Leuchtende Kanälchen: Mikroanalysensystem für den schnellen Quecksilbernachweis

23.12.2009 - Frankreich

Für Mensch und Umwelt ist mit Quecksilberverbindungen belastetes Wasser sehr gefährlich: Quecksilber ist eines der giftigsten Schwermetalle. Laboranalysen liefern zwar präzise quantitative Messungen, haben jedoch den Nachteil, dass die benötigte Ausrüstung sehr teuer ist, die Analysen lange dauern und nicht vor Ort ausgeführt werden können. Echtzeit-Messungen wären wünschenswert bei kurzfristig eintretenden Belastungen, etwa einer Freisetzung von Quecksilber nach einer Überflutung kontaminierter Böden, z. B. in ehemaligen Chemiegelände oder Deponien durch einen heftigen Regenguss. In Flüssen können bei Hochwasser auch bereits abgelagerte Schadstoffe aufgewirbelt und flussabwärts transportiert werden, was wohl auch die Belastung der Elbe nach dem schweren Hochwasser 2002 verursacht hat. Französische Wissenschaftler um Gilles Marchand und Michel Vaultier haben jetzt ein neuartiges Mikrosystem entwickelt, das für Quecksilberanalysen in Echtzeit ausgelegt ist. Wie das Team in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, weist es Quecksilber selektiv bis zu einer Konzentration von nur 50 ppb (parts per billion, Teile pro Milliarde) zuverlässig nach.

Das Team aus Wissenschaftlern von CEA-LETI-MINATEC in Grenoble und vom Institut für Molekulare Chemie und Photonik des CNRS in Rennes kombinierte dafür Mikrofluidtechnik und eine pfiffige ionische Flüssigkeit. Ionische Flüssigkeiten sind Salze, die bereits bei Raumtemperatur als Schmelze vorliegen. Sie lassen sich wie ein konventionelles organisches Lösungsmittel verwenden, haben dabei aber den Vorteil, dass sie nicht flüchtig sind. Daher lassen sich winzige Volumina in den offenen Kanälchen mikrofluidischer Systeme handhaben, ohne Probleme durch Verdunsten zu verursachen.

Das mikrofluidische Analysensystem besteht aus einem Chip mit einem winzigen Kanälchen, das entlang seiner Mitte durch eine perforierte Linie aus kleinen Säulen in zwei Hälften geteilt wird. In der einen Hälfte fließt die zu untersuchende Wasserprobe, in der anderen die ionische Flüssigkeit. Die beiden Flüssigkeiten kommen zwar miteinander in Kontakt, werden durch die Säulen aber daran gehindert, ineinander zu fließen.

Clou des Analysensystems ist eine maßgeschneiderte ionische Flüssigkeit, die gleichzeitig als Extraktionsmittel und Nachweisreagenz für Quecksilber fungiert: Ihre Teilchen umklammern Quecksilberionen fest wie eine Zange. Dadurch ist eine Extraktion aus der Wasserprobe leicht möglich. Sobald ein Teilchen ein Quecksilberion gebunden hat, beginnt es zu fluoreszieren. Je höher die Quecksilberkonzentration, desto stärker das Leuchten.

Originalveröffentlichung: Gilles Marchand et al.; "Towards an Efficient Microsystem for the Real-Time Detection and Quantification of Mercury in Water Based on a Specifically Designed Fluorogenic Binary Task-Specific Ionic Liquid"; Angewandte Chemie 2010, 122, No. 2, 434-437

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