一种汞离子检测试纸条及其使用方法与流程
本发明属于分析化学技术领域，涉及一种快速灵敏检测重金属离子Hg2+的方法，具体涉及一种汞离子检测试纸条及其使用方法。
背景技术：
汞，是常温、常压下唯一以液态形式存在的金属，也是一种具有严重生理毒性的重金属。由于其具有易迁移性、持久性和生物富集性等特点，近年来成为世界上最引人关注的环境污染物之一。世界范围内，亚洲的汞排放量最大，每年约860吨，其次是欧洲和北美洲。汞进入环境后致使土壤肥力下降、资源退化、作物产量以及品质都降低，并且其在土壤中不易被淋滤，不能被微生物分解。汞对人体的危害同样非常严重，慢性汞中毒临床表现主要是贫血、神经系统疾病，如头痛、头晕、肢体麻木和疼痛、肌肉震颤、运动失调等；急性汞中毒其症状为肝炎、肾炎、蛋白尿、血尿和尿毒症以及生殖系统损伤。自然界中的汞主要是以汞离子(Hg2+)的形式存在。美国环境保护署规定饮用水中汞离子的最大允许量不得超过10nM。因此，快速灵敏地检测环境中汞离子的含量非常重要。
目前检测汞离子的方法主要是光谱法，包括电感耦合等离子体原子发射光谱法、原子吸收法、原子荧光光谱法、紫外—可见分光光度法、电化学法、离子色谱法、毛细管电泳法等。这些方法有的灵敏度较差，有的选择性差，有的操作繁琐费时，需要复杂的前处理，而且需要专门的分析技术人员以及昂贵的仪器，不利于汞离子现场快速分析检测。因此发展更加便捷、直观、高效、灵敏的Hg2+新型痕量分析检测技术显得尤为必要。层析快速检测试纸条技术具有简便快速，灵敏性高，可定量和半定量检测等优点，具有广阔的应用前景。纳米科学技术被认为是21世纪最重要的科学技术之一，其中，纳米材料学是目前纳米科学与纳米技术领域中内容最广泛、研究最活跃的领域。纳米颗粒具有独特的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质，而且汞离子对很多荧光纳米颗粒都有荧光淬灭效应。因此，利用这些纳米颗粒的优良性能以及试纸条的便捷快速等特点，基于重金属汞离子对纳米颗粒的荧光淬灭效应，构建汞离子检测的试纸条传感分析体系，可实现对环境中痕量汞离子的快速、高效、灵敏地检测。
技术实现要素：
本发明解决了现有汞离子检测技术中存在的灵敏度较差，选择性差，操作繁琐费，需要复杂的前处理等问题，提供了一种汞离子检测试纸条及其使用方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种汞离子检测试纸条，制备步骤如下：
(1)纯化纳米颗粒，制备纳米颗粒分散液；
(2)向步骤(1)制备的纳米颗粒分散液中加入0.4-0.8mg/mL 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和0.6-0.8mg/mL N-羟基琥珀酰亚胺溶液，将该溶液使用旋转培养混合器室温旋转反应5-40min后，加入0.01-0.04mol/L巯基乙醇溶液，继续反应1-30min，然后加入1-10mg/mL蛋白质小分子溶液，继续反应0.5-4h，然后加入0.2-0.7mg/mL甘氨酸溶液，10-80min后停止反应，制得混合溶液；
(3)将步骤(2)所得的混合溶液加入超滤管，于2-8℃下，4000-10000r/min离心5-15min，然后用含有质量分数0.05％-0.3％吐温-20的0.01mol/L磷酸盐缓冲液复溶至原体积，以此方法再离心两次，最终定容至原体积的一半，得到纳米颗粒-蛋白质复合物；
(4)将步骤(3)所得的纳米颗粒-蛋白质复合物划在硝酸纤维素膜上，制备特定包被的硝酸纤维素膜，干燥后组装到试纸条上。
所述步骤(1)具体步骤为：将纳米颗粒与异丙醇混合均匀，4000-8000r/min离心5-10min后用超纯水复溶至原体积复溶得复溶液，然后将复溶液加入0.01mol/L磷酸盐缓冲液中，制得纳米颗粒分散液；所述纳米颗粒：异丙醇：磷酸盐缓冲液的体积比为1:3-7:3。
所述步骤(1)中纳米颗粒为量子点及其它能被汞离子淬灭的荧光纳米颗粒，如传统的Ⅱ-Ⅵ族元素构成的量子点、Ⅲ-Ⅴ族元素构成的量子点、Ⅳ-Ⅵ族元素构成的量子点、Zn-Cu-In-S/ZnS量子点、Cu:Zn-In-S/ZnS量子点、Cu-Mn:Zn-In-S量子点或荧光碳纳米颗粒。
所述步骤(2)中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液：N-羟基琥珀酰亚胺溶液：巯基乙醇溶液：蛋白质小分子溶液：甘氨酸溶液的添加体积比为：7:5-6:2-3:4:9。
