Тест-системы для химического анализа
Тест-системы для химического анализа
37
Курсовая работа
«Тест-системы для химического анализа»Содержание
Введение….………………………………………………………………
|
3
|
|
Глава I. Обзор литературы
1.1. Тест-системы для химического анализа…………………………...
|
5
|
|
1.2. Тест-системы определения металлов в объектах окружающей среды……………………………………………………………………
|
14
|
|
Глава II. Материалы и методы исследования
|
|
|
2.1. Перечень и характеристика химических реактивов, применяемых в исследованиях………………………………………….
|
18
|
|
2.2. Определение ионов никеля колориметрическим методом из растворов………………………………………………………………….
Глава III. Экспериментальная часть
3.1 Определение содержания ионов никеля колориметрическим методом в растворах заданной концентрации………………………….
|
19
20
|
|
3.2 Разработка твёрдофазной системы на основе диметилглиоксима, адсорбированного на поверхности твёрдого носителя………………..
|
21
|
|
Заключение ..…………………………………………………………….
|
23
|
|
Выводы …………………………………………………………………..
|
24
|
|
Список литературы ……………………………………………………
|
25
|
|
|
Введение
Актуальность проблемы
Упрощение и удешевление средств химического анализа - всегда благо, но решение многих аналитических задач пока требует сложных и дорогих методов и приборов. К счастью, успехи ряда областей химии, физики, электроники, а также математики обеспечивают возможность создания средств анализа, всё более миниатюрных, недорогих и лёгких с точки зрения использования и в то же время сопоставимых по своим аналитическим характеристикам с современными инструментальными методами. Тест-системы, несомненно, могут быть отнесены к таким средствам. Потребность в тест-наборах весьма значительна. Уже создано много тест-систем разного типа и разного назначения, в основе которых лежат чувствительные и селективные химические реакции и результат анализа может быть получен либо визуально, либо путём простейших измерений (длина окрашенной зоны, число капель), либо с использованием миниприборов, также весьма простых в использовании. Хотя тест-методы используют в лаборатории, в частности для скрининга проб, наиболее целесообразно применять их во внелабораторных условиях (on-site), тем более что on-site анализ представляет собой важное и весьма перспективное направление химии.
Основными областями использования тест-систем являются или могут быть:
· контроль объектов окружающей среды, определение важнейших нормируемых компонентов в воде, почвенных вытяжках, воздухе (прежде всего в полевых условиях);
· контроль за качеством пищи, в том числе питьевой воды и напитков, главным образом с точки зрения наличия вредных веществ;
· анализ крови, мочи, пота для целей медицины, в том числе в домашних условиях;
· решение задач криминалистики, охраны порядка, военной сферы (наркотики, алкоголь, взрывчатые вещества, отравляющие вещества);
· контроль в промышленности, на транспорте, например обнаружение утечек газа;
· обучение химии, экологии и др. дисциплинам в школе и других учебных заведениях.
Тест-системы могут стать незаменимыми в критических ситуациях, когда нужно быстро определить состав воздуха, воды и др. объектов после взрыва, промышленной катастрофы или природного катаклизма. Тест-системы удобны для широкомасштабного обследования жилых и производственных помещений, например на пары ртути, формальдегид, фенол и др. вещества.
Для разработки надёжных, чувствительных и селективных тестов используют достижения классической аналитической химии (реакции и реагенты). Однако, ещё более важным является поиск новых подходов.
Научная новизна работы состоит в разработке высокоспецифичной твёрдофазной тест-системы для обнаружения ионов меди, никеля и кобальта в объектах окружающей среды на основе диэтилдииокарбамата свинца, диметилглиоксима и тиоцианата аммония, адсорбированных на твёрдом носителе. Тест-система отличается экспрессностью, доступностью и дешевизной.
Цель и задачи работы
Цель работы - разработка тест-системы для обнаружения ионов меди, никеля и кобальта в объектах окружающей среды.
Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи:
- получить носитель для определения ионов кобальта, никеля и меди методом модификации поверхности силикагеля;
- исследовать влияние концентрации определяемых ионов на длину окрашенной зоны;
- исследовать влияние массы сорбента на сорбционную ёмкость;
- исследовать влияние разноимённых ионов на специфичность тест-системы;
- проанализировав полученные экспериментальные данные, сформировать тест-систему для определения ионов кобальта, никеля и меди.
