Fluorometrischer Nachweis von Fluorid in wässriger Lösung mittels Teststreifen und einem BODIPY‐Wasserstoffbrückenrezeptor‐Konjugat

Abstract

Aufgrund der maßgeblichen Rolle, die Anionen in biologischen Systemen und der Umwelt spielen, ist die AnionenAnalytik in der letzten Dekade exponentiell gewachsen. [1] Bedingt durch seine zweischneidige Natur nimmt F À dabei unter den kleinen anorganischen Anionen eine besondere Stellung ein.[2] Die Fluoridierung von Trinkwasser oder der Zusatz von Fluorid zu Zahncreme sind heute in vielen Län-dern eine weitverbreitete Praxis und dienen vor allem der Zahngesundheitsvorsorge und der Vorbeugung von Osteoporose.[3] Hohe Dosen an F À dagegen sind gefährlich und kçnnen zu dentaler oder skeletaler Fluorose führen; [4] sie werden auch mit Nierenversagen [5] und Nierensteinleiden in Verbindung gebracht.[6] Erst im Jahr 2011 folgte die US Environmental Protection Agency (EPA) verschiedenen anderen Ländern [7] und reduzierte den Richtwert für F À in Trinkwasser von 1 auf 0.7 ppm.[8] Obwohl der Entwicklung von molekularen Sonden für F À , die potenziell für eine schnelle Vor-Ort-Analytik geeignet sind, beträchtliche Aufmerksamkeit geschenkt wurde, ist die Einsatzfähigkeit dieser Sonden unter relevanten Umweltbedingungen bis auf wenige Ausnahmen sehr limitiert.[9] Dieser Umstand wurde vor allem der starken Solvatation von Anion und Bindungsstelle des Wirtes in stark konkurrierenden Lçsungsmitteln zugeschrieben. [10] Um das Anion trotzdem in wässriger Lçsung nachzuweisen, wurden unterschiedliche Strategien vorgeschlagen: LewisSäure- [11] oder Metall-Anion-Koordination, [12] kationische Rezeptoren, [13] Anion-p-Wechselwirkungen, [14] die Bildung von Si-F-Bindungen, [15] der Aufbau einer hydrophoben Mikroumgebung um die Bindungsstellen herum [16] und der Einsatz von sehr stark aziden Donoreinheiten.[17] Mit vielen dieser Sonden [11-14, 16, 17] gelingt aber nur der Nachweis von Fluorid aus organischer Quelle, d. h., beispielsweise mit Tetrabutylammoniumfluorid (TBAF) als Quelle, und in gemischt organisch-wässrigen Lçsungen (typischerweise mit einem Anteil von 5-30 % an organischem Lçsungsmittel wie DMSO, CH 3 CN oder EtOH).[18] Des Weiteren stellen nicht nur die vorherrschenden elektrostatischen Kräfte, die mit gerichteten Bindungsprozessen konkurrieren, sondern auch der Eintrag von weiteren Gegenionen für den Einsatz von geladenen Rezeptoren oft Probleme dar. Auf der anderen Seite lässt sich die Desilylierung, auf der viele F À -Dosimeter beruhen, in wässriger Lçsung einsetzen.[15] Ein Nachteil dieser irreversiblen Reaktion sind jedoch die vergleichsweise langsamen Ansprechzeiten von einigen zehn Minuten bis zu mehreren Stunden, die Echtzeit-und Vor-Ort-Anwendungen einschränken. Vorzuziehen sind daher neutrale Rezeptoren mit gerichteten Wasserstoffbrückenmotiven, wobei für diese Klasse das Problem durch die Konkurrenz von Wasser immer noch gelçst werden muss.Die unterschiedlichen analytischen Techniken, die bislang für den quantitativen Fluorid-Nachweis eingesetzt wurden, [19] bençtigen in der Regel teure Geräte, erfahrene Anwender und langwierige Prozeduren. Der Bedarf für eine einfache und kostengünstige Methode für den F ...