所述蛋白质小分子为链酶亲和素、牛血清白蛋白、卵清蛋白、单克隆抗体或多克隆抗体。
所述步骤(4)中组装到试纸条的操作为：样品垫、特定包被的硝酸纤维素膜和吸水垫依次连接，粘贴于底板上面，彼此之间重叠2-3mm，其中硝酸纤维素膜处于最下层。
一种汞离子检测试纸条的使用方法，步骤如下：
(1)将一定浓度梯度的汞离子标准溶液，滴在汞离子检测试纸条的样品垫上，25min后测定汞离子浓度为0nM时，汞离子检测试纸条的荧光信号峰面积F0，及不同汞离子浓度下汞离子检测试纸条的荧光信号峰面积F，计算出相对荧光淬灭值F0-F/F0，然后以汞离子标准溶液的浓度为横坐标、相对荧光淬灭值F0-F/F0为纵坐标，确定标准液中汞离子浓度和相对荧光淬灭强度的关系；
(2)将未知浓度的汞离子待测样品滴在试纸条的样品垫上，跑样10-40min后记录荧光淬灭值；
(3)根据荧光淬灭值计算待测样品中汞离子的含量。
本发明的有益效果在于：
1、本发明方法克服了传统检测方法的不足，应用范围广泛，只要可以与汞离子发生荧光淬灭效应的纳米颗粒都可以用于该方法；
2、成本大大降低，不需要实验人员具有较高的操作水平及复杂昂贵的仪器，且灵敏度高、选择性好；
3、本发明方法操作简单快速，可以实时监测，适应性较强；
为考察本发明方法对汞离子的选择性，设计了一系列干扰性实验，如图4所示，结果表明该检测方法除了铜离子的干扰较大外，其他离子的干扰都比较小，为了排除铜离子的干扰，我们加入铜试剂对其进行掩蔽，得到了较好的效果(如图5所示)；
另外，为了验证本发明方法的适应性和可靠性，设计并进行了实际样品的加标回收实验。加标回收实验是指在待测的样品中加入一定量的标准样品，然后用本检测方法检测样品的含量，达到对本实验方法的验证，是对本方法的适应性和可靠性的评价，具体实施如下：
将自来水、眉湖水、西流湖水分别加入铜试剂进行掩蔽，反应20min后离心，取上清液分别加入终浓度1×10-8M和5×10-8M的汞离子，进行试纸条检测；同等浓度的检测液均分为三份，按本发明提供的方法进行检测，结果如表1所示；
表1不同样本的检测结果
由检测结果可知，本发明提供的方法具有较好的重现性和准确性，对实际样品中的汞离子有很好的响应。
附图说明
图1为本发明检测汞离子的原理示意图。
图2为实施例1中标准溶液中不同浓度汞离子检测的荧光图片。
图3为实施例1中标准溶液中不同浓度汞离子检测的线性关系图。
图4为实施例6中基于试纸条检测汞离子干扰实验的柱形图。
图5为实施例7中铜试剂对量子点荧光影响的柱形图。
具体实施方式
实施例1
步骤一、取100μLCu:Zn-In-S/ZnS量子点与700μL异丙醇混合均匀，8000r/min离心10min，用超纯水复溶至原体积，然后加入300μL磷酸盐缓冲液，制得Cu:Zn-In-S/ZnS量子点分散液。
步骤二、向上述量子点溶液中加入17.5μL浓度为0.80mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和12.5μL浓度为0.80mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺溶液，室温反应40min。然后向混合液中加入5μL浓度为0.040mol/L的巯基乙醇溶液，继续反应30min，再加入10μL浓度为10mg/mL的链酶亲和素溶液，继续反应4h，最后加入22.5μL浓度为0.70mg/mL的甘氨酸溶液，继续反应80min后停止反应。
步骤三、将上述反应制备的混合液用Millipore超滤管在4℃下以10000r/min的转速离心15min，然后用含有0.3％吐温-20的磷酸盐缓冲液复溶至原体积，以此方法再离心两次，最终定容至原体积的一半，得到纳米颗粒-蛋白质复合物。
步骤四、将通过上述步骤制备得到的量子点-链酶亲和素复合物溶液划在硝酸纤维素膜上，得到特定包被的硝酸纤维素膜，37℃恒温干燥之后将条形板、样品垫、特定包被的硝酸纤维素膜以及吸水垫组装成试纸条，并将一定浓度梯度的汞离子标准溶液(0mol/L、1×10-9mol/L、1×10-8mol/L、5×10-8mol/L、1×10-7mol/L、1×10-6mol/L、1×10-5mol/L、1×10-4mol/L、1×10-3mol/L)滴在试纸条的样品垫上，25min后测定试纸条的荧光信号峰面积F，计算出相对荧光淬灭值F0-F/F0，然后以汞离子标准溶液的浓度为横坐标、相对荧光淬灭值F0-F/F0为纵坐标确定标准液中汞离子浓度和相对荧光淬灭强度的对应关系，见图2和图3，从图3可以看出相对荧光淬灭值F0-F/F0与汞离子浓度呈现良好的线性关系。
