汞離子檢測試紙及其制備方法和檢測方法與流程

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本發明屬于重金屬離子檢測領域，尤其涉及一種汞離子檢測試紙及其制備方法和檢測方法。

背景技術：

隨著工農業的快速發展，重金屬污染已嚴重影響到人類的身體健康，制約著經濟的可持續發展。在重金屬離子中，汞具有劇毒卻又普遍存在于自然界中。Hg²⁺是汞的主要存在形態之一，當其進入水體后可通過食物鏈而富集，最后被人體吸收，對人體健康造成極大的傷害。汞作為強毒性重金屬元素，目前已成為全球性重大環境問題，亦引起了我國政府的高度重視。因此，Hg²⁺的分析與檢測顯得尤為重要。

目前汞離子檢測的方法主要有熒光法、原子吸收光譜法、表面增強拉曼散射法、電感耦合等離子體質譜法等，這些檢測方法，不僅要求大型的設備儀器，對使用者要求嚴格，易于帶來各種操作誤差，且檢測時間較長，成本較高，不利于實現現場的快速檢測。

試紙檢測技術具有快速檢測，成本低，方便攜帶等優點，廣泛應用于化學領域中。但現有技術中針對汞離子檢測的試紙較少，而且現有試紙其制備過程復雜，成本高，檢測靈敏度低，不能達到快速準確檢測汞離子的目的。此外，現有的化學試劑檢測方法中出現了使用DNA或核酸與金納米進行復合來提升催化活性的方法，但此方法增加了核酸與金納米進行復合的過程，并且制備成本過高，制備工藝復雜，無法實現大規模的應用。因此，在不增加成本的前提下，提供一種生產周期短，可以快速、準確地對汞離子進行檢測的方法，已成為當務之急。

技術實現要素：

本發明提出一種汞離子檢測試紙及其制備方法和檢測方法，本發明所提供的汞離子檢測試紙，其制備方法簡單，生產周期短，成本低，便于攜帶，可實現現場檢測；使用該試紙進行檢測的方法簡單，靈敏度高。

為了達到上述目的，本發明一方面提供了一種汞離子檢測試紙的制備方法，所述試紙包括親水性膜和疏水性基底，將親水性膜置于金納米顆粒溶液中浸泡一段時間，使得金納米顆粒附著在親水性膜上，取出干燥；將所得附著有金納米顆粒的親水性膜作為試紙的指示區粘貼到疏水性基底上，得到汞離子檢測試紙。

作為優選，所述金納米顆粒溶液中金納米顆粒的粒徑為3.5-20nm。

作為優選，所述金納米顆粒溶液的制備方法為：在常溫下，將氯金酸水溶液溶于保護劑中，攪拌均勻后，逐滴加入硼氫化鈉水溶液，溶液由淡黃色變為深紅色，得到金納米顆粒溶液。

作為優選，所述氯金酸水溶液、保護劑和硼氫化鈉水溶液的加入量為使得加入的氯金酸、保護劑和硼氫化鈉的摩爾比為1：(0-2.5)：(1.5-10)。

作為優選，所述保護劑選自磷酸鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸鈉、檸檬酸中的一種。

作為優選，所述親水性膜選自普通濾紙、纖維素膜、無紡布中的一種；所述疏水性基底選自聚氯乙烯、聚丙烯樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、聚芳酰胺纖維中的一種。

本發明的另一方面提供了一種如上述任一技術方案所述的汞離子檢測試紙的制備方法制備得到的汞離子檢測試紙。

作為優選，所述汞離子檢測試紙的指示區長為0.8cm，寬為0.1-0.5cm。

本發明的再一方面提供了一種如上述技術方案所述的汞離子檢測試紙的檢測方法，在所述汞離子檢測試紙的指示區上按順序逐步滴加待測Hg²⁺溶液、3,3’,5,5’-四甲基聯苯胺和雙氧水，一段時間后，在陽光或可見光照射下，讀取指示區顏色，與標準色卡進行對比，確定Hg²⁺濃度。

作為優選，所述3,3’,5,5’-四甲基聯苯胺的濃度≥4mmol/L，所述雙氧水的濃度≥0.2mmol/L。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在于：

1、本發明的汞離子檢測試紙的制備原料常見易獲取，制備工藝簡單，生產周期短，成本極低，攜帶方便。

2、本發明的汞離子檢測試紙的檢測過程，無需對檢測樣進行前處理，對操作人員技術要求低，測定速度快，根據所檢測的Hg²⁺濃度的不同，發生不同的顏色變化，做到可視化檢測。

