汞离子检测试纸及其制备方法和检测方法与流程

本发明属于重金属离子检测领域，尤其涉及一种汞离子检测试纸及其制备方法和检测方法。

背景技术：

随着工农业的快速发展，重金属污染已严重影响到人类的身体健康，制约着经济的可持续发展。在重金属离子中，汞具有剧毒却又普遍存在于自然界中。Hg²⁺是汞的主要存在形态之一，当其进入水体后可通过食物链而富集，最后被人体吸收，对人体健康造成极大的伤害。汞作为强毒性重金属元素，目前已成为全球性重大环境问题，亦引起了我国政府的高度重视。因此，Hg²⁺的分析与检测显得尤为重要。

目前汞离子检测的方法主要有荧光法、原子吸收光谱法、表面增强拉曼散射法、电感耦合等离子体质谱法等，这些检测方法，不仅要求大型的设备仪器，对使用者要求严格，易于带来各种操作误差，且检测时间较长，成本较高，不利于实现现场的快速检测。

试纸检测技术具有快速检测，成本低，方便携带等优点，广泛应用于化学领域中。但现有技术中针对汞离子检测的试纸较少，而且现有试纸其制备过程复杂，成本高，检测灵敏度低，不能达到快速准确检测汞离子的目的。此外，现有的化学试剂检测方法中出现了使用DNA或核酸与金纳米进行复合来提升催化活性的方法，但此方法增加了核酸与金纳米进行复合的过程，并且制备成本过高，制备工艺复杂，无法实现大规模的应用。因此，在不增加成本的前提下，提供一种生产周期短，可以快速、准确地对汞离子进行检测的方法，已成为当务之急。

技术实现要素：

本发明提出一种汞离子检测试纸及其制备方法和检测方法，本发明所提供的汞离子检测试纸，其制备方法简单，生产周期短，成本低，便于携带，可实现现场检测；使用该试纸进行检测的方法简单，灵敏度高。

为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种汞离子检测试纸的制备方法，所述试纸包括亲水性膜和疏水性基底，将亲水性膜置于金纳米颗粒溶液中浸泡一段时间，使得金纳米颗粒附着在亲水性膜上，取出干燥；将所得附着有金纳米颗粒的亲水性膜作为试纸的指示区粘贴到疏水性基底上，得到汞离子检测试纸。

作为优选，所述金纳米颗粒溶液中金纳米颗粒的粒径为3.5-20nm。

作为优选，所述金纳米颗粒溶液的制备方法为：在常温下，将氯金酸水溶液溶于保护剂中，搅拌均匀后，逐滴加入硼氢化钠水溶液，溶液由淡黄色变为深红色，得到金纳米颗粒溶液。

作为优选，所述氯金酸水溶液、保护剂和硼氢化钠水溶液的加入量为使得加入的氯金酸、保护剂和硼氢化钠的摩尔比为1：(0-2.5)：(1.5-10)。

作为优选，所述保护剂选自磷酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸中的一种。

作为优选，所述亲水性膜选自普通滤纸、纤维素膜、无纺布中的一种；所述疏水性基底选自聚氯乙烯、聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、聚芳酰胺纤维中的一种。

本发明的另一方面提供了一种如上述任一技术方案所述的汞离子检测试纸的制备方法制备得到的汞离子检测试纸。

作为优选，所述汞离子检测试纸的指示区长为0.8cm，宽为0.1-0.5cm。

本发明的再一方面提供了一种如上述技术方案所述的汞离子检测试纸的检测方法，在所述汞离子检测试纸的指示区上按顺序逐步滴加待测Hg²⁺溶液、3,3’,5,5’-四甲基联苯胺和双氧水，一段时间后，在阳光或可见光照射下，读取指示区颜色，与标准色卡进行对比，确定Hg²⁺浓度。

作为优选，所述3,3’,5,5’-四甲基联苯胺的浓度≥4mmol/L，所述双氧水的浓度≥0.2mmol/L。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明的汞离子检测试纸的制备原料常见易获取，制备工艺简单，生产周期短，成本极低，携带方便。

2、本发明的汞离子检测试纸的检测过程，无需对检测样进行前处理，对操作人员技术要求低，测定速度快，根据所检测的Hg²⁺浓度的不同，发生不同的颜色变化，做到可视化检测。

