, ei-selluloosaisista substraateista ilman puskurikyllästystä sen jälkeen, kun 5 ppm vapaata klooriliuosta on valunut läpi testin alla annetun ajan. (a, c) Näytteet koostuvat seuraavat paperisubstraatit: Schleicher & Schüll 2992, Schleicher & Schüll 2992 suurennettuna uunissa 120 ° C: ssa, laboratoriossa valmistetut puuvillalinssit paperi, TEMPO-katalysoitu esihapetettu laboratorionvalmistettu puuvillasäiliöpaperi, vapaa kloori esihapetettu laboratoriotehdas puuvillasäiliöpaperi (Cl2) ja DBS-paperi Ahlstrom-Munksjöstä. (b, d) Näytteet koostuvat seuraavista vaihtoehtoisista substraateista: PET substraatit valmistajalta Ahlstrom-Munksjö 6613 (puhdas PET), 6613 H (pinta-aktiivisen aineen kanssa) ja d 6614 (sideaineen kanssa), Spec-Wipe 3 VWR: ltä 45% polyesterillä ja 55% selluloosalla, lasikuitu 691 VWR: ltä ja lasikuitu MN 85/90 BF Macherey-Nagelilta. Virtausaika on annettu jokaisen testikuvan alapuolella. Huomaa, että Schleicher & Schüll 2992 -paperin virtausaika on erilainen (c, d): lle, koska kohdassa (c) paperia käytettiin poikittaissuunnassa (7:30 min) ja kohdassa (d) konesuunnassa (5:30 min), jolloin vain virtausaika lyheni eikä värin voimakkuus vähentynyt merkittävästi. Värin voimakkuuden ero johtuu siitä, että kaikki kohdassa (c) esitetyt testit kyllästettiin puskurilla ennen tulostusta, kaikki testit kohdassa (d) eivät.
Fotometrisen seulonnan avulla voidaan verrata useiden substraattien kloorireaktiivisuutta, jolloin valitun 12 mg: n substraatin suhde 1 ml: n kanssa 2 ppm klooriliuosta on melko satunnainen. 9 cm pitkä ja 0,5 cm leveä virtaustesti, joka on valmistettu 180 g / m² paperista, kuten Schleicher & Schüll 2992 -paperi, painaa 81 mg ja imee noin 180 µl näytettä, mikä tuloksena on 450 mg: n paperi / 1 ml analyyttiliuosta, joka virtaa testin läpi. Jos katsotaan, että vain testin 0,5 cm: n päässä on pysyvä kontakti 0,5 ml: n klooriliuoksen kanssa, tämä suhde laskee arvoon 9 mg / ml, mikä on lähellä seulontaan valittua 12 mg / ml. Tämän kahden oletuksen välisen suuren eron vuoksi alustan seulonnan merkitys testin suorituskyvylle tarkistettiin. Kuvio 5c esittää kuvia virtauskokeista, jotka on tehty kuviossa 5a seulotuilla eri paperisubstraateilla. Jo 5 ppm klooriliuoksen analyysi osoittaa suuria eroja substraattien välillä. Vaikka hapettumisenkestävämmille paperisubstraateille viivakooditestin kaikki 5 raitaa ovat värillisiä, reaktiivisemmissa papereissa, jotka oli esikäsitelty TEMPO-katalysoidulla hapetuksella tai hornifikaatiolla, oli paljon vähemmän raitoja. Lisäksi puuvillan nukan kemiallinen esihapetus johti virtausajan ja siten myös testi- ja analyyttiliuoksen kosketusajan merkittävään kasvuun. 2992-paperin ja vakaampien vaihtoehtoisten papereiden värillisten raitojen intensiteettiero oli pieni, kun analysoitiin 1 ppm klooria. Mutta erot tässä olivat vähemmän selvät kuin vähemmän stabiileilla substraateilla. Eri paperisubstraattien testituloksista käy selväksi, että klooristabiilisuuden seulonta on olennaista testin suorituskyvyn kannalta ja että virtauskokeessa, jolla on hyvin alhaiset havaitsemisrajat, tarvitaan enemmän inerttejä substraatteja kuin selluloosapaperia.