一种基于纳米金的试纸膜及其用于检测铅离子的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于离子检测技术领域，具体涉及一种基于纳米金试纸膜及其用于检测铅 离子的方法。
[0002]
【背景技术】
[0003] 铅，是一种有毒重金属，铅对环境的污染，一是由冶炼、制造和使用铅制品的工矿 企业，尤其是来自有色金属冶炼过程中所排出的含铅废水、废气和废渣造成的。二是由汽 车排出的含铅废气造成的，汽油中用四乙基铅作为抗爆剂，在汽油燃烧过程中，铅便随汽车 排出的废气进入大气。除此之外，一些含铅蓄电池随意丢弃使得铅污染分布特别广泛。铅 离子会对环境和人类健康造成严重影响，即使少量接触时也会对人体神经有强烈的毒害作 用，影响人的行为、大脑发育和神经传导速度。幼儿大脑对铅污染比成年人敏感。大气中的 铅对儿童的智力发育和行为会有不良影响。儿童的血铅超过每600微克/升时，会出现智能 发育障碍和行为异常。国家标准规定饮用水铅含量的安全界限是10ppb(约为0.048yM)。 因此，铅的检测非常重要。
[0004] 铅离子的传统检测方法有原子吸收法(AAS)、分光光度法、电感耦合等离子体质谱 法（ICP-MS)、X射线荧光光谱法和电化学法等等，但这些方法通常要比较昂贵设备，均采 用了较为复杂的实验技术条件，要求检测人员具有较深的专业知识。因此这些检测方法通 常仅适用于大型实验室分析，难以推广。近年来，随着技术的进步，一些利用DNA酶、小分 子、寡核苷酸、蛋白质等检测铅离子的技术有所发展，这些技术对铅离子有较好的选择性， 准确度较高，但是相对来说，操作难度仍然较大，成本也较高，因此也不适合推广使用。
[0005] 相比于上述检测方法，比色法具有其独特的优势，比如其结果肉眼可见、无需复杂 仪器、成本低且非常适合现场测定。纳米金具有很强的表面等离子共振（SPR)性能，如图1 所示，其吸收光谱在520nm附近会产生一个尖锐的表面等离子共振峰，而且该峰的位置会 随纳米金粒径和粒子间距的变化而变化。当纳米金之间的距离减小（由分散态向聚集态转 变）时，SPR吸收峰的位置会发生变化，并会产生比色响应，溶液颜色也会逐渐由红色变为 蓝色。但是通过这种聚集法会导致利用纳米金的检测方法在实际操作中很不稳定，极容易 受到外界条件干扰。实践中发现多种物质能引起聚集反应导致颜色变化，因此，目前的比色 法的特异性不强，不适合在复杂的环境中检测铅离子，更不适合实地检测。
[0006] 通过氧化还原法改变纳米金粒径大小从而引起SPR变化的比色检测铅离子的方 法可以增强其特异性，具有很大的优势。但是通过这种方法在液相中检测同样容易受到外 界干扰因素影响而发生聚集反应，影响检测结果。将纳米金吸附到固相环境能很好地解决 这一问题，但是纳米金在固相环境中很容易脱落，造成假阳性的现象，导致检测结果失真。 如何 使纳米金稳定在固相环境中一直是本领域的一大难题。
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【发明内容】
[0008] 本发明提供一种基于纳米金试纸膜及其用于检测铅离子的方法，旨在解决上述问 题，使铅离子的比色检测的结果准确且易于在现场检测使用。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 一种基于纳米金的试纸膜，在基底膜上覆有纳米二氧化钛涂层，该涂层上附着有通过 巯基和氨基固定的纳米金和硫代硫酸根壳。基底膜为普通滤纸、硝酸纤维素膜、醋酸纤维素 膜、PVDF膜中的一种。
[0010] 上述基于纳米金的试纸膜的制备方法，包括以下步骤： 1) 浸泡改性：在50-70°C下，将基底膜置于无水乙醇中浸泡2-4小时，再置于40-60°C 条件下干燥10-20分钟； 2) 接二氧化钛处理：将步骤1)处理后的基底膜浸泡在钛溶液中，放置于摇床上震荡 30分钟，擦除基底膜表面的多余液体，使钛溶液在基底膜上分布均匀，在40-60°C下干燥 10-20分钟；重复上述操作两次；所述钛溶液为体积比10:2~6:1的无水乙醇、钛酸丁酯、冰 醋酸配成的混匀溶液； 3) 水解：将步骤2)处理后的基底膜放入去离子水中，在120-150°C下水解2-5小时，取 出该基底膜置于40-60°C下干燥10-20分钟，得到二氧化钛覆膜的试纸膜； 4) 接巯基：用无水乙醇为溶剂配制体积浓度为1%_4%的（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷， 将步骤3)得到的试纸膜浸泡其中，并在90-110°C下反应0. 4-0. 8小时；取出上述试纸膜， 用去离子水冲洗若干次，置于40-60°C下干燥10-20分钟； 5) 接氨基：用无水乙醇为溶剂配制体积浓度为2%-5%的3-氨丙基三甲氧基硅烷，将步 骤4)得到的试纸膜浸泡其中，置于80-KKTC下反应0. 5-0. 