3、本發明對Hg²⁺檢測具有專一性，排除其他重金屬離子的干擾。

4、本發明的金與汞結合性好，可實現對低濃度Hg²⁺的檢測，保證其高的靈敏度，其測定限小于0.1nmol/L，明顯優于現有技術。

附圖說明

圖1為本發明實施例所提供的汞離子檢測試紙的標準色卡示意圖；

圖2為本發明實施例所提供的分別利用納米金、銀、金銀合金制備得到的試紙A、B、C進行汞離子檢測的結果示意圖；

圖3為本發明實施例所提供的不同粒徑金納米顆粒的掃描電鏡圖；

圖4為本發明實施例所提供的分別利用不同粒徑金納米制備得到的試紙D、E、F、G進行汞離子檢測的結果示意圖；

圖5為本發明實施例所提供的不同的反應試劑加入順序的檢測結果示意圖；

圖6為本發明實施例所提供的其它重金屬離子溶液的檢測結果示意圖。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明實施例的一方面提供了一種汞離子檢測試紙的制備方法，所述試紙包括親水性膜和疏水性基底，將親水性膜置于金納米顆粒溶液中浸泡一段時間，使得金納米顆粒附著在親水性膜上，取出干燥；將所得附著有金納米顆粒的親水性作為試紙的指示區粘貼到疏水性材料基底上，得到汞離子檢測試紙。

在上述實施例中，為有利于金納米顆粒的附著，親水性膜在金納米顆粒溶液中的浸泡時間優選為20s-30min，在該時間范圍內取值有利于金納米顆粒的充分附著，但可以理解的是，只要能實現金納米顆粒附著的浸泡時間，本領域技術人員均可選擇性替換。親水性膜浸泡取出后的干燥溫度可為40℃，本領域技術人員還可根據實際干燥的需要選擇其它干燥溫度。本發明實施例所提供的汞離子檢測試紙的制備方法，其原料易獲取，制備工藝簡單，生產周期短，成本極低。

在一優選實施例中，所述金納米顆粒溶液中金納米顆粒的粒徑為3.5-20nm。在本實施例中，為了更好地保證試紙檢測結果的準確性，選擇上述粒徑范圍內的金納米顆粒，可以理解的是，本領域技術人員可根據實際需要在上述范圍內進行取值，其粒徑還可以為4-18nm、4-15nm、5-10nm等。

在一可選實施例中，所述金納米顆粒溶液的制備方法為：在常溫下，將氯金酸水溶液溶于保護劑中，攪拌均勻后，逐滴加入硼氫化鈉水溶液，溶液由淡黃色變為深紅色，即得到金納米顆粒溶液，此時可繼續攪拌20min-1h，置于4℃下保存，備用。本實施例為制備金納米顆粒溶液的優選方法，該制備方法簡單易實現，成本低，且制備得到的金納米純度高，從而制備獲得的試紙有利于汞離子檢測的準確性。

在一優選實施例中，所述氯金酸水溶液、保護劑和硼氫化鈉水溶液的加入量為使得加入的氯金酸、保護劑和硼氫化鈉的摩爾比為1：(0-2.5)：(1.5-10)。本實施例制備得到的金納米顆粒的濃度為0.2mmol/L-0.6mmol/L，上述反應隨著保護劑添加量的增加，獲得的金納米顆粒的粒徑先減小后增大。為了獲得粒徑范圍為3.5-20nm的金納米顆粒，從而使得檢測結果更準確，將反應物的加入量限定在上述范圍內，可以理解的是，本領域技術人員可根據實際需要，在上述范圍內進行取值，例如可以為1:0：2、1:0:5、1:1:1.5、1:1:5、1:1:8、1:2:2、1:2:5、1:2:8、1:2.5:2、1:2.5:5、1:2.5:8等。

在一優選實施例中，所述保護劑選自磷酸鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸鈉、檸檬酸中的一種。上述所列舉的保護劑均為有利于反應進行的優選化合物，但可以理解的是，本實施例所采用的保護劑并不局限于上述所列舉的，還可以為本領域已知的其它化合物，只要起到保護反應的作用，本領域技術人員均可替換使用。

當保護劑的摩爾比選擇0時，所述金納米顆粒溶液的制備方法則簡化為：在常溫下，取氯金酸水溶液，向其中逐滴加入硼氫化鈉水溶液，溶液由淡黃色變為深紅色，制得金納米顆粒溶液，此時可繼續攪拌20min-1h使反應液更均勻，然后置于4℃下保存，備用。

