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Montag, 25.09.2017
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Goldklümpchen verraten Arsen

Rascher, einfacher und hochempfindlicher Nachweis mithilfe von Nanopartikeln

Amerikanische Forscher haben einen schnellen, einfachen und hochempfindlichen Arsentest entwickelt. Wie das Team in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichtet, basiert ihre Methode auf einem Zusammenklumpen von Goldnanopartikeln und weist die giftige Substanz noch in geringsten Spuren im Trinkwasser nach.
Nanotechnologie

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Wenn von Arsenvergiftungen die Rede ist, denken wir zuerst an heimtückische Mörder. Weitaus größer ist jedoch die Gefahr von Arsenvergiftungen durch verseuchtes Trinkwasser. Arsen kommt in geringen Konzentrationen praktisch überall im Boden vor und gelangt ins Grundwasser. Etwa 140 Millionen Menschen weltweit trinken möglicherweise Wasser, das Arsen-Konzentrationen oberhalb des von der WHO empfohlenen Grenzwerts von zehn ppb - parts per billion = Teile pro eine Milliarde Teile - enthält.

Indien, Bangladesh und Thailand besonders betroffen


Vor allem Länder wie Indien, Bangladesh und Thailand sind von stark arsenhaltigem Grundwasser betroffen. Aber auch in einigen Gegenden Nord- und Südamerikas wurden hohe Arsenkonzentrationen festgestellt. Das Problem kann, wo es bekannt wird, relativ einfach behoben werden. Heutige Analysenmethoden sind allerdings zeitaufwändig und benötigen eine Reihe von Anreicherungsschritten.

Komplexbindung mit Arsen


Das neue Verfahren des Wissenschaftlerteams um Paresh Chandra Ray von der Jackson State University in den USA könnte die Arsenanalytik jetzt beschleunigen und vereinfachen. Die Wissenschaftler um Ray knüpfen dazu spezielle organische Moleküle an die Oberfläche von Goldnanopartikeln, die als Liganden für Arsen wirken: Sie gehen eine so genannte Komplexbindung mit Arsen ein. Jedes Arsenion kann drei dieser Liganden binden, dadurch verbrückt es bis zu drei Goldteilchen untereinander.


Je höher die Arsenkonzentration in der Probe, desto stärker verklumpen nach Angaben der Forscher die Goldpartikel, die Anzahl größerer Aggregate steigt. Die Farbe von feinst in einer Flüssigkeit verteilten Goldnanopartikeln hängt aber von deren Größe ab. Während die arsenfreien Goldnanopartikel in der Lösung rot erscheinen, ist bei Aggregation durch Arsen ein Farbumschlag nach blau erkennbar. Arsen bindet wesentlich stärker als andere Metalle an die Liganden. Diese Selektivität erhöhten die Chemiker noch weiter, indem sie drei verschiedene Liganden an das Gold knüpfen.

Erste Tests erfolgreich


Eine sehr genaue Methode zur Bestimmung minimaler Änderungen von Partikelgrößen ist die dynamische Lichtstreuung (DLS), bei der das Streulicht eines Lasers an den Partikeln analysiert wird. Mithilfe der DLS gelang es Ray und seinen Kollegen, noch Arsen-Konzentrationen von drei ppt - parts per trillion = Teile pro eine Billion Teile - nachzuweisen und zu quantifizieren. In Proben von Brunnenwasser aus Bangladesh fand das Team 28 ppb und in Wasser aus dem Wasserhahn in Jackson (USA) 380 ppt Arsen.
(idw - Gesellschaft Deutscher Chemiker, 30.11.2009 - DLO)
 
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