3、本发明对Hg²⁺检测具有专一性，排除其他重金属离子的干扰。

4、本发明的金与汞结合性好，可实现对低浓度Hg²⁺的检测，保证其高的灵敏度，其测定限小于0.1nmol/L，明显优于现有技术。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的汞离子检测试纸的标准色卡示意图；

图2为本发明实施例所提供的分别利用纳米金、银、金银合金制备得到的试纸A、B、C进行汞离子检测的结果示意图；

图3为本发明实施例所提供的不同粒径金纳米颗粒的扫描电镜图；

图4为本发明实施例所提供的分别利用不同粒径金纳米制备得到的试纸D、E、F、G进行汞离子检测的结果示意图；

图5为本发明实施例所提供的不同的反应试剂加入顺序的检测结果示意图；

图6为本发明实施例所提供的其它重金属离子溶液的检测结果示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的一方面提供了一种汞离子检测试纸的制备方法，所述试纸包括亲水性膜和疏水性基底，将亲水性膜置于金纳米颗粒溶液中浸泡一段时间，使得金纳米颗粒附着在亲水性膜上，取出干燥；将所得附着有金纳米颗粒的亲水性作为试纸的指示区粘贴到疏水性材料基底上，得到汞离子检测试纸。

在上述实施例中，为有利于金纳米颗粒的附着，亲水性膜在金纳米颗粒溶液中的浸泡时间优选为20s-30min，在该时间范围内取值有利于金纳米颗粒的充分附着，但可以理解的是，只要能实现金纳米颗粒附着的浸泡时间，本领域技术人员均可选择性替换。亲水性膜浸泡取出后的干燥温度可为40℃，本领域技术人员还可根据实际干燥的需要选择其它干燥温度。本发明实施例所提供的汞离子检测试纸的制备方法，其原料易获取，制备工艺简单，生产周期短，成本极低。

在一优选实施例中，所述金纳米颗粒溶液中金纳米颗粒的粒径为3.5-20nm。在本实施例中，为了更好地保证试纸检测结果的准确性，选择上述粒径范围内的金纳米颗粒，可以理解的是，本领域技术人员可根据实际需要在上述范围内进行取值，其粒径还可以为4-18nm、4-15nm、5-10nm等。

在一可选实施例中，所述金纳米颗粒溶液的制备方法为：在常温下，将氯金酸水溶液溶于保护剂中，搅拌均匀后，逐滴加入硼氢化钠水溶液，溶液由淡黄色变为深红色，即得到金纳米颗粒溶液，此时可继续搅拌20min-1h，置于4℃下保存，备用。本实施例为制备金纳米颗粒溶液的优选方法，该制备方法简单易实现，成本低，且制备得到的金纳米纯度高，从而制备获得的试纸有利于汞离子检测的准确性。

在一优选实施例中，所述氯金酸水溶液、保护剂和硼氢化钠水溶液的加入量为使得加入的氯金酸、保护剂和硼氢化钠的摩尔比为1：(0-2.5)：(1.5-10)。本实施例制备得到的金纳米颗粒的浓度为0.2mmol/L-0.6mmol/L，上述反应随着保护剂添加量的增加，获得的金纳米颗粒的粒径先减小后增大。为了获得粒径范围为3.5-20nm的金纳米颗粒，从而使得检测结果更准确，将反应物的加入量限定在上述范围内，可以理解的是，本领域技术人员可根据实际需要，在上述范围内进行取值，例如可以为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。

在一优选实施例中，所述保护剂选自磷酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸中的一种。上述所列举的保护剂均为有利于反应进行的优选化合物，但可以理解的是，本实施例所采用的保护剂并不局限于上述所列举的，还可以为本领域已知的其它化合物，只要起到保护反应的作用，本领域技术人员均可替换使用。

当保护剂的摩尔比选择0时，所述金纳米颗粒溶液的制备方法则简化为：在常温下，取氯金酸水溶液，向其中逐滴加入硼氢化钠水溶液，溶液由淡黄色变为深红色，制得金纳米颗粒溶液，此时可继续搅拌20min-1h使反应液更均匀，然后置于4℃下保存，备用。