在一優選實施例中，所述親水性膜選自普通濾紙、纖維素膜、無紡布中的一種，優選普通濾紙；所述疏水性材料基底選自聚氯乙烯、聚丙烯樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、聚芳酰胺纖維中的一種。在本實施例中，上述所列舉的親水性膜和疏水性材料基底均為有利于試紙準確檢測的優選材料，并且易獲取、價格低廉，但可以理解的是，本實施例所采用的親水性膜和疏水性材料基底并不局限于上述所列舉的材料，還可以為本領域的其它已知具有親水性特性和疏水性特性的材料。

本發明實施例的另一方面提供了一種如上述任一實施例所述的汞離子檢測試紙的制備方法制備得到的汞離子檢測試紙。本發明通過上述任一實施例所制得的汞離子檢測試紙，檢測準確度高，生產周期短，制備工藝簡單，攜帶方便，可實現汞離子的現場檢測，可廣泛應用于不同場合下對汞離子的檢測中。

在一優選實施例中，所述汞離子檢測試紙的指示區長為0.8cm，寬為0.1-0.5cm。在本實施例中，選用上述尺寸作為試紙指示區的優選尺寸，可更好地與試紙的檢測過程相配合，有利于顏色的讀取，即可以保證檢測結果的準確性，又可以避免不必要的材料浪費，本領域技術人員可在上述指示區寬度范圍內進行取值，例如可以為0.2cm、0.3cm、0.4cm等。

本發明實施例的再一方面提供了一種如上述實施例所述的汞離子檢測試紙的檢測方法，在所述汞離子檢測試紙的指示區上按順序逐步滴加待測Hg²⁺溶液、3,3’,5,5’-四甲基聯苯胺(TMB)和雙氧水(H₂O₂)，一段時間后(10-20min，優選15min)，在陽光或可見光照射下，讀取指示區顏色，與圖1中的標準色卡進行對比，確定Hg²⁺濃度，其中，圖1中標準色卡的實際顏色從0nmol/L未出現藍色到60nmol/L藍色逐漸加深。上述三種試劑的滴加量選擇常規的滴加量即可，如3-8μL，尤其優選三者滴加量相等，如均滴加5μL。

在上述實施例所提供的檢測方法中，采用以上附著有納米金的試紙進行檢測，按順序逐步加入反應溶劑，能夠使得金與汞先充分結合生成金汞齊，隨后再添加反應試劑，更好地模擬過氧化物酶活性的變化，實現對低濃度Hg²⁺的檢測，保證其高的靈敏度，其測定限小于0.1nmol/L，明顯優于現有技術；以上檢測方法對汞離子檢測具有專一性，可排除其它重金屬離子的干擾；無需對檢測樣進行前處理，對操作人員技術要求低，測定速度快，根據所檢測的Hg²⁺濃度不同，發生不同的顏色變化，做到可視化檢測。

在一優選實施例中，所述TMB的濃度≥4mmol/L，所述H₂O₂的濃度≥0.2mmol/L。采用上述濃度范圍的TMB和H₂O₂作為反應試劑，可有利于試紙的顯色反應，更為準確地獲得汞離子濃度的測定結果。但可以理解的是，本領域技術人員可根據實際需要在上述范圍內進行取值，例如TMB的濃度還可以為5mmol/L、6mmol/L等，H₂O₂的濃度可以為0.4mmol/L、5mmol/L、6mmol/L等。

為了更清楚詳細地介紹本發明實施例所提供的汞離子檢測試紙及其制備方法和檢測方法，下面將結合具體實施例進行描述。

(1)驗證納米金、銀、金銀合金制備的試紙的檢測結果的準確性

實施例1

利用金納米制備試紙：將普通濾紙置于金納米顆粒溶液(0.4mmol/L,粒徑4nm左右)中浸泡30min，取出后置于40℃條件下干燥；將附著有金納米的普通濾紙裁剪成尺寸為0.8*0.2cm的條狀作為試紙的指示區，粘貼到尺寸略大的聚氯乙烯樹脂基底上，制備得到汞離子檢測試紙A。