实施例2
步骤一、取100μL CdSe量子点与300μL异丙醇混合均匀，4000r/min离心5min，用超纯水复溶至原体积，然后加入300μL磷酸盐缓冲液，制得CdSe量子点分散液。
步骤二、向上述量子点溶液中加入17.5μL浓度为0.40mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和15μL浓度为0.60mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺溶液，室温反应30min。然后向混合液中加入7.5μL浓度为0.010mol/L的巯基乙醇溶液，继续反应1min，再加入10μL浓度为1mg/mL的牛血清白蛋白溶液，继续反应0.5h，加入22.5μL浓度为0.20mg/mL的甘氨酸溶液，继续反应10min后停止反应。
步骤三、将上述最后反应结束的混合液用Millipore超滤管在4℃下以4000r/min的转速离心5min，然后用含有0.05％吐温-20的磷酸盐缓冲液复溶至原体积，以此方法再离心两次，最终定容至原体积的一半，得到纳米颗粒-蛋白质复合物。
步骤四、将通过上述步骤制备得到的量子点-牛血清白蛋白复合物溶液划在硝酸纤维素膜上得到特定包被的硝酸纤维素膜，37℃恒温干燥之后将条形板、样品垫、特定包被的硝酸纤维素膜以及吸水垫组装成试纸条，并将一定浓度梯度的汞离子标准溶液(0mol/L、1×10-9mol/L、1×10-8mol/L、5×10-8mol/L、1×10-7mol/L、1×10-6mol/L、1×10-5mol/L、1×10-4mol/L、1×10-3mol/L)滴在试纸条的样品垫上，25min后测定试纸条的荧光信号峰面积F，计算出相对荧光淬灭值F0-F/F0，然后以汞离子标准溶液的浓度为横坐标、相对荧光淬灭值F0-F/F0为纵坐标确定标准液中汞离子浓度和相对荧光淬灭强度的对应关系。
实施例3
步骤一、取100μL荧光碳纳米颗粒与500μL异丙醇混合均匀，6000r/min离心7.5min，用超纯水复溶至原体积，然后加入300μL磷酸盐缓冲液，制得荧光碳纳米颗粒分散液。
步骤二、向上述量子点溶液中加入17.5μL浓度为0.60mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和13.8μL浓度为0.70mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺溶液，室温反应23min。然后向混合液中加入6.3μL浓度为0.025mol/L的巯基乙醇溶液，继续反应15min，再加入10μL浓度为5mg/mL的卵清蛋白溶液，继续反应2.5h，加入22.5μL浓度为0.45mg/mL的甘氨酸溶液，继续反应45min后停止反应。
步骤三、将上述最后反应结束的混合液用Millipore超滤管在4℃下以7000r/min的转速离心150min，然后用含有0.18％吐温-20的磷酸盐缓冲液复溶至原体积，以此方法再离心两次，最终定容至原体积的一半，得到纳米颗粒-蛋白质复合物。
步骤四、将通过上述步骤制备得到的荧光碳纳米颗粒-卵清蛋白复合物溶液划在硝酸纤维素膜上得到特定包被的硝酸纤维素膜，37℃恒温干燥之后将条形板、样品垫、特定包被的硝酸纤维素膜以及吸水垫组装成试纸条，并将一定浓度梯度的汞离子标准溶液(0mol/L、1×10-9mol/L、1×10-8mol/L、5×10-8mol/L、1×10-7mol/L、1×10-6mol/L、1×10-5mol/L、1×10-4mol/L、1×10-3mol/L)滴在试纸条的样品垫上，25min后测定试纸条的荧光信号峰面积F，计算出相对荧光淬灭值F0-F/F0，然后以汞离子标准溶液的浓度为横坐标、相对荧光淬灭值F0-F/F0为纵坐标确定标准液中汞离子浓度和相对荧光淬灭强度的对应关系。
实施例4
步骤一、取100μL CdTe量子点与400μL异丙醇混合均匀，5000r/min离心6min，用超纯水复溶至原体积，然后加入300μL磷酸盐缓冲液，制得CdTe量子点分散液。