在一优选实施例中，所述亲水性膜选自普通滤纸、纤维素膜、无纺布中的一种，优选普通滤纸；所述疏水性材料基底选自聚氯乙烯、聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、聚芳酰胺纤维中的一种。在本实施例中，上述所列举的亲水性膜和疏水性材料基底均为有利于试纸准确检测的优选材料，并且易获取、价格低廉，但可以理解的是，本实施例所采用的亲水性膜和疏水性材料基底并不局限于上述所列举的材料，还可以为本领域的其它已知具有亲水性特性和疏水性特性的材料。

本发明实施例的另一方面提供了一种如上述任一实施例所述的汞离子检测试纸的制备方法制备得到的汞离子检测试纸。本发明通过上述任一实施例所制得的汞离子检测试纸，检测准确度高，生产周期短，制备工艺简单，携带方便，可实现汞离子的现场检测，可广泛应用于不同场合下对汞离子的检测中。

在一优选实施例中，所述汞离子检测试纸的指示区长为0.8cm，宽为0.1-0.5cm。在本实施例中，选用上述尺寸作为试纸指示区的优选尺寸，可更好地与试纸的检测过程相配合，有利于颜色的读取，即可以保证检测结果的准确性，又可以避免不必要的材料浪费，本领域技术人员可在上述指示区宽度范围内进行取值，例如可以为0.2cm、0.3cm、0.4cm等。

本发明实施例的再一方面提供了一种如上述实施例所述的汞离子检测试纸的检测方法，在所述汞离子检测试纸的指示区上按顺序逐步滴加待测Hg²⁺溶液、3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)和双氧水(H₂O₂)，一段时间后(10-20min，优选15min)，在阳光或可见光照射下，读取指示区颜色，与图1中的标准色卡进行对比，确定Hg²⁺浓度，其中，图1中标准色卡的实际颜色从0nmol/L未出现蓝色到60nmol/L蓝色逐渐加深。上述三种试剂的滴加量选择常规的滴加量即可，如3-8μL，尤其优选三者滴加量相等，如均滴加5μL。

在上述实施例所提供的检测方法中，采用以上附着有纳米金的试纸进行检测，按顺序逐步加入反应溶剂，能够使得金与汞先充分结合生成金汞齐，随后再添加反应试剂，更好地模拟过氧化物酶活性的变化，实现对低浓度Hg²⁺的检测，保证其高的灵敏度，其测定限小于0.1nmol/L，明显优于现有技术；以上检测方法对汞离子检测具有专一性，可排除其它重金属离子的干扰；无需对检测样进行前处理，对操作人员技术要求低，测定速度快，根据所检测的Hg²⁺浓度不同，发生不同的颜色变化，做到可视化检测。

在一优选实施例中，所述TMB的浓度≥4mmol/L，所述H₂O₂的浓度≥0.2mmol/L。采用上述浓度范围的TMB和H₂O₂作为反应试剂，可有利于试纸的显色反应，更为准确地获得汞离子浓度的测定结果。但可以理解的是，本领域技术人员可根据实际需要在上述范围内进行取值，例如TMB的浓度还可以为5mmol/L、6mmol/L等，H₂O₂的浓度可以为0.4mmol/L、5mmol/L、6mmol/L等。

为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的汞离子检测试纸及其制备方法和检测方法，下面将结合具体实施例进行描述。

(1)验证纳米金、银、金银合金制备的试纸的检测结果的准确性

实施例1

利用金纳米制备试纸：将普通滤纸置于金纳米颗粒溶液(0.4mmol/L,粒径4nm左右)中浸泡30min，取出后置于40℃条件下干燥；将附着有金纳米的普通滤纸裁剪成尺寸为0.8*0.2cm的条状作为试纸的指示区，粘贴到尺寸略大的聚氯乙烯树脂基底上，制备得到汞离子检测试纸A。

对比例1

利用银纳米制备试纸：将普通滤纸置于银纳米颗粒溶液(0.4mmol/L,粒径4nm左右)中浸泡30min，取出后置于40℃条件下干燥；将附着有纳米银的普通滤纸裁剪为尺寸0.8*0.2cm的条状作为试纸的指示区，粘贴到尺寸略大的聚氯乙烯树脂基底上，制备得到汞离子检测试纸B。

对比例2

利用纳米金银合金制备试纸：将普通滤纸置于纳米金银合金颗粒溶液(0.4mmol/L,粒径4nm左右)中浸泡30min，取出后置于40℃条件下干燥；将附着有纳米金银合金的普通滤纸裁剪为尺寸0.8*0.2cm的条状作为试纸的指示区，粘贴到尺寸略大的聚氯乙烯树脂基底上，制备得到汞离子检测试纸C。

