DE2806046C3

DE2806046C3 - Verfahren zur Analyse von toxischen Alkylphosphaten

Info

Publication number: DE2806046C3
Application number: DE19782806046
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Chem. Dr. 5948 Schmallenberg Fritsche
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1978-02-14
Filing date: 1978-02-14
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE2806046B2; DE2806046A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von toxischen Alkylphosphaten gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Einige Alkylphosphate, die sogenannten Nervengase, stellen als potentielle Kampfstoffe eine Gefahr dar; andere Vertreter dieser Stoffklasse haben als Schädlingsbekämpfungsmittel weite Verbreitung gefunden. Aus der Toxizität dieser Substanzen ergibt sich der Bedarf nach einem hochempfindlichen und selektiven Analysenverfahren.

Die bisher verfügbaren Verfahren werden nicht allen Ansprüchen gerecht Der flammenphotometrische Detektor ist zwar sehr empfindlich, erfaßt jedoch verhältnismäßig ungiftige Alkylphosphate wie Trimethylphosphat in gleicher Weise wie hochgiftige Substanzen z. B. vom Sarin-Typ. Verschiedene Varianten des enzymatischen Verfahrens, das auf der Inhibition des Enzyms Cholinesterase beruht sind zwar befriedigend selektiv und nachweisstark, erreichen die optimale Empfindlichkeit aber nur bei relativ langer Reaktionszeit zwischen Enzym und Substrat (z. B. 30—60 Min.); außerdem sind die Eichkurven nur im mittleren prozentualen Bereich der Inhibitoren annähernd linear. Unter den im engeren Sinne chemischen Verfahren haben diejenigen erstrangige Bedeutung, die auf der Schönemannreaktion beruhen, d.i. der in alkalischem Medium ablaufenden Umsetzung des Alkylphosphats mit Wasserstoffperoxid und einem geeigneten Indikator.

Je nach Indikator werden verschiedene Meßeffekte ausgenutzt: Absorption im sichtbaren Bereich (Indikator z. B. o-Dianisidin), Fluoreszenz (Indikator Indol), Chemilumineszenz (Indikator z. B. 3-Aminophthalsäurehydrazid). Die Fluoreszenzvariante gilt bisher als relativ empfindlichste; die Nachweisgrenze beträgt z. B. für Sarin 30 ng; demgegenüber wird für die bekannten Chemilumineszenzvarianten eine Nachweisgrenze von 500 ng Sarin angegeben. In Anbetracht der hohen Toxizität vieler Alkylphosphate kann aber auch die Fluoreszenzvariante noch keineswegs als ausreichend empfindlich angesehen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachweisstärke des s Chemilumineszenzverfahrens um ungefähr drei Zehnerpotenzen zu verbessern.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Weitere vorteilhafte Maßnahmen finden sich in den

Unteransprüchen.

Die durch das Alkylphosphat hervorgerufene Chemilumineszenz wird durch Chlorid gesteigert und zwar ist dieser Effekt um so ausgeprägter, desto höher die Chlorid-Konzentration ist Das gemäß einer vorteilhaf-

ten Weiterbildung der Erfindung zugesetzte Äthylendiamintetraacetat erniedrigt sowohl die Untergrund-Chemilumineszeiu: als auch den Blindwert Unter diesen Umständen verlaufen die Meßkurven sehr viel steiler als sonst und das Maximum wird in viel kürzerer Zeit erreicht z-B. in weniger als 0,5 Min. (s. Fig. 1) Zur quantitativen Auswertung kann man das maximale oder auch das integrale Meßsignal heranziehen; in beiden

Fällen ergeben sich streng lineare Eichkurven. Die Nachweisgrenzen dieses erfindungsgemäß ver-

besserten Chemilumineszenzverfahrens liegen für die potentiellen Kampfstoffe im unteren Nanogrammbereich od;r sogar im Subnanogrammbereich Soman,

Sarin, DFP 0,5 ng;Tabun 1 ng; VX10 ng. Die Alkylphosphat-Insektizide verhalten sich unter-

schiedlich, je nachdem, ob es sich um oxo- oder thio-Derivate handelt Dies eröffnet eine Möglichkeit in einfacher Weise zwischen diesen beiden Substanzgruppen zu unterscheiden. Bei den oxo-Derivaten wie z. B. Dipterex bewirkt die Anwesenheit von Chlorid im Reaktionsgemisch ebenso wie bei den potentiellen Kampfstoffen eine wesentliche Verbesserung der Nachweisgrenze, die dann L a. zwischen 10 und 100 ng liegt Bei thio-Derivaten wie z. B. Parathion ist hingegen die Anwesenheit von Chlorid ungünstig. Man kann aber, wie dies bei der Anwendung des enzymatischen Verfahrens vielfach empfohlen wird, die thio-Derivate, z.B. mit Brom oxidieren. Nach Reduktion des überschüssigen Broms mit Ameisensäure kann man dann wie bei den oxo-Derivaten vorgehen.

Ein wesentlicher Vorzug des Verfahrens besteht darin, daß nicht nur eine quantitative, sondern auch eine qualitative Aussage getroffen werden kann, da der zeitliche Verlauf der Chemilumineszenzmeßkurven für verschiedene Alkylphosphate charakteristisch verschieden ist s. F i g. 2.