步骤二、向上述量子点溶液中加入17.5μL浓度为0.50mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和12.5μL浓度为0.65mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺溶液，室温反应14min。然后向混合液中加入7.5μL浓度为0.017mol/L的巯基乙醇溶液，继续反应8min，再加入10μL浓度为3mg/mL的人IgG溶液，继续反应1.5h，加入22.5μL浓度为0.32mg/mL的甘氨酸溶液，继续反应28min后停止反应。
步骤三、将上述最后反应结束的混合液用Millipore超滤管在4℃下以5500r/min的转速离心7.5min，然后用含有0.11％吐温-20的磷酸盐缓冲液复溶至原体积，以此方法再离心两次，最终定容至原体积的一半，得到纳米颗粒-蛋白质复合物。
步骤四、将通过上述步骤制备得到的荧光碳纳米颗粒-卵清蛋白复合物溶液划在硝酸纤维素膜上得到特定包被的硝酸纤维素膜，37℃恒温干燥之后将条形板、样品垫、特定包被的硝酸纤维素膜以及吸水垫组装成试纸条，并将一定浓度梯度的汞离子标准溶液(0mol/L、1×10-9mol/L、1×10-8mol/L、5×10-8mol/L、1×10-7mol/L、1×10-6mol/L、1×10-5mol/L、1×10-4mol/L、1×10-3mol/L)滴在试纸条的样品垫上，25min后测定试纸条的荧光信号峰面积F，计算出相对荧光淬灭值F0-F/F0，然后以汞离子标准溶液的浓度为横坐标、相对荧光淬灭值F0-F/F0为纵坐标确定标准液中汞离子浓度和相对荧光淬灭强度的对应关系。
实施例5
步骤一、取100μL Zn-Cu-In-S/ZnS量子点与600μL异丙醇混合均匀，8500r/min离心13min，用超纯水复溶至原体积，然后加入300μL磷酸盐缓冲液，制得Zn-Cu-In-S/ZnS量子点分散液。
步骤二、向上述量子点溶液中加入17.5μL浓度为0.70mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和15μL浓度为0.75mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺溶液，室温反应32min。然后向混合液中加入5μL浓度为0.033mol/L的巯基乙醇溶液，继续反应23min，再加入10μL浓度为7.5mg/mL的羊抗人IgG(Fc)溶液，继续反应3.2h，加入22.5μL浓度为0.58mg/mL的甘氨酸溶液，继续反应62min后停止反应。
步骤三、将上述最后反应结束的混合液用Millipore超滤管在4℃下以8500r/min的转速离心13min，然后用含有0.24％吐温-20的磷酸盐缓冲液复溶至原体积，以此方法再离心两次，最终定容至原体积的一半，得到纳米颗粒-蛋白质复合物。
步骤四、将通过上述步骤制备得到的量子点-羊抗人IgG(Fc)复合物溶液划在硝酸纤维素膜上得到特定包被的硝酸纤维素膜，37℃恒温干燥之后将条形板、样品垫、特定包被的硝酸纤维素膜以及吸水垫组装成试纸条，并将一定浓度梯度的汞离子标准溶液(0mol/L、1×10-9mol/L、1×10-8mol/L、5×10-8mol/L、1×10-7mol/L、1×10-6mol/L、1×10-5mol/L、1×10-4mol/L、1×10-3mol/L)滴在试纸条的样品垫上，25min后测定试纸条的荧光信号峰面积F，计算出相对荧光淬灭值F0-F/F0，然后以汞离子标准溶液的浓度为横坐标、相对荧光淬灭值F0-F/F0为纵坐标确定标准液中汞离子浓度和相对荧光淬灭强度的对应关系。
实施例6
步骤一、取100μL Cu:Zn-In-S/ZnS量子点与600μL异丙醇混合均匀，6000r/min离心7min，用超纯水复溶至原体积，然后加入300μL磷酸盐缓冲液，制备一定浓度的Cu:Zn-In-S/ZnS量子点溶液。
步骤二、向上述量子点溶液中加入17.5μL浓度为0.58mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和13.5μL浓度为0.78mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺溶液，室温反应20min。混合液中加入6.9μL浓度为0.025mol/L的巯基乙醇溶液，继续反应5min，再加入10μL浓度为5mg/mL的链酶亲和素溶液，继续反应2h，加入22.5μL浓度为0.45mg/mL的甘氨酸溶液，继续反应2h后停止反应。