Глава I. Обзор литературы
1.1. Общая характеристика тест-систем
Химические тесты широко используются в экологической, промышленной, клинической или криминальной сферах и обеспечивают возможность простого и недорогого анализа - качественного, полуколичественного и количественного.
Тест - системы для химического анализа представляют собой простые, портативные, лёгкие и дешёвые аналитические средства и соответствующие экспрессные методики для обнаружения и определения веществ без существенной пробоподготовки (иногда без отбора проб), без использования сложных стационарных приборов, лабораторного оборудования, без самой лаборатории, без сложной обработки результатов, а также подготовленного персонала; в большинстве случаев применяют автономные средства однократного использования [1].
Общий принцип почти всех химических тест-методов - это использование аналитических реакций и реагентов в условиях и формах, обеспечивающих получение визуально наблюдаемого или легко измеряемого эффекта; это, например, интенсивность окраски бумаги или длина окрашенной части трубки. Реагенты и добавки используют в виде заранее приготовленных растворов (в ампулах или капельницах) или иммобилизованными на твёрдом носителе - бумаге, силикагеле, пенополиуретане и т.д. В качестве средств для тест-методов химического анализа могут быть использованы индикаторные бумаги, индикаторные порошки и трубки, таблетки и др.
Тест-методы позволяют проводить широкий скрининг проб, например, объектов окружающей среды. Пробы, давшие положительный результат, отделяют от тех, что показали отсутствие компонента. В случае образцов, для которых результат был положителен, предполагается в случае необходимости и более глубокое изучение, в том числе в лаборатории с использованием дорогостоящих приборов.
Особое значение имеют тест-методы для анализа «на месте» (on site), вне лаборатории. Дело в том, что существуют огромные, острые потребности во вне лабораторном анализе. Вот неполный список областей, где такой анализ либо уже делается в широких масштабах, либо совершенно необходим и в той или иной мере начинается:
· Экспресс - контроль технологических процессов.
· Обнаружение метана в угольных шахтах.
· Обнаружение утечек природного газа из газопровода.
· Определение монооксида углерода и углеводородов в автомобильных выхлопах.
· Экспресс-анализ в поле для геологов - поисковиков.
· Быстрый анализ почв (рН, азот, фосфор, калий).
· Контроль пищевых продуктов на рынках.
· Обнаружение алкоголя в выдыхаемом воздухе водителей.
· Домашнее определение сахара в крови и моче диабетиков и другие качественные анализы клинического назначения.
· Оперативный анализ воды, в том числе питьевой, непосредственно потребителем.
· Анализ воздуха в рабочей зоне и на улице.
· Контроль содержания озона в стратосфере.
· Обнаружение наркотиков в аэропортах, при обысках.
· Обнаружение боевых отравляющих веществ.
Анализ «на месте» имеет много достоинств. Экономится время и средства на доставку проб в лабораторию и на сам анализ (конечно, более дорогой). При анализе на месте обычно снижаются требования к квалификации исполнителя, поскольку используются более простые средства анализа. Но главное заключается в том, что часто анализ в стационарной лаборатории вообще невыполним или не имеет никакого смысла, поскольку, например, изменяются формы существования компонентов.
1.2. Классификация тест-систем
Классификаций тест-систем для химического анализа может быть несколько в зависимости от выбранного классификационного признака.
В зависимости от выбранного классификационного признака Золтов Ю.А., Иванов В.М. [1] разделяют тест-системы следующим образом.
- По природе процессов, используемых для получения аналитического сигнала: тест-методы могут быть разделены на физические, химические, биохимические и биологические.
Физических методов немного, и они не играют большой роли в практике химического анализа.
Биохимические обычно основаны на использовании ферментов и иммуносистем. Выделенные природные ферменты, особенно иммобилизованные, в известной мере приобретают свойства химических реагентов, поэтому, несмотря на специфику ферментов как химических соединений (особенности происхождения, условия хранения, время сохранения активности) ферментные методы можно отнести к химическим.
Биологические методы базируются на использовании микроорганизмов, органов, тканей и даже высокоорганизованных организмов и целых популяций.
- По форме используемого тест-реагента. Это, прежде всего готовые растворы и «сухие реагенты», т.е. нанесённые на твёрдый носитель или просто порошки или таблетки самих реагентов. Ещё большее разнообразие предоставляют тесты на твёрдой матрице; самые известные примеры - индикаторные бумаги, содержащие молекулы-реагенты или активные атомные группировки, и индикаторные трубки для анализа газов, в которых носитель содержит хромогенный реагент, изменяющий окраску при пропускании нужного газа.
