Fluorid im Trinkwasser
BAM entwickelt neuen Schnelltest
Der Zusatz von Fluorid zum Trinkwasser oder Zahncreme ist weit verbreitet und dient vor allem der Zahngesundheit und als vorbeugende Maßnahme gegen Knochenkrankheiten. Doch eine zu hohe Konzentration an Fluorid kann zu gesundheitlichen Problemen führen. Markantes Zeichen dieser Fluorose, die vor allem in Entwicklungsländern auftritt, sind bräunlich-gelbe Flecken auf den Zähnen. Nicht überall ist das fluorierte Trinkwasser auch unter ständiger Überwachung, so dass besonders Kinder zu viel Fluorid zu sich nehmen können. Ein von der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung entwickelter sehr einfacher Farbschnelltest kann in Zukunft helfen, die Fluoridkonzentration leichter festzustellen.
Ähnlich wie der Lackmustest zur Bestimmung des pH-Wertes sieht man auf einem Papierstreifen mittels Farbveränderung, ob und wie viel Fluorid im Wasser gelöst ist. Die Konzentration wird durch gelb-grüne Punkte angezeigt. Je dunkler der Spot ist, desto mehr Fluorid liegt vor.
Zum Einsatz kommt ein von der BAM entwickelter Farbstoff. „Dieser BODIPY-Amidothioharnstoff-Farbstoff wird als kleiner Punkt auf einen Streifen Nitrocellulose aufgebracht“, berichtet Pichandi Ashokkumar, der zusammen mit Knut Rurack den Test entwickelt hat. Der Papierstreifen wird dann zum Beispiel in ein Wasserglas getaucht. Anhand der Veränderung des Farbeindrucks kann der Tester die Konzentration ablesen. Aufgrund des gewählten chemischen Farbstoffes ist der Teststreifen auch wiederverwendbar.
Doch so einfach das klingt, so schwierig gestaltete sich die Umsetzung. Denn das Fluorid lagert sich mittels Wasserstoffbrückenbindung an den Thioharnstoff an. Durch die Bindung kommt es zu einem Elektronentransfer, der die Fluoreszenz des Farbstoffs abschwächt, das heißt, der Farbstoff erscheint dann dunkler. „Der Trick war nun, ein Verfahren zu entwickeln, dass trotz der wässrigen Umgebung das Fluorid immer noch an den Thioharnstoff bindet und nicht der Sauerstoff des Wassers“, sagt Projektleiter Knut Rurack. Wie Tests zeigen, ist dies den Wissenschaftlern gelungen. Um das Ablesen der Farbveränderung noch besser als mit dem menschlichen Auge auswerten zu können, kann der Teststreifen auch mit der eingebauten Kamera eines Mobiltelefons erfasst werden.
Die Fluorierung von Trinkwasser ist eine verbreitete Praxis. In Europa wird dies beispielsweise in Großbritannien, Irland und der Schweiz praktiziert. Auch die USA fluoriert ihr Trinkwasser. Erst im Jahr 2011 hatte die US Environmental Protection Agency (EPA) den Richtwert für Fluorid in Trinkwasser von 1 auf 0,7 Parts per Million (ppm) reduziert und sich damit anderen Ländern angeschlossen. Die Nachweisgrenze des neuen Fluoridtests liegt bei 0,2 ppm.
Der Test wurde mit verschiedenen Wasserproben getestet, unter anderem mit Leitungs- und Meerwasser. „Der Test wird durch andere Ionen, die im Leitungs- oder Salzwasser vorkommen, nicht gestört“, berichtet Rurack. Probleme können allerdings zu hohe Phosphatkonzentrationen bereiten, wie sie beispielsweise in einigen Zahncremes zu finden sind. Ein mögliches Einsatzgebiet ihres Testes sehen die Wissenschaftler vor allem in Asien und Afrika.
Kontakt:
Dr. rer. nat. Knut Rurack
Abteilung 1 Analytische Chemie, Referenzmaterialien
E-Mail: Knut.Rurack(at)bam.de
„Fluorometrischer Nachweis von Fluorid in wässriger Lösung mittels Teststreifen und einem BODIPY-Wasserstoffbrückenrezeptor-Konjugat“, Pichandi Ashokkumar, Hardy Weißhoff, Werner Kraus und Knut Rurack, Angew. Chem. 2014, 126, 2257-2261