對比例1

利用銀納米制備試紙：將普通濾紙置于銀納米顆粒溶液(0.4mmol/L,粒徑4nm左右)中浸泡30min，取出后置于40℃條件下干燥；將附著有納米銀的普通濾紙裁剪為尺寸0.8*0.2cm的條狀作為試紙的指示區，粘貼到尺寸略大的聚氯乙烯樹脂基底上，制備得到汞離子檢測試紙B。

對比例2

利用納米金銀合金制備試紙：將普通濾紙置于納米金銀合金顆粒溶液(0.4mmol/L,粒徑4nm左右)中浸泡30min，取出后置于40℃條件下干燥；將附著有納米金銀合金的普通濾紙裁剪為尺寸0.8*0.2cm的條狀作為試紙的指示區，粘貼到尺寸略大的聚氯乙烯樹脂基底上，制備得到汞離子檢測試紙C。

汞離子含量的測定

分別在所制得的試紙A、B、C的指示區中使用移液槍按順序逐步滴加待測Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(4mmol/L)與H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL,觀察試紙顏色的變化：

(1)試紙A：10s內變為藍色；15min后，在陽光或其它可見光照射下讀取指示區的顏色和標準顏色卡對比，確定Hg²⁺濃度，約60nmol/L。

(2)試紙B：顏色變化不明顯；15min后，在陽光或其它可見光照射下讀取指示區的顏色和標準顏色卡對比，確定Hg²⁺濃度，幾乎為0nmol/L。

(3)試紙C：顏色變化不明顯；15min后，在陽光或其它可見光照射下讀取指示區的顏色和標準顏色卡對比，確定Hg²⁺濃度，約為0.1-1nmol/L。

利用實施例1和對比例1、2所得試紙進行汞離子檢測的結果如圖2所示，由檢測結果可知，采用本發明實施例1利用金納米制備得到的試紙進行汞離子含量的檢測，其檢測結果準確，明顯優于采用銀納米和納米金銀合金制備得到的試紙，并且不需要前處理過程，檢測過程得到優化，試紙制備成本低。

(2)不同粒徑金納米顆粒的制備及其對檢測結果的影響

實施例2

在常溫條件下，將2.5mmol/L,20mL的氯金酸水溶液溶于100mL的超純水中，攪拌均勻后，逐滴加入50mmol/L，5mL的硼氫化鈉水溶液，溶液由淡黃色變為深紅色，繼續攪拌一段時間，置于4℃下保存，備用。該實施例中，三種物質的摩爾比為氯金酸：三聚磷酸鈉：硼氫化鈉＝1：0：5，制備得到的金納米顆粒的粒徑如圖3(a)所示為12nm左右，金納米顆粒溶液的濃度為0.4mmol/L；按照實施例1中的方法制備得到試紙D。

實施例3

在常溫條件下，將2.5mmol/L,20mL的氯金酸水溶液溶于0.25mmol/L,100mL的三聚磷酸鈉水溶液中，攪拌均勻后，逐滴加入50mmol/L，5mL的硼氫化鈉水溶液，溶液由淡黃色變為深紅色，繼續攪拌一段時間，置于4℃下保存，備用。該實施例中，三種物質的摩爾比為氯金酸：三聚磷酸鈉：硼氫化鈉＝1:0.5:5，制備得到的金納米顆粒的粒徑如圖3(b)所示為4nm左右，金納米顆粒溶液的濃度為0.4mmol/L；按照實施例1中的方法制備得到試紙E。

實施例4

在常溫條件下，將2.5mmol/L,20mL的氯金酸水溶液溶于1mmol/L,100mL的三聚磷酸鈉水溶液中，攪拌均勻后，逐滴加入50mmol/L，5mL的硼氫化鈉水溶液，溶液由淡黃色變為深紅色，繼續攪拌一段時間，置于4℃下保存，備用。該實施例中，三種物質的摩爾比為氯金酸：三聚磷酸鈉：硼氫化鈉＝1：2：5，制備得到的金納米顆粒的粒徑如圖3(c)所示為15nm左右，金納米顆粒溶液的濃度為0.4mmol/L；按照實施例1中的方法制備得到試紙F。

實施例5

在常溫條件下，將2.5mmol/L,20mL的氯金酸水溶液溶于0.5mmol/L,100mL的三聚磷酸鈉水溶液中，攪拌均勻后，逐滴加入5mmol/L，5mL的硼氫化鈉水溶液，溶液由淡黃色變為深紅色，繼續攪拌一段時間，置于4℃下保存，備用。該實施例中，三種物質的摩爾比為氯金酸：三聚磷酸鈉：硼氫化鈉＝1：1：0.5，制備得到的金納米顆粒的粒徑如圖3(d)所示為50nm左右，金納米顆粒溶液的濃度為0.4mmol/L；按照實施例1中的方法制備得到試紙G。