Реагенты на носителях (матрицах) различаются природой носителя (целлюлоза, синтетические полимеры, силикагель и др.) и способом закрепления на носителях (адсорбционные, ковалентные).
1.3. Общие требования и метрология
Общие требования, предъявляемые к тестам, состоят в следующем:
· при оценке наличия нужного компонента предпочтительнее ошибочное «да», чем ошибочное «нет»;
· экспрессность;
· число операций, осуществляемых при тестировании, должно быть минимальным;
· при визуальной оценке границы раздела по-разному окрашенных зон должны быть чёткими, изменения окраски достаточно контрастными и т.д., т.е. следует сводить к минимуму возможность неоднозначного толкования результата.
Метрологический аспект, конечно, очень существенен для разработки, приготовления и использования тест-систем; результаты тестов должны быть достаточно надёжными даже в тех случаях, когда определяются малые количества веществ.
Правильность тест-методов обычно проверяют сравнением их результатов с результатами, полученными «инструментальными» методами. Это, конечно, делается при разработке тест-методов. Многие тест-системы не являются универсальными и предназначены для определения компонентов только в определённых объектах.
1.4. Химические основы тестов: реакции и реагенты
Химия тест-методов основана главным образом на цветных реакциях, например реакциях комплексообразования или окисления - восстановления. «Ноу хау» разработчиков и производителей тест-систем сосредоточивается на подборе рациональной комбинации реагентов, стабилизации смесей реагентов и растворов, на уменьшение мешающих влияний путём добавления маскирующих агентов. Главная цель - разработать тест, который был бы экспрессным и лёгким в осуществлении.
Помимо реакций, приводящих к появлению окраски, используют также химические взаимодействия, результатом которых является появление люминесценции.
Эффект измеряют не только визуально, но и с помощью простых в использовании портативных приборов. Особенно часто измеряют пропускание света, диффузное отражение или люминесценцию.
Требования, предъявляемые к реакциям, которые используют в тест-методах, состоят в следующем:
1. Селективность по отношению к обнаруживаемым (определяемым) компонентам или их сумме - в зависимости от поставленной задачи;
2. Достаточно высокая чувствительность. Например, при анализе объектов окружающей среды предел обнаружения обычно должен быть ниже предельно допустимой концентрации нужного компонента или близок к ней;
3. При использовании цветных реакций - высокая контрастность и высокая скорость цветового перехода в присутствии обнаруживаемого или определяемого вещества;
4. Возможность ввести реагенты в форме, пригодной для использования в тест-методах, например привить, с образованием ковалентных связей, на поверхности силикагеля или целлюлозы;
5. Устойчивость реагентов при хранении и достаточная устойчивость аналитического эффекта (окраски, люминесценции и т.д.) во времени.
Для создания тест-методов и тест-средств используют химические реакции почти всех основных типов:
1) кислотно-основные;
2) окислительно-восстановительные;
3) комплексообразования;
4) разные реакции органического синтеза.
Значительную роль в тест-методах играют занимающие несколько особое положение каталитические реакции, преимущественно с использованием ферментов. Соответственно, используются реагенты различного механизма действия и различной природы.
Кислотно-основные реакции имеют большое значение при определении величины рН. Определение концентрации водородных ионов при анализе природных и сточных вод, технологических растворов, биологических жидкостей - одна из самых массовых аналитических операций. Несмотря на развитие потенциометрических методов определения рН, определение кислотности с помощью кислотно-основных индикаторных бумаг остаётся весьма распространённой процедурой. Этот способ имеет ряд достоинств: простота анализа, экспрессность, отсутствие необходимости использовать аппаратуру и связанная с этим дешевизна определений, возможность проводить анализ практически в любом месте.
Окислительно - восстановительные реакции также весьма распространены. При использовании твёрдых реагентов существенно знать, изменится ли окислительно-восстановительный потенциал при иммобилизации реагентов на твёрдой матрице. Здесь нет общего решения, многое зависит от способа иммобилизации, природы матрицы и т.д. Примером окислительно-восстановительных реакций могут быть реакции восстановления золота и серебра солью Мора в присутствии комплексообразующих веществ.
Страницы: 1, 2, 3
|