측방 흐름 테스트를 통한 매우 낮은 농도의 수용액에서 유리 염소 분석

기존의 딥 테스트와 비교 한 Cl2 흐름 테스트의 성능

먼저 비교했습니다. 시험 감도에 대한 모세관 구동 흐름의 일반적인 영향을 조사하기위한 간단한 종이 기반 흐름 테스트를 사용하는 Merck의 상업적으로 이용 가능한 유리 염소 침지 테스트, 즉, 염료가 분석 물에 장기간 노출되는지 여부 솔루션은 감도를 향상시킵니다.

이를 위해 추가 첨가물없이 9cm 길이의면 린터 용지에 넓은 SA 잉크 패드를 인쇄했습니다. 그림 3은이 종이 스트립의 반응 영역을 5ppm 염소 용액에 담그면 상업용 담금 테스트에 필적하는 색상 강도로 이어진다는 것을 보여줍니다. 그러나 유동 테스트를 반응 구역을 즉시 덮지 않고 7-8 분 내에 모세관 힘에 의해 9cm 길이의 종이 스트립 끝까지 흐르는 소량의 분석 용액에만 배치하면 명확하게 더 높은 색상이 나타납니다. 시판되는 딥 테스트에 비해 강도. 색상 강도 다음으로 색상 패드의 너비는 염소 농도에 따라 달라집니다. 더 나은 가독성을 위해 Bauer 등 9에 의해 제안 된 것처럼 사용자가 결과를 해석하기 위해 색상 강도에 초점을 맞추는 조리개가있는 종이 스트립 주위에 덮개를 사용하는 것이 유용합니다. 또는 더 넓은 염료 패드를 인쇄하고 거리 기반 감지 판독 값을 사용할 수 있습니다 17,18,19. 그러나 컬러 섹션은 균일하지 않고 끝으로 갈수록 희미 해져 길이를 측정하기 어렵습니다. 하나의 염료 섹션 대신 바코드 흐름 테스트에서 별도의 염료 라인을 인쇄하면 반 정량 분석을 위해 색상 강도와 라인 수를 비교할 수 있으므로 눈으로 쉽게 판독 할 수 있습니다. 그림 3 (아래)은 다른 염소 용액과 접촉 한 후 5 개 라인으로 이러한 바코드 흐름 테스트 스캔을 보여줍니다. 다시 말하지만, 유동 테스트의 색상은 담근 테스트보다 훨씬 더 강렬합니다. 마지막으로, 간단한 흐름 테스트에 비해 바코드 설정을 통해 다양한 농도에 대한 해상도가 향상됩니다. 따라서 이러한 결과는 종이 기반 흐름 테스트가 딥 테스트보다 더 높은 감도로 이어지고, 추가적으로 흐름 테스트는 반 정량적 분석을 단순화 할 수있는 더 복잡한 인쇄 패턴을 허용 함을 시사합니다.

0.5ppm 염소는 상용 딥 테스트에서만 거의 검출 될 수 있지만,이 농도는 제안 된 흐름 테스트에서 명확하게 볼 수 있습니다. 지금까지 에탄올의 염료로 구성된 잉크는 추가 첨가물없이 코튼 린터 용지에 간단히 인쇄되었습니다. pH는 예를 들어 SA의 산화에 특히 중요합니다. pH는 색상 반응과 감도를 모두 높이기 위해 6.0으로 설정하는 것이 바람직하다는 것이 밝혀졌습니다 7,8. 따라서 우리는 종이에 pH 5 또는 6의 인산염 완충 용액을 함침 시켰습니다. 실제로 완충액으로 처리 한 테스트에서 뚜렷한 강도 증가가 관찰되었습니다. 그러나 pH 5와 6의 증가는 동일했습니다. pH 6의 완충액 함침은 유동 시간을 두 배로 늘려 완충액 pH 5로 인한 시간 지연이 1 분 미만이므로 추가 테스트를 위해 pH 5 완충액 함침을 사용하기로 결정했습니다 가능한 한 빠르고 민감한 테스트 결과를 산출하기 위해 (그림 4, “5”로 표시된 테스트 참조) 유량 테스트의 민감도는 더 많은 부피를 처리하여 더 증가 할 수 있습니다 24, 예를 들어 더 긴 테스트 스트립 25, a 더 넓은 샘플 패드 26 또는 부채꼴 위킹 패드 27. 반응 영역을 통과하는 샘플의 양을 늘리는 더 간단한 방법은 반응 영역이 테스트 스트립과 뒷면 카드 사이에 접착 된 후 심지를 추가하는 것입니다 (참조 : 그림 2e) 심지와 테스트 스트립에 동일한 재료를 사용하면 심지 길이에 비해 시료 용량이 두 배로 증가합니다. 유량 테스트 길이의 절반에 심지를 사용하므로 분석 물 부피의 1.5 배가됩니다. 그림 4a는 2ppm 채널 분석 후 테스트를 보여줍니다. 로린 용액. 추가 심지가있는 테스트를 위해 더 많은 바코드 라인이 채색됩니다 (그림 4a, 테스트 “A”표시).완충액과 위킹 패드를 결합하면 더 강렬한 색상을 가진 더 많은 수의 컬러 라인이 생성됩니다 (그림 4a, “5A”로 표시된 테스트). 두꺼운 얼룩 용지를 심지로 사용하면 (그림 4a, “5B”로 표시된 테스트) 증가합니다. 추가 분석 된 샘플의 양 (그림 4a에 언급 된 샘플 질량). 그러나 샘플 흐름이 너무 높으면 염료가 번지고 결과가 판독하기 어려워집니다. 또한이 경우에는 얼룩 종이의 느린 흐름으로 인해 흐름 시간이 상당히 길어졌습니다.