步骤三、将上述最后反应结束的混合液用Millipore超滤管在4℃下以6000r/min的转速离心8min，然后用含有0.1％吐温-20的磷酸盐缓冲液复溶，离心三次得到纳米颗粒-蛋白质复合物。
步骤四、将通过上述步骤制备得到的量子点-链酶亲和素复合物溶液划在硝酸纤维素膜上得到特定包被的硝酸纤维素膜，37℃恒温干燥之后将条形板、样品垫、特定包被的硝酸纤维素膜以及吸水垫组装成试纸条，将浓度为1×10-5mol/L的Hg2+、1×10-5mol/L的Cu2+、1×10-4mol/L的Na+、1×10-4mol/L的Mg2+、1×10-4mol/L的Mn2+、1×10-4mol/L的Al3+、1×10-4mol/L的Fe3+、1×10-4mol/L的Zn2+、1×10-4mol/L的Ca2+、1×10-4mol/L的K+离子溶液，滴在试纸条的样品垫上，跑样25min后，用便携式检测器读取荧光信号F，计算出相对荧光淬灭值F0-F/F0如图4所示，结果表明该检测方法除了铜离子的干扰较大外，其他离子的干扰都比较小。
实施例7
步骤一、取100μL Cu:Zn-In-S/ZnS量子点与600μL异丙醇混合均匀，6000r/min离心7min，用超纯水复溶至原体积，然后加入300μL磷酸盐缓冲液，制备一定浓度的量子点溶液。
步骤二、向上述量子点溶液中加入17.5μL浓度为0.58mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和14μL浓度为0.78mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺溶液，室温旋转反应20min。混合液中加入6μL浓度为0.025mol/L的巯基乙醇溶液，继续反应5min，再加入10μL浓度为5mg/mL的链酶亲和素溶液，继续反应2h，加入22.5μL浓度为0.45mg/mL的甘氨酸溶液，继续反应2h后停止反应。
步骤三、将上述最后反应结束的混合液用Millipore超滤管在4℃下以6000r/min的转速离心8min，然后用含有0.1％吐温-20的磷酸盐缓冲液复溶，离心三次得到纳米颗粒-蛋白质复合物。
步骤四、由于Cu2+对本实验干扰很大，设计以下实验来消除Cu2+干扰。取5个离心管分别加入a：量子点-链酶亲和素复合物溶液和Hg2+(1×10-5mol/L)混合溶液；b：量子点-链酶亲和素复合物溶液和Cu2+(1×10-5mol/L)混合溶液；c：量子点-链酶亲和素复合物溶液、Cu2+(1×10-5mol/L)和铜试剂(1×10-4mol/L)混合溶液；d：量子点-链酶亲和素复合物溶液、Hg2+(1×10-5mol/L)和Cu2+(1×10-5mol/L)混合溶液；e：量子点-链酶亲和素复合物溶液、Hg2+(1×10-5mol/L)、Cu2+(1×10-5mol/L)和铜试剂(1×10-4mol/L)混合溶液，使用荧光光谱仪分别测出各个样品的荧光信号值F，以量子点-链酶亲和素复合物溶液为空白F0。分别计算出相对荧光淬灭值F0-F/F0如图5所示，说明铜试剂可以很好的掩蔽样品中的Cu2+,从而可以消除Cu2+对本实验的干扰。
步骤五、将通过上述步骤制备得到的量子点-链酶亲和素复合物溶液划在硝酸纤维素膜上得到特定包被的硝酸纤维素膜，37℃恒温干燥之后将条形板、样品垫、特定包被的硝酸纤维素膜以及吸水垫组装成试纸条。取0.01mol/L的磷酸盐缓冲液80μL和20μL 1％吐温20，混合均匀。取100μL混合液滴在试纸条的样品垫上，跑样25min后读取荧光信号F0；将自来水、眉湖水、西流湖水用1×10-4mol/L的铜试剂掩蔽Cu2+的干扰。反应20min后离心取上清液，配成0.01mol/L的磷酸盐缓冲液。取0.01mol/L的磷酸盐缓冲液75μL和20μL 1％吐温-20，分别加入1×10-6mol/L和5×10-6mol/L的汞离子10μL混合均匀。同等浓度的检测液均分为三份，进行检测，结果如表1所示；由检测结果可知，本发明提供的方法具有较好的重现性和准确性，对实际样品中的汞离子有很好的响应。
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