DE4324991A1 - Verfahren zur Herstellung von Farbstoffe enthaltenden Polyvinylalkoholfolien und deren Verwendung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Farbstoffe enthaltenden Polyvinylalkoholfolien und deren Verwendung

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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/22Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators
    • G01N31/221Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators for investigating pH value
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wasserfesten, Farbstoffe enthaltenden Polyvinylalkoholfolien und deren Verwendung als Sensormembran zur pH-Wert-Bestimmung.
Aus WO 93/07 483 sind ähnliche Folien zur reversiblen optischen Anzeige des pH-Werts einer Probe bekannt. Die dort beschriebene Sensormembran besteht aus einem mechanisch stabilen Trägerelement und einer darauf aufgebrachten hydrophilen Aufnahmeschicht, die einen Indikatorfarbstoff in immobilisierter Form enthält. Die Aufnahme­ schicht besteht aus Cellulose, Gelatine, Hydrogel, hydrophilen Poly­ vinylalkoholen oder Gemischen dieser Substanzen. Als Indikatorfarb­ stoffe werden üblicherweise Reaktivindikatoren verwendet, d. h. pH-Indikatoren, die eine chemische Funktion besitzen, mit deren Hilfe eine chemische Bindung an die Aufnahmeschicht ermöglicht wird.
Versuche mit den Folien auf der Basis von Polyvinylalkohol haben gezeigt, daß diese Folien für den mehrfachen Einsatz in Wasser entweder nicht genügend wasserfest sind oder nur sehr schwache Färbungen entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wasserfeste Polyvinyl­ alkoholfolien zur reversiblen pH-Messung zur Verfügung zu stellen, die satte Färbungen gewährleisten.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich eine unvernetzte Poly­ vinylalkoholschicht nicht nur z. B. durch Erhitzen mit Säuren oder Aldehyden wasserfest machen läßt, sondern auch dadurch, daß man sie direkt mit Reaktivfarbstofflösungen umsetzt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von wasser­ festen, Farbstoffe enthaltenden Polyvinylalkoholfolien, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine unvernetzte Polyvinylalkohol- Schicht direkt mit einer Reaktivfarbstofflösung umsetzt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der so herge­ stellten Polyvinylalkoholfolie als Sensormembran zur reversiblen opti­ schen Anzeige des pH-Wertes einer Probe.
Durch die Umsetzung einer unvernetzten Polyvinylalkoholfolie mit einer Reaktivfarbstofflösung und im Vergleich dazu mit einer farbstofffreien Lösung, konnte nachgewiesen werden, daß im letzteren Fall keine Was­ serfestigkeit erreicht wird. Daraus kann man schließen, daß die ausge­ bildete Wasserfestigkeit unmittelbar auf der Reaktion des Polyvinyl­ alkohols mit dem Reaktivfarbstoff beruht. Da die Zahl der freien Hydroxylgruppen im unvernetzten Polyvinylalkohol hoch ist, erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine höhere Farbstoffaufnahme und damit eine satte Färbung, die ihrerseits genauere Messungen erlaubt. Die kovalent gebundenen Reaktivfarbstoffe lassen sich nicht mehr auswaschen.
Typische chemische Strukturen von Reaktivindikatoren sind z. B. folgende:
Die erfindungsgemäß erhaltenen Polyvinylalkoholfolien sind optisch vollkommen transparent und somit einer photometrischen Absorptions- Messung ohne weiteres zugänglich. Außerdem sind sie zu geringen Kosten in grober Menge herstellbar. Aufgrund der relativ dünnen Folie bzw. Indikatorschicht von etwa 0,1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 10 µm, be­ sitzt die Folie nach der Erfindung eine sehr geringe Pufferkapazi­ tät, was sie für Zwecke der Messung von ungepufferten Lösung (z. B. beim Nachweis des sauren Regens) sehr geeignet macht. Die Folien haben eine schnelle Ansprechzeit, weil die Diffusion der Protonen durch die dünne hydrophile Indikatorschicht viel schneller erfolgen kann als durch relativ dicke Schichten.
Die erfindungsgemäße Polyvinylalkoholfolie kann natürlich auch auf ein festes Trägerelement z. B. aus hydrophobem, optisch transparentem Mate­ rial wie Polyester vom Typ der Phthalsäureester, Polycarbonate, Poly­ vinylchloride, Polyamide, Silicone, vernetzte Polyacrylamide oder Polyvinylalkohole aufgebracht werden.
Die wasserfeste, Reaktivfarbstoffe enthaltende Polyvinylalkoholfolie wird als Sensormembran zur visuellen, photometrischen oder reflekto­ metrischen Bestimmung des pH-Werts verwendet. Sie eignet sich auch zur pH-Wert-Messung in sehr schwach gepufferten Lösungen, z. B. von Ober­ flächen- und Regenwasser und zur Messung physiologischer pH-Werte.
Beispiel 1 Herstellung der Folie
Auf eine glasklare, 75 µm dicke Polyester-Trägerfolie wird eine 10%ige Lösung des Polyvinylakohols mit einem Streichgerät in einer Filmdicke von 10 µm aufgetragen. Die Schicht wird anschließend bei Raumtemperatur getrocknet. Diese Folie wird 45 Minuten lang so in die Färbelösung nach Beispiel 2 eingetaucht, daß der Polyvinylalkoholfilm vollständig damit bedeckt ist. Anschließend wird sie mit Wasser abgespült, bis sie gleichmäßig gelb gefärbt ist, und dann getrocknet.
Beispiel 2 Färbelösung
0,74 g des Farbstoffs
werden in 500 ml H₂O gelöst. Nacheinander werden 40 g Natriumchlorid, 12 g Natriumcarbonat und 2,6 ml 32%ige Natronlauge zugegeben und aufgelöst.
Beispiel 3 Anwendung der Folie
Die nach Beispiel 1 gefärbte Folie wird für pH-Messungen im Bereich von pH 4 bis 7 eingesetzt, da sie ihre Färbung in Abhängigkeit vom pH-Wert ändert. Wenn man Stücke der Folie (z. B. 2 × 10 cm) in Puffer­ lösungen eintaucht, erhält man folgende Färbungen:
pH 4 gelb
pH 5 hellgrün
pH 6 dunkel grün
pH 7 blau.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von wasserfesten, Farbstoffe enthaltenden Polyvinylalkoholfolien, dadurch gekennzeichnet, daß man eine unver­ netzte Polyvinylalkoholschicht direkt mit einer Reaktivfarbstoff­ lösung umsetzt.
2. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten Polyvinylalkohol­ folie als Sensormembran zur reversiblen optischen Anzeige des pH-Wertes einer Probe.
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