汞离子含量的测定

分别在所制得的试纸A、B、C的指示区中使用移液枪按顺序逐步滴加待测Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(4mmol/L)与H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL,观察试纸颜色的变化：

(1)试纸A：10s内变为蓝色；15min后，在阳光或其它可见光照射下读取指示区的颜色和标准颜色卡对比，确定Hg²⁺浓度，约60nmol/L。

(2)试纸B：颜色变化不明显；15min后，在阳光或其它可见光照射下读取指示区的颜色和标准颜色卡对比，确定Hg²⁺浓度，几乎为0nmol/L。

(3)试纸C：颜色变化不明显；15min后，在阳光或其它可见光照射下读取指示区的颜色和标准颜色卡对比，确定Hg²⁺浓度，约为0.1-1nmol/L。

利用实施例1和对比例1、2所得试纸进行汞离子检测的结果如图2所示，由检测结果可知，采用本发明实施例1利用金纳米制备得到的试纸进行汞离子含量的检测，其检测结果准确，明显优于采用银纳米和纳米金银合金制备得到的试纸，并且不需要前处理过程，检测过程得到优化，试纸制备成本低。

(2)不同粒径金纳米颗粒的制备及其对检测结果的影响

实施例2

在常温条件下，将2.5mmol/L,20mL的氯金酸水溶液溶于100mL的超纯水中，搅拌均匀后，逐滴加入50mmol/L，5mL的硼氢化钠水溶液，溶液由淡黄色变为深红色，继续搅拌一段时间，置于4℃下保存，备用。该实施例中，三种物质的摩尔比为氯金酸：三聚磷酸钠：硼氢化钠＝1：0：5，制备得到的金纳米颗粒的粒径如图3(a)所示为12nm左右，金纳米颗粒溶液的浓度为0.4mmol/L；按照实施例1中的方法制备得到试纸D。

实施例3

在常温条件下，将2.5mmol/L,20mL的氯金酸水溶液溶于0.25mmol/L,100mL的三聚磷酸钠水溶液中，搅拌均匀后，逐滴加入50mmol/L，5mL的硼氢化钠水溶液，溶液由淡黄色变为深红色，继续搅拌一段时间，置于4℃下保存，备用。该实施例中，三种物质的摩尔比为氯金酸：三聚磷酸钠：硼氢化钠＝1:0.5:5，制备得到的金纳米颗粒的粒径如图3(b)所示为4nm左右，金纳米颗粒溶液的浓度为0.4mmol/L；按照实施例1中的方法制备得到试纸E。

实施例4

在常温条件下，将2.5mmol/L,20mL的氯金酸水溶液溶于1mmol/L,100mL的三聚磷酸钠水溶液中，搅拌均匀后，逐滴加入50mmol/L，5mL的硼氢化钠水溶液，溶液由淡黄色变为深红色，继续搅拌一段时间，置于4℃下保存，备用。该实施例中，三种物质的摩尔比为氯金酸：三聚磷酸钠：硼氢化钠＝1：2：5，制备得到的金纳米颗粒的粒径如图3(c)所示为15nm左右，金纳米颗粒溶液的浓度为0.4mmol/L；按照实施例1中的方法制备得到试纸F。

实施例5

在常温条件下，将2.5mmol/L,20mL的氯金酸水溶液溶于0.5mmol/L,100mL的三聚磷酸钠水溶液中，搅拌均匀后，逐滴加入5mmol/L，5mL的硼氢化钠水溶液，溶液由淡黄色变为深红色，继续搅拌一段时间，置于4℃下保存，备用。该实施例中，三种物质的摩尔比为氯金酸：三聚磷酸钠：硼氢化钠＝1：1：0.5，制备得到的金纳米颗粒的粒径如图3(d)所示为50nm左右，金纳米颗粒溶液的浓度为0.4mmol/L；按照实施例1中的方法制备得到试纸G。

汞离子含量的测定

分别在所制得的试纸D、E、F、G的指示区中使用移液枪按顺序逐步滴加待测Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(4mmol/L)与H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL，15min后，观察试纸颜色的变化，见图4，试纸D、E、F的测定结果均为60nmol/L，试纸G的测定结果为20nmol/L。