검출 가능한 유리 염소 범위에서 완충액과 추가 심지의 효과를 비교하기 위해 첫 번째 라인의 보라색의 강도를 추출하여 Fig. 4b에 나타내었다. 놀랍게도, 높은 염소 농도에서 완충액 함침으로 인한 색상 강도 증가가 매우 강함 ,하지만 더 흥미로운 로우 엔드에서는 무시할 수 있습니다. 심지와 관련된 색상 강도 증가의 효과는 전체 범위에서 비교적 일정하지만 Miller et al. 낮은 농도에서는 샘플 부피 증가로 인한 감도 증가가 적다는 것을 발견했습니다. 우리의 분석에서 심지로 인한 개선은 다소 작은 것 같습니다. 그러나 심지의 주요 개선 사항은 그림 4b에 표시된 색상 강도가 아니라 색상 줄무늬의 수를 늘리는 것이므로 로우 엔드에 중요합니다. 결론적으로, 추가 심지가있는 흐름 테스트를 사용하여 0.2ppm까지 유리 염소를 검출하는 것이 가능합니다. 0.2ppm의 유리 염소는 테스트에서 시각적으로 관찰 할 수있는 자주색 색조를 발생 시켰지만 육안 검사에서 엄격한 검출 한계를 결정할 수는 없습니다. 이를 위해서는이 원리 증명 연구의 범위를 벗어난 여러 명의 미숙련 테스터가 참여하는 대규모 현장 연구가 필요합니다.

유동 테스트 기판에 의한 Cl2 소비

As 위에서 논의한 바와 같이, 흐름 테스트 설정은 염소 분석의 감도를 크게 증가시킵니다. 그러나 분석 물질과 테스트 사이에 장기간 접촉하는 단점도 있습니다. 유리 염소와 같은 대부분의 강력한 산화제는 산화 환원 염료를 산화시킬뿐만 아니라 주요 분자 성분 인 셀룰로오스를 포함한 대부분의 잠재적 기질 물질과 상호 작용합니다. 사용한 종이 시트 13. 미량의 염소는 반응 구역으로 흐르는 동안 기질 물질과의 반응에 의해 소비 될 수 있으며, 이는 민감도를 0.2ppm 유리 염소로 제한 할 수있을뿐만 아니라 결정된 절대 염소 농도의 오차를 증가시킬 수 있습니다. 후자는 매우 작은 유리 염소 농도를 감지해야하는 경우 문제가됩니다. 가능한 한 감도를 높이기 위해서는보다 산화에 안정한 유동 기질 재료를 선택해야하며, 산화 공정에 대한 기질 재료의 안정성을 평가해야합니다.

