Fresenius Z. Anal. Chem. 302, 119-120 (1980) Fresenius Zeitschrift fiir

~) by Springer-Verlag 1980

Luminometrische Bestimmung des Reizstoffs CS (o-Chlorbenzylidenmalonsiiuredinitril)

U. Fritsche

Fraunhofer-Institut ffir Toxikologie und Aerosolforschung, D-5948 Schmallenberg-Grafschaft

Luminometric Determination of the Irritant (Riot Control Agent) CS (o-Chlorobenzylidenemalodinitrile)

Summary. The irritant is hydrolyzed; the reaction product malodinitrile reacts with luminol and hy- drogen peroxide in alkaline medium to give a lumines- cence, which is measured. The detection limit is 200 pg CS. The calibration function is linear over more than three powers of ten.

Zusammenfassung. Der Reizstoff CS wird hydrolysiert. Das Hydrolyseprodukt Malons/iuredinitril bewirkt bei der Reaktion mit Luminol und Wasserstoffperoxid in alkalischem Medium eine Luminescenz, deren Intensi- t/it gemessen wird. Die Nachweisgrenze betr/igt 200 pg CS. Die Eichfunktion ist fiber mehr als 3 Zehnerpoten- zen linear.

Key words: Best. des Reizstoffs CS; Luminometrie.

Einleitung

Der Reizstoff CS (o-Chlorbenzylidenmalonsfiuredini- tril) wird in zunehmendem MaBe eingesetzt und zeich- net sich gegenfiber dem 1/inger bekannten CN (co- Chloracetophenon) durch geringere Toxizit/it bei st/ir- kerer Wirksamkeit aus [1].

Bei der Hydrolyse von CS in neutralem Medium bilden sich o-Chlorbenzaldehyd und Malons/iurediui- tril [3]; bei h6herem pH werden auch die Nitrilgruppen hydrolysiert.

Grundlage des hier vorgeschlagenen Analysenver- fahrens ist die Beobachtung, dab das Hydrolysepro- dukt Malons/iuredinitril bei der Reaktion mit Luminol (3-Aminophthalsfiurehydrazid) und Wasserstoff- peroxid in alkalischem Medium eine starke Lumines-

cenz liefert. Dies hfingt offenbar mit der bekannten Tatsache zusammen, dab Wasserstoffperoxid dutch Malonsfiuredinitril unter Sauerstoffbildung zersetzt wird [4]. CS selbst bewirkt keine Luminescenz, kann jedoch nach Hydrolyse quantitativ bestimmt werden.

Experimenteller Teil

Luminescenzmessung. Zur Messung ist jedes kommerziell erh~iltliche Luminescenzmel3ger/it 0>ATP-Photometer<0 geeignet. Extreme Licht- empfindlichkeit ist nicht erforderlich, da der Mel3effekt relativ hoch ist und vor allem der Luminescenz-Untergrund der Reaktionsmi- schung die Nachweisgrenze des Verfahrens iimitiert.

Wir benutzten ein selbstgebautes Gerfit. Die wesentlichen Be- standteile sind ein lichtdichtes Gehfiuse, in dem eine I cm-Standard- kfivette und ein Photomultiplier (RCA 931 As) untergebracht sind: angeschlossen sind Hochspannungsnetzger/it and x+Schreiber.

Reagentien und Ldsungen. Alle L6sungen sind mit deionisiertem Wasser anzusetzen. L6sung A : 5- 10- 3 M Luminol; 2,5- 10 -2 M Na3PO, und 2 . 1 0 - 4 M EDTA. L6sung B: 0.1 M Natriumperborat.

L6sung A ist mindestens 1 Jahr haltbar. L6sung B ist im Kfihlschrank aufzubewahren und neu anzusetzen, wenn der Gehalt an H202 wesentlich abgenommen hat.

Arbeitsweise. Das CS wird dutch Zugabe von Wasser hydrolysiert. Bei ann/ihernd neutralem pH ist die Umsetzung zu Malons~iuredini- tril nach 5 h abgeschlossen, die Zusammensetzung der L6sung bleibt dann fiber einige Tage unver/indert.

In der Kfivette des Luminometers werden L6sung B (100 btl) und L6sung A (2 ml) gemischt. Der Luminescenzuntergrund wird gemes- sen; er nimmt zunS.chst merklich ab, ist nach 4min jedoch nahezu konstant. Nun gibt man die hydrolysierte Probel6sung (20 ~tl) hinzu und registriert das erh6hte Signal fiber weitere 2 min.

