一种高灵敏度快速检测含重金属类农药的方法与流程

本发明属于农药检测技术领域。具体涉及一种利用比色传感器，通过富集，达到快速、高灵敏度以及高选择性检测含重金属类农药的方法。

背景技术：

世界范围内人口的增长促使人类对粮食的需求日益剧增，为了提高粮食产量，农药的使用必不可少。目前市场上农药产品种类主要包括杀虫剂、除草剂和杀菌剂。其中，杀菌剂的需求量不断攀升，且增速较快。有报道指出，2015年杀菌剂需求量较大的品种包括铜素杀菌剂、代森类、福美类、百菌清、多菌灵、三环唑等，这些杀菌剂中的前三类均含有重金属元素。

含重金属类农药的广泛使用所带来的问题包括两个方面。一方面，由于含重金属类农药独特的性质，使其在与其他类农药混配不当时会产生化学反应，从而影响药效甚至产生药害，导致农作物收成下降。另一方面，由于该类农药的作用机制在于金属可以破坏菌体的细胞结构，使菌体蛋白质凝固，其在食品上的残留会最终被人体摄取，从而使人体蛋白产生不可逆转的变性，干扰正常生理功能，产生毒害作用。此外，该类农药还会在水体，土壤等环境中释放重金属，对水体和土壤生物造成危害，致使生态环境恶化。

为降低重金属类农药所带来的环境及健康风险，有必要对该类农药残留进行评估。然而目前市面上的农药残留快检方法仅局限于有机磷类和氨基甲酸酯类农药，并没有针对该类农药的快速检测手段，因此亟需发展一种高灵敏、可视化的简便方法实现对含重金属类农药残留的现场实时监测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高灵敏度快速简便检测含重金属类农药的方法，为现存的农药残留快检方法进行补充。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

将指示剂固载于多孔材料上制备得到传感器；

检测过程：将传感器与农药接触，通过指示剂与含重金属类农药中的重金属之间的螯合作用使传感器上的指示剂产生颜色反应，并通过传感器对定量农药进行富集来提高指示剂的颜色变化强度，然后利用成像设备采集指示剂反应前后图像，提取其中红、绿、蓝(RGB)三个通道的颜色变 化值；然后利用公式计算得到传感器与农药反应前后的颜色变化值ED；

1)对含有已知不同浓度的重金属农药按照上述检测过程进行操作，分别以浓度、颜色变化值ED为横纵坐标，构建含重金属类农药与之对应的浓度梯度标准曲线；

2)对待检测含重金属类农药按照上述检测过程进行操作，获得颜色变化值ED，通过标准曲线获得其对应的浓度含量。

所述的传感器的制备过程为：取0.5－5mg指示剂加入到1m硅胶溶胶凝胶溶液或聚合物溶液中，超声溶解，取1－3μL溶液滴涂于多孔材料上，在氮气保护下室温干燥，

所述的硅胶溶胶凝胶溶液或聚合物溶液，其制备方法如下：

1)硅胶溶胶凝胶的合成：①将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、有机溶剂、催化剂、表面活性剂和水以1：(2－4)：(1－2)：(0.2－0.8)：(0.1－0.8)：(0.005－0.04)：(0.5－1)体积比混合，30－60℃搅拌水解4－10小时，得硅胶溶胶凝胶溶液A；或②将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、催化剂、表面活性剂和水以1：(1－5)：(1－4)：(0.1－1)：(0.05－0.9)：(0.5－1)体积比混合，15－40℃搅拌水解20－30小时，得硅胶溶胶凝胶溶液B；

2)聚合物的合成：①将聚乙烯醇、增塑剂、有机溶剂和水以1：(2－6)：(50－100)：(30－70)质量比混合，15－40℃下搅拌反应0.5－5小时，得聚合物A溶液；或②将聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇-400、增塑剂和有机溶剂以1：(2－6)：(3－7)：(80－120)质量比混合，15－40℃下搅拌反应2－4小时，得聚合物B溶液；或③将聚氯乙烯、增塑剂、聚乙二醇和有机溶剂以1：(2－6)：(1－5)：(50－100)质量比混合，15－40℃下反应2－4小时，得聚合物C溶液；

所述指示剂为金属螯合指示剂，其中包括氨基比林、茜素、1,2-环己二酮二肟、偶氮氯膦Ⅲ、双硫腙、2,2'-联吡啶、1-吡啶偶氮-2-萘酚、变色酸2B、二苯偶氮碳酰肼、紫脲酸铵、水杨醛肟中的一种或二种以上；

所述的多孔材料为多孔滤纸、硝酸-醋酸混合纤维树脂膜、聚偏氟乙烯膜或聚四氟乙烯膜。

所述的硅氧烷试剂包括：四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正辛烷三乙氧基硅烷、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、(3-氯丙基)三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷中的一种或二种以上；催化剂为0.05-1.5M的盐酸、醋酸、硫酸或硝酸中的一种或二种以上；表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、吐温20、L7001、司班60、曲拉通X-100、司班80以及羧甲基纤维素钠中的一种或二种以上。

所述硅胶溶胶凝胶溶液或聚合物溶液合成过程中所用的有机溶剂为甲醇、乙醇、乙醚、乙腈、丙酮、四氢呋喃、二甲亚砜、三氯甲烷、环己烷、甲苯中的一种或二种以上。

所述增塑剂为癸二酸二异辛酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二正辛酯、磷酸三辛酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或二种以上。