산화 안정성 스크리닝은 기질 조각을 2ppm 염소 용액과 혼합. 상이한 시간 간격 동안 상청액에 남아있는 염소 함량은 DPD 염색 후 측광 방식으로 분석되었습니다. 그림 5a는 다른 셀룰로스 기질과 접촉 한 후 용액의 염소 손실을 보여줍니다. 지금까지 제시된 모든 테스트에 사용 된 Schleicher & Schüll의 코튼 린터 용지 2992는 상당량의 염소를 소비합니다. 용액이 테스트를 통과하는 데 필요한 몇 분의 접촉 시간 후에 이미 0.5ppm 이상의 유리 염소가 종이와 반응했습니다. 매우 순수한 자체 제작 실험실 면화 린터 용지와 Ahlstrom-Munksjö의 DBS 용지는 2992 용지보다 훨씬 안정적이었습니다. 이는 2992의 일부 용지 첨가제가 순수 셀룰로오스보다 반응성이 더 높을 수 있음을 나타냅니다. 그러나 앞서 언급했듯이, 셀룰로오스 자체도 염소와 반응하여 염소 용액을 순수한면 린터 종이와 60 분 동안 접촉 한 후 0.5ppm을 소비합니다.농축 된 유리 염소 용액으로 4 시간 동안 셀룰로오스를 사전 산화해도 종이의 안정성은 증가하지 않았습니다. 아마도이 처리 중에 히드 록 실기의 극히 일부만이 산화 되었기 때문입니다. TEMPO 촉매 산화를 사용한보다 효과적인 산화 처리는 실험실에서 만든 종이의 안정성에 상당한 영향을 미쳤습니다. 놀랍게도이 사전 산화 된 종이는 염소에 대해 더 반응성이 높아 졌는데, 이는 더 많이 노출되는 표면적의 증가로 설명 될 수 있습니다. 산화를위한 수산기. 노출 된 셀룰로오스 표면적을 줄이기 위해 2992 종이를 오븐에 120 ° C에서 밤새 두어 뿔화하여 돌이킬 수없는 기공 폐쇄와 기공 벽이 서로 접착되어야합니다 28. 그러나이 처리는 종이의 반응성을 더욱 증가시켜 셀룰로오스 섬유의 표면 공정이 아직 잘 이해되지 않았으며이 원고의 범위를 넘어서 추가 조사가 필요함을 나타냅니다.

광도계 스크리닝을 통해 여러 기질의 염소 반응성을 비교할 수 있습니다. 따라서 선택된 12mg 기질과 1ml의 2ppm 염소 용액과 접촉하는 비율은 다소 무작위입니다. Schleicher & Schüll 2992 종이와 같이 180g / m² 종이로 만든 9cm 길이 및 0.5cm 넓은 흐름 테스트는 무게가 81mg이고 샘플은 대략 180µl입니다. 시험을 통해 흐르는 분석 용액 1ml에 대해 450mg 종이의 비율이됩니다. 테스트의 0.5cm 끝만 0.5ml 염소 용액과 영구적으로 접촉한다고 생각하면이 비율은 9mg / ml로 내려 가는데, 이는 스크리닝을 위해 선택한 12mg / ml에 가깝습니다. 두 가정 간의 큰 차이로 인해 테스트 성능에 대한 기판 스크리닝의 관련성을 확인했습니다. 그림 5c는 그림 5a에서 스크리닝 된 다양한 종이 기판으로 만든 흐름 테스트 이미지를 보여줍니다. 이미 5ppm 염소 용액의 분석은 기질간에 큰 차이를 보여줍니다. 산화 안정성이 더 높은 종이 기판의 경우 바코드 테스트의 5 개 스트라이프 모두 색상이 지정되는 반면, TEMPO 촉매 산화 또는 뿔 화로 전처리 된 반응성 종이는 스트라이프가 훨씬 적습니다. 더욱이면 린터의 화학적 사전 산화는 유동 시간을 상당히 증가 시켰고 따라서 테스트 및 분석 용액의 접촉 시간도 증가 시켰습니다. 1ppm 염소를 분석 할 때 2992 용지와 더 안정된 대체 용지의 컬러 스트라이프의 얇은 강도 차이가 나타났습니다. 그러나 여기서 차이는 덜 안정적인 기판보다 덜 두드러졌습니다. 다른 종이 기판의 테스트 결과에서 염소 안정성 스크리닝이 테스트 성능과 관련이 있으며 매우 낮은 검출 한계를 가진 흐름 테스트에 셀룰로오스 종이보다 더 많은 불활성 기판이 필요하다는 것이 분명해졌습니다.