Auswertung. Ein Beispiel einer MeBkurve ist in Abb. 1 wiedergege- ben. Sowohl Lichtintensit/it (Peakh6he) als auch Lichtmenge (Peak- flS_che) sind der CS-Menge proportional. Im Falle von CS-Mengen im unteren N anogramm-Bereich maB der durch die Reaktionsmischung bedingte Luminescenz-Untergrund subtrahiert werden. Dies ge- schieht am einfachsten, indem man die Differenz zwischen der Peakh6he nach CS-Zugabe und dem unmittelbar vor CS-Zugabe gemessenen Untergrund bildet.

0016-1152/80/0302/0119/$ 01.00

120

80-

60"

.c u.I

~ ~o-

.~_~ E~ R~ 20-

0 0 1

Meflzeit (rain)

Abb. 1. MeBkurve. Teil 1 : Untergrund der Reaktionsmischung; Teil 2: nach Zugabe yon 20 ng hydrolysiertem CS

s ~: ~ ~ 200 ]

N g l

.s ~ ~ ,oo

300 600 900 1200 1500

Hydr otysez eit ( ra in) )

Abb. 2. Hydrolyse yon CS. Ausgezogene Linie: CS in H 2 0 ; gestri- chelt:/iquimolare Malons/iuredinitrill6sung; strichpunktiert: CS in CH3OH

Ergebnisse Die Nachweisgrenze des Verfahrens liegt bei 200 pg CS. Die Eichfunktion ist linear von hier aus fiber minde- stens 3 Zehnerpotenzen. Die Verfahrens-Standardab- weichung [2] fiir den Bereich 2 - 2 0 n g CS betr/igt 0,91 ng CS.

Fresenius Z. Anal. Chem., Band 302 (1980)

Hydrolyse des CS. Als Grundlage des Verfahrens war zun~ichst die Kinetik der CS-Hydrolyse zu untersuchen. CS-L6sungen mit 10 pg/ml wurden jeweils in a) Metha- nol und b) Wasser angesetzt. Von beiden L6sungen wurden laufend Proben entnommen; nach oben be- schriebenem Verfahren wurde die Chemiluminescenz gemessen. Das Ergebnis ist in Abb. 2 wiedergegeben. Die methanolische CS-L6sung liefert einen sehr niedri- gen, gleichbleibenden Megeffekt, der aller Wahrschein- lichkeit nach dutch Wasserspuren bedingt ist. Die aus der w~il3rigen L6sung erhaltenen MeBeffekte nehmen zun/ichst stark zu, n/ihern sich dann jedoch einem Plateau, das nach etwas 5 h erreicht ist. Die H6he des Plateaus stimmt mit dem Luminescenzeffekt, den eine /iquimolare Malons/iuredinitrill6sung hervorruft, sehr gut iiberein (gestrichelte Linie). Man kann also davon ausgehen, dab tats/ichlich dieses Hydrolyseprodukt des CS ffir den beschriebenen Effekt verantwortlich ist. o- Chlorbenzaldehyd liefert keine Chemiluminescenz.

Die Hydrolyse des CS kann zwar dutch Einstellung eines h6heren pH-Wertes wesentlich beschleunigt wer- den, bleibt dann jedoch nicht beim Malons/iuredinitril stehen. Die Endprodukte Malons/iure und Ammoniak bewirken in vergleichbaren Konzentrationen keine Chemiluminescenz. Im Falle einer derart beschleunig- ten Hydrolyse lassen sich nut dann reproduzierbare Ergebnisse erhalten, wenn die Hydrolysezeit genau festgelegt ist. Bew/ihrt haben sich die folgenden Bedin- gungen: Man versetzt die ann~ihernd neutrale w/iBrige CS-L6sung mit Na3PO4, so dab die resultierende L6sung 1 0 -4 M an Na3PO 4 ist (pH-Wert 9,9). Nach 10 rain wird der Luminescenzeffekt wie oben beschrie- ben gemessen. Die nach dieser Arbeitsweise erhaltene Eichkurve liegt etwas niedriger als die nach Hydrolyse im neutralen Bereich, und sie ist nicht streng linear, sondern biegt etwas nach unten ab. Die Hydrolyse irn neutralen Milieu ist deshalb vorzuziehen, sofern das Analysenergebnis nicht in kurzer Zeit vorliegen mug.

Literatur 1. Ballantyne, B., Swanston, D. W.: Arch. Toxicol. 40, 75 (1978) 2. Gottschalk, G.: Fresenius Z. Anal. Chem. 276, 81 (1975) 3. Patai, S., Rappoport, Z.: J. Chem, Soc. 1962 383 4. Ullmanns Enzyklopfidie der technischen Chemie, 3. Aufl. Bd. 12,

S. 752. M/.inchen: Urban und Schwarzenbeck 1960

Eingegangen am 18. Dezember 1979