由实施例2-实施例5可知，随着保护剂加入量的增加，所制得的金纳米颗粒的粒径先减小后增大。由图4中的检测结果可知，金纳米颗粒粒径尺寸小于20nm时制备得到的试纸的检测结果更准确。

(3)验证Hg²⁺及TMB、H₂O₂加入顺序对检测结果的影响

实施例6

在实施例3制得的汞离子检测试纸E的指示区上用移液枪按顺序逐步滴加待测Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(4mmol/L)与H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL，10s内变为蓝色；15min后，在阳光或其它可见光照射下读取指示区的颜色和标准颜色卡对比，确定Hg²⁺浓度为60nmol/L，见图5(a)。

对比例3

在实施例3中制得的汞离子检测试纸E的指示区上使用与实施例6相同规格的移液枪按顺序逐步滴加TMB(4mmol/L),H₂O₂(0.4mmol/L)与Hg²⁺(60nmol/L)各5μL，3min后试纸变为蓝色；15min后，在阳光或其它可见光照射下读取指示区的颜色和标准颜色卡对比，确定Hg²⁺浓度约20nmol/L，见图5(b)。

由实施例6和对比例3可知，本发明实施例按顺序逐步加入待测Hg²⁺溶液、TMB与H₂O₂，可保证金与汞先充分反应生成金汞齐，随后再添加显色试剂，优化了检测方法，使得汞离子的检测结果更准确。

(4)H₂O₂的浓度对实验的影响

实施例7

在实施例3制备得到的汞离子检测试纸E的指示区上使用与实施例6相同规格的移液枪按顺序逐步滴加待测Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(4mmol/L)与H₂O₂(0.2mmol/L)各5μL，试纸颜色变为蓝色；15min后，在阳光或其它可见光照射下读取指示区的颜色和标准颜色卡对比，确定Hg²⁺浓度，为60nmol/L。

实施例8

在实施例3制备得到的汞离子检测试纸E的指示区上使用与实施例6相同规格的移液枪按顺序逐步滴加待测Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(4mmol/L)与H₂O₂(0.1mmol/L)各5μL，试纸颜色变为蓝色；15min后，在阳光或其它可见光照射下读取指示区的颜色和标准颜色卡对比，确定Hg²⁺浓度，为10nmol/L。

由实施例6、实施例7和实施例8可知，当H₂O₂的浓度≥0.2mmol/L时检测结果更准确。

(5)TMB的浓度对实验的影响

实施例9

在实施例3制备得到的汞离子检测试纸E的指示区上使用与实施例6相同规格的移液枪按顺序逐步滴加待测Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(3.5mmol/L)与H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL，试纸变为蓝色；15min后，在阳光或其它可见光照射下读取指示区的颜色和标准颜色卡对比，确定Hg²⁺浓度，约40nmol/L。

实施例10

在实施例3制备得到的汞离子检测试纸E的指示区上使用与实施例6相同规格的移液枪按顺序逐步滴加待测Hg²⁺溶液(60nmol/L)，TMB(2mmol/L)与H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL，试纸变为蓝色；15min后，在阳光或其它可见光照射下读取指示区的颜色和标准颜色卡对比，确定Hg²⁺浓度，约20nmol/L。

由实施例6、实施例9和实施例10可知，当TMB浓度≥4mmol/L时检测结果更准确。

(6)验证检测方法对Hg²⁺检测的专一性

对比例4

取10张实施例3制备得到的汞离子检测试纸E，使用相同规格的移液枪在10张试纸的指示区分别滴加60nmol/L的La²⁺、Cr⁶⁺、Pb²⁺、Co²⁺、Zr⁴⁺、Cd²⁺、Cr³⁺、Ce⁴⁺、Fe³⁺、Sn⁴⁺离子溶液各5μL，随后在每张试纸上依次滴加TMB(4mmol/L)与H₂O₂(0.4mmol/L)各5μL，观察各试纸颜色的变化，如图6所示，检测结果均在0-0.1nmol/L之间。

由图6中其它重金属离子检测结果可知，利用本发明实施例所获得的汞离子检测试纸进行汞离子检测，其针对Hg²⁺的检测具有专一性，可排除检测液中其它重金属离子的干扰，保证检测结果的准确性。