8小时；取出该试纸膜，用去离 子水冲洗若干次，置于40-60°C下干燥10-20分钟； 6) 配制AuNps-BSA溶液：利用1%乙酸溶液溶解壳聚糖并使壳聚糖浓度达到3mg/mL，将 2mL质量分数为1%的氯金酸溶液加入到50mL上述溶液中，在70-100°C条件下加热，当溶液 由淡黄色变为深红色时停止加热，搅拌直至冷却到室温，形成纳米金溶液；将牛血清蛋白即 BSA添加上述纳米金溶液并混合均匀，使溶液中BSA的浓度为3yM，形成AuNps-BSA溶液； 7) 制备纳米金试纸膜：将步骤5)中得到的试纸膜裁剪成条；将步骤6)制备的 AuNps-BSA溶液均匀滴加到所述的试纸膜上，再用去离子水冲洗若干次，置于40-60°C下干 燥10-20分钟；重复上述操作2-5次，以增加试纸条上吸附的AuNps-BSA的量并加深颜色； 制得纳米金试纸膜； 8) 形成纳米金和硫代硫酸根壳：将步骤9)得到的试纸膜浸泡在浓度为200-600mM的 硫代硫酸钠溶液中5-20分钟，再用去离子水冲洗若干次并于40-60°C下干燥10-20分钟，制 得基于纳米金的试纸膜。
[0011] 一种检测水中铅离子的方法，包括以下步骤： 1)用去离子水为溶剂配制浓度为200-500mM的二巯基乙醇溶液； 2 )将待检测溶液滴加到步骤1)配制的溶液中，并将上述的基于纳米金的试纸膜置于该 溶液中，在50-85°C下加热15-40分钟，当试纸条褪色，即可定性检测到铅离子。
[0012] 如果要实现定量检测，那么上述步骤2)应当按以下步骤操作： (1) 将50yL待测溶液和950yL浓度为500mM的二巯基乙醇溶液混合均匀，基于纳米 金的试纸膜置于该溶液中，定容至lmL，在5〇-85°C下加热15-40分钟；取出试纸膜，用去离 子水清洗，置于40-60°C下干燥5-20分钟； (2) 用扫描仪扫取步骤（1)中的试纸膜的图片，通过RGB分析得到绿通道的改变值，带 入标准曲线中即可定量检测待测溶液的铅离子浓度。
[0013] 与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果： 1.本发明基于纳米金的试纸膜，其中纳米金制作采用壳聚糖还原法，由于壳聚糖的空 间位阻效应，使纳米金更加稳定，不易发生聚集现象；壳聚糖与基材膜发生结合，使纳米金 更好的固定在膜材上，其常温条件下具有较好稳定性；同时还具有绿色环保等优点。
[0014] 2.进一步，试纸膜制作简易，成本很低，操作方便快捷，能够进行实时实地操作且 试纸膜稳定性很高，在高温条件下不退色。试纸条保存时间长，能够进行长时间储备，据实 际检验可保存约12个月。
[0015] 3.本发明检测水中铅离子的方法，操作简单，检测精确度高，可检测低于国家标准 中对饮用水的铅离子污染含量的最小值lOppb(约为48. 3nM)。
[0016] 4.检测水中铅离子的铅离子的抗干扰能力强，对钾、钠、镁、铁、铝、锰、钙、锌、钴、 镍、铜、锗、银等离子有很好的抗干扰能力，对铅离子的检测专一性非常强，且在人体血清中 复杂的环境中能够有很好的检测效果。
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【附图说明】
[0018] 图1-纳米金在520nm处的紫外吸收光谱图； 图2-本发明所提供的试纸膜； 图3-本发明的标准曲线图； 图4-本发明的离子干扰实验中RGB变化值图； 图5-本发明的试纸膜与不同浓度铅离子反应后颜色变化图。
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【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0021] 一、一种基于纳米金的试纸膜，该试纸膜为基底膜上覆有纳米二氧化钛涂层，该涂 层上附着有通过巯基和氨基固定的纳米金和硫代硫酸根壳。
[0022] 其中，基底膜为普通滤纸、硝酸纤维素膜、醋酸纤维素膜、PVDF膜中的一种。
[0023] 二、上述基于纳米金的试纸膜的制备方法，包括以下步骤： 1) 浸泡改性：在50-70°C下，将基底膜置于无水乙醇中浸泡2小时，再置于40°C条件下 干燥10分钟； 2) 接二氧化钛处理：将步骤1)处理后的基底膜浸泡在钛溶液中，放置于摇床上震荡30 分钟，擦除基底膜表面的多余液体，使钛溶液在基底膜上分布均匀，在50°C下干燥10分钟； 重复上述操作两次；所述钛溶液为体积比10:3:1的无水乙醇、钛酸丁酯和冰醋酸配成的混 匀溶液； 3) 水解：将步骤2)处理后的基底膜放入去离子水中，在135°C下水解4小时，取出该基 底膜置于50°C下干燥10分钟，得到二氧化钛覆膜的试纸膜； 4) 接巯基：用无水乙醇为溶剂配制体积浓度为2. 5%的（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷， 将步骤3)得到的试纸膜浸泡其中，并在KKTC下反应0. 5小时；取出上述试纸膜，用去离子 水冲洗若干次，置于50°C下干燥15分钟； 5) 接氨基：用无水乙醇为溶剂配制体积浓度为3%的3-氨丙基三甲氧基硅烷，将步骤 4)得到的试纸膜浸泡其中，置于100°C下反应0. 5小时；取出该试纸膜，用去离子水冲洗若 干次，置于50°C下干燥10分钟； 6) 配制AuNps-BSA溶液：利用1%乙酸溶液溶解壳聚糖并使壳聚糖浓度达到3mg/