汞離子含量的測定

分別在所制得的試紙D、E、F、G的指示區中使用移液槍按順序逐步滴加待測Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(4mmol/L)與H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL，15min后，觀察試紙顏色的變化，見圖4，試紙D、E、F的測定結果均為60nmol/L，試紙G的測定結果為20nmol/L。

由實施例2-實施例5可知，隨著保護劑加入量的增加，所制得的金納米顆粒的粒徑先減小后增大。由圖4中的檢測結果可知，金納米顆粒粒徑尺寸小于20nm時制備得到的試紙的檢測結果更準確。

(3)驗證Hg²⁺及TMB、H₂O₂加入順序對檢測結果的影響

實施例6

在實施例3制得的汞離子檢測試紙E的指示區上用移液槍按順序逐步滴加待測Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(4mmol/L)與H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL，10s內變為藍色；15min后，在陽光或其它可見光照射下讀取指示區的顏色和標準顏色卡對比，確定Hg²⁺濃度為60nmol/L，見圖5(a)。

對比例3

在實施例3中制得的汞離子檢測試紙E的指示區上使用與實施例6相同規格的移液槍按順序逐步滴加TMB(4mmol/L),H₂O₂(0.4mmol/L)與Hg²⁺(60nmol/L)各5μL，3min后試紙變為藍色；15min后，在陽光或其它可見光照射下讀取指示區的顏色和標準顏色卡對比，確定Hg²⁺濃度約20nmol/L，見圖5(b)。

由實施例6和對比例3可知，本發明實施例按順序逐步加入待測Hg²⁺溶液、TMB與H₂O₂，可保證金與汞先充分反應生成金汞齊，隨后再添加顯色試劑，優化了檢測方法，使得汞離子的檢測結果更準確。

(4)H₂O₂的濃度對實驗的影響

實施例7

在實施例3制備得到的汞離子檢測試紙E的指示區上使用與實施例6相同規格的移液槍按順序逐步滴加待測Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(4mmol/L)與H₂O₂(0.2mmol/L)各5μL，試紙顏色變為藍色；15min后，在陽光或其它可見光照射下讀取指示區的顏色和標準顏色卡對比，確定Hg²⁺濃度，為60nmol/L。

實施例8

在實施例3制備得到的汞離子檢測試紙E的指示區上使用與實施例6相同規格的移液槍按順序逐步滴加待測Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(4mmol/L)與H₂O₂(0.1mmol/L)各5μL，試紙顏色變為藍色；15min后，在陽光或其它可見光照射下讀取指示區的顏色和標準顏色卡對比，確定Hg²⁺濃度，為10nmol/L。

由實施例6、實施例7和實施例8可知，當H₂O₂的濃度≥0.2mmol/L時檢測結果更準確。

(5)TMB的濃度對實驗的影響

實施例9

在實施例3制備得到的汞離子檢測試紙E的指示區上使用與實施例6相同規格的移液槍按順序逐步滴加待測Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(3.5mmol/L)與H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL，試紙變為藍色；15min后，在陽光或其它可見光照射下讀取指示區的顏色和標準顏色卡對比，確定Hg²⁺濃度，約40nmol/L。

實施例10

在實施例3制備得到的汞離子檢測試紙E的指示區上使用與實施例6相同規格的移液槍按順序逐步滴加待測Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(2mmol/L)與H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL，試紙變為藍色；15min后，在陽光或其它可見光照射下讀取指示區的顏色和標準顏色卡對比，確定Hg²⁺濃度，約20nmol/L。

由實施例6、實施例9和實施例10可知，當TMB濃度≥4mmol/L時檢測結果更準確。

(6)驗證檢測方法對Hg²⁺檢測的專一性

對比例4

取10張實施例3制備得到的汞離子檢測試紙E，使用相同規格的移液槍在10張試紙的指示區分別滴加60nmol/L的La²⁺、Cr⁶⁺、Pb²⁺、Co²⁺、Zr⁴⁺、Cd²⁺、Cr³⁺、Ce⁴⁺、Fe³⁺、Sn⁴⁺離子溶液各5μL，隨后在每張試紙上依次滴加TMB(4mmol/L)與H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL，觀察各試紙顏色的變化，如圖6所示，檢測結果均在0-0.1nmol/L之間。