Ein geeignetes qualitatives Kriterium ist die Zeit bis zum Erreichen des Maximums; außerdem kommen die Halbwertszeit des Signalabstiegs vor dem Maximum sowie die Halbwertszeit des Signalabfalls nach dem Maximum als Kriterium in Betracht Diese drei Größen sind nur von der Art des Alkylphosphats, nicht aber von dessen Menge abhängig.

Ein weiterer wesentlicher Vorzug besteht darin, daß man das Analysenergebnis bereits — je nach Alkylphosphat — in einigen Sekunden bis Minuten erhält.

Alle anderen auf der Schönemannreaktion beruhenden Verfahren erfordern einen viel größeren Zeitaufwand. Ferner ist hervorzuheben, daß Alkylphosphate wie

z. B. Tri-n-butylphosphat die als Extraktionsmittel

<■"> verwendet werden, von dem erfindungsgemäßen Verfahren analytisch nicht erfaßt werden. Diese verhältnismäßig ungiftigen Substanzen stören also nicht Anorganische Phosphate, die z. B. als Bestandteile

von Waschmitteln eine Rolle spielen, haben nur in extrem hoher Konzentration einen Einfluß.

Störungen werden allerdings durch Schwermetallionen, von denen bekannt ist daß sie Wasserstoffperoxid zersetzen, verursacht; doch lassen sich diese Störungen durch vorherige Abtrennung mittels eines Kationenaustauschers vermeiden.

7'ir Chemiliiminesrenzinessung ist prinzipiell jedes handelsübliche Fotometer geeignet Da hierfür jedoch keine äußere Lichtquelle erforderlich ist, genügt eine verhältnismäßig einfache Meßanordnung, bestehend aus einem Fotovervielfacher oder einer Fotodiode als Detektor sowie entern Schreiber oder Digitalvoltmeter.

Die Chemilumineszenzreaktion wird zweckmäßig in einer Küvette durchgeführt, welche in einem lichtdichten Gehäuse untergebracht ist; das Licht fällt durch einen Kanal auf das Fenster des Fotovervielfacher^ bzw. eine Fotodiode. Die I .«ging in der Küvette kann mittels eines Magnetrührers fortwährend durchgemischt werden: hierbei ist darauf zu achten, daß der Fotovervielfacher durch das Magnetfeld nicht gestört wird; gegebenenfalls ist eine magnetische Abschirmung notwendig.

Da der Verlauf der Meßkurven von der Temperatur abhängt, empfiehlt sich eine Thermostatisierung, sofern mit größeren Temperaturschwankungen zu rechnen ist Allerdings wird praktisch nur das maximale, nicht aber das integrale Meßsignal von der Temperatur beeinflußt: Die Fläche unter der Meßkurve ist über den weiten Bereich von 15—WC temperaturunabhängig, so daß auf dieser Basis eine quantitative Bestimmung erfolgen kann, ohne daß die Temperatur berücksichtigt werden muß.

Ausfuhrungsbeispiel

Mit deionisiertem Wasser werden folgende Lösungen angesetzt:

Lösung I: 0,005 m 3-Aminophthalsäurehydrazid;

0,025 m Trinatriumphosphat; 5 m Natriumchlorid, 0,0002 m Äthyiendiamintetraacetat
Lösung II: 0,1 m Natriumperborat

Lösung I ist monatelang haltbar, Lösung II muß etwa jede Woche neu angesetzt und im Kühlschrank aufbewahrt werden. Man gibt in eine 1 cm-Standard-Küvette 2 ml von Lösung I sowie 100 μΐ von Lösung II

und mißt das UntergrundsignaL Dann fügt man 20 1 einer methanolischen Lösung des Alkylphosphats zu und registriert nun das entsprechend erhöhte Signal mindestens bis zum Maximum der Kurve. Die Auswertung erfolgt wie oben beschrieben.

Das Verfahren gestattet es, nicht nur Alkylphosphatlösungen, sondern auch Gasproben zu analysieren, wenn ein spezieller, für Gasdurchfluß geeigneter Küvettentyp verwendet wird. Durch den Stopfen einer solchen Küvette müssen zwei Röhrchen für Gaseinlaß und -auslaß geführt sein. Ersteres soll bis zum Boden der Küvette reichen, letzteres über der Flüssigkeitsoberfläche enden. Das zu analysierende Gas wird in konstantem Strom durch die Lösung in der Küvette geschickt und gleichzeitig wird die Chemilumineszenz gemessen. Bei dieser Variation handelt es sich also um ein kontinuierliches Verfahren; das Meßsignal erreicht ein Plateau, und die Plateauhöhe ist ein Maß für die Alkylphosphat-Konzentration.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Analyse von toxischen Alkylphosphaten, beruhend auf der Messung des Chemilumineszenzeffekts, der bei der in alkalischem Milieu ablaufenden Reaktion zwischen 3-Aminophthalsäurehydrazid, Wasserstoffperoxid und Alkylphosphat auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung der Empfindlichkeit Chloridionen hinzugefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Äthylendiamintetraacetat hinzugefügt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Chloridkonzentration 5-molar ist

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Äthylendiamintetraacetat etwa 2 - N)-⁴ molar ist

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß bei gasförmigem Alkylphosphat dieses direkt durch die Lösung gepumpt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß zum Nachweis von thio-Derivaten diese durch Oxydation z.B. mit Brom in oxo-Derivate überführt werden.