所述的含重金属类农药包括硫酸铜、氢氧化铜、氧化亚铜、氧氯化铜、波尔多液、王铜、络氨铜、乙酸铜、喹啉铜、噻菌铜、壬菌铜、松脂酸铜、噻唑锌、代森锌、代森锰、代森锰锌、丙森锌、福美铁、福美锌、代森锰铜、代森联、三唑锡、苯丁锡、氯化汞中的一种或二种以上。

所述的成像设备为CCD、数码相机、带照相功能的手机或扫描仪。

所述的含重金属类农药检测过程如下：配制含重金属类农药的纯水溶液0.1－10mg/L，取5－50μL滴到传感器上，固载的指示剂能够与农药中的重金属发生螯合反应从而使指示剂的颜色发生变化，多余的溶液透过多孔材料，被垫在传感器下方的吸水滤纸吸收；在不断地滴加农药待测液的过程中，利用吸水滤纸的毛细作用实现对农药的富集，从而使得颜色变化增强，提高了检测器的检测灵敏度；在样品测试过程后，利用成像设备采集传感器反应前后的图像，并利用软件选定颜色均一的特定区域，求得其对应的色彩平均RGB值，将直观的图像数字化，并进行差减；通过颜色变化值与浓度梯度构建含重金属类农药的标准浓度曲线。

本发明具有如下优点:

1.提供了一种针对含重金属类农药的快速检测新方法，为现存的可检测的农药进行了补充；

2.本方法通过将指示剂固载于多孔材料上，能够通过富集提升检测灵敏度；

3.本方法利用指示剂与含重金属类农药中的重金属之间的强螯合作用产生颜色变化，因此该类农药在与其他种类农药共存时具有较高的选择性；

4.本方法成本低廉，操作简便，所制备的传感器便于携带，适用于现场快速检测。

附图说明：

图1为所制备的含金属类农药传感器的选择性图；

图2(a)传感器的富集效果(富集体积单位为μL)图，图2(b)传感器测定福美锌的标准浓度曲线图。

具体实施方式

实施例1.

含重金属类农药比色传感器的制备：称取2mg的1-吡啶偶氮-2-萘酚于0.5mL硅胶溶胶凝胶A(四甲氧基硅烷：乙二醇甲醚：丙二醇甲醚醋酸酯：四氢呋喃：0.05M硫酸：吐温20：水以1：3：2：0.5：0.8：0.03：0.6体积比混合，50℃水解8小时，得硅胶溶胶凝胶溶液A)中，超声溶解，然后用移液枪吸取1μL上述溶液，滴涂在孔径0.22μm的多孔滤纸上，氮气保护下室温干燥后即制备成含重金属类农药传感器。

实施例2.

含重金属类农药传感器对不同种类农药的选择性：利用平板扫描仪记录传感器与不同种类农药反应前后的图像。将反应前后图像的颜色用软件数字化，提取红绿蓝(RGB)通道值，并对反应前后各通道颜色数值进行差减，得到各通道颜色变化值ΔR、ΔG、ΔB，然后利用公式计算得到传感器与不同种类农药反应前后的颜色变化值ED，如图1所示。从图1可以看出，传感器对1ppm的含重金属类农药(以丙森锌、代森联、福美锌、代森锰、代森锰锌、代森锌、氢氧化铜、王铜、氧化亚铜、喹啉铜、噻唑锌为代表)具有明显的颜色响应，而对其他类杀菌剂包括百菌清、甲基立枯磷，杀虫剂包括有机磷类(毒死蜱)、氨基甲酸酯类(异丙威)、拟除虫菊酯类(氯氰菊酯)和除草剂如氰氟草酯即使在5ppm的浓度下也不会产生显著的颜色变化，说明所制备的传感器对含重金属类农药具有高选择性，适用于多种农药共存的实际样品中含重金属类农药的检测。

实施例3.

实施例1中所制备的传感器的富集效果和其对含重金属类农药响应的浓度标准曲线：以含重金属类农药中的福美锌为代表，结果如图2所示。从图2(a)可以看出，含1ppm的福美锌水溶液滴加到传感器上时，随着滴加农药的体积不断增大，传感器颜色变化逐渐增强，说明通过富集，可以大大提升传感器的检测灵敏度。为使操作方便快速，取400μL的农药溶液作为建立标准浓度曲线实验中的富集体积。分别配制浓度为0.5,1,1.5,2,2.5ppm的福美锌水溶液。各取400μL上述溶液分别滴加到传感器上，待溶液被垫在传感器下方的吸水滤纸吸干后，利用平板扫描仪记录图像，以富集400μL纯水的传感器为反应前图像，富集各浓度福美锌溶液的传感器为反应后图像，将反应前后图像利用软件数字化，提取红绿蓝(RGB)通道值，并对反应前后各通道颜色数值进行差减，得到各通道颜色变化值ΔR、ΔG、ΔB,然后利用公式计算得到传感器与各浓度福美锌溶液反应前后的颜色变化值ED，如图2(b)所示。结果显示，随着福美锌浓度的增大，传感器颜色变化增强。将颜色变化值ED与福美锌浓 度做图，得到含重金属类农药传感器检测福美锌农药的标准曲线，y＝28.82x+15.44(R²＝0.9981)，可见，在0.5～2.5ppm的浓度范围内指示剂颜色变化与福美锌浓度之间具有良好的线性关系，因此可以利用该浓度标准曲线对样品中的福美锌浓度进行定量测定。