一种亚铁离子的快检试纸及其制备方法和应用与流程

本发明属于金属离子快速检测领域，具体涉及一种亚铁离子的快检试纸及其制备方法和应用。

背景技术：

铁是环境系统中最重要的组成成分，主要以Fe³⁺和Fe²⁺形态存在，而地下水和矿物质水中更多的是Fe²⁺。然而，过量Fe²⁺的摄入会对人体及生物体产生健康危害，中国卫生部制定的饮用水标准中，Fe²⁺的最大允许浓度为0.3mg/L。目前，能够满足Fe²⁺如此低浓度的检测需求通常需要借助于大型仪器，如原子吸收光谱法，原子发射光谱分析法等，但这些仪器成本高，需要专业人员操作，且不适合现场检测。此外，虽然市面上出售商品化亚铁离子比色检测试纸，但这些试纸的浓度检测限通常大于2mg/L，且Fe²⁺含量差距大而色阶颜色差异小，容易产生误判，因此亟需发展一种快速、便于携带且高灵敏度检测水中Fe²⁺的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种亚铁离子的快检试纸及其制备方法和应用，该试纸制作简单，操作方便快速，且较为灵敏，有利于推广使用。

一种亚铁离子的快检试纸，该快检试纸通过在试纸上固载能与Fe²⁺发生反应从而产生颜色变化的指示剂得到。

所述的指示剂包括1,10-菲啰啉、2,2’-联吡啶、菲啰嗪和2,4,6-三(2-吡啶基)-1,3,5-三嗪中的一种或二种以上。

一种亚铁离子的快检试纸的制备方法，按照以下步骤进行：

(1)试纸亲水通道的构建：取多孔滤纸作为试纸，并利用喷蜡式打印机在滤纸上绘制通道，固体蜡印经烘箱高温加热后熔化，从试纸表面渗透至背面，借由蜡的疏水作用，隔离出相对应的中心直径为3-5mm的亲水通道；

(2)指示剂的固载：将指示剂加入到聚合物溶液中，指示剂的浓度为10～50mg/mL超声溶解，取1～3μL溶液滴涂于滤纸中心亲水圆圈中，在室温下干燥备用，制得亚铁离子的快检试纸。

所述指示剂固载使用聚合物溶液，其制备方法如下：

方法一：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，常温下搅拌反应1－3小时，得聚合物A溶液；

方法二：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，常温下搅拌反应1－3小时，得聚合物B溶液；

方法三：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，常温下反应1－3小时，得聚合物C溶液。

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；

所述的有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚、乙腈、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。

所述的快检试纸对Fe²⁺的检测过程如下：用水配置浓度为0.1—1ppm的Fe²⁺溶液，取50—200μL的上述溶液滴到快检试纸上，Fe²⁺与指示剂之间发生反应而使指示剂产生颜色变化，多余的溶液透过多孔材料，被垫在试纸下方的吸水滤纸吸收；在不断地滴加Fe²⁺待测液的过程中，利用吸水滤纸的毛细作用实现对Fe²⁺的富集，从而使得颜色变化增强，提高了试纸的检测灵敏度；在测试过程后，利用成像设备采集试纸反应前后的图像，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，得到各通道颜色变化值ΔR、ΔG、ΔB，然后利用公式计算得颜色变化值；通过颜色变化值与浓度梯度构建Fe²⁺的标准浓度曲线。取同样体积的待测样品滴加到试纸上，待溶液被垫在后面的滤纸吸干后，利用上述同样方法得到待测溶液所引起的颜色变化值，并与构建的标准曲线比对，最终得到待测样品中Fe²⁺的浓度。

所述成像设备为CCD、数码相机、带照相功能的手机或扫描仪。

本发明具有如下优点:

1.所制备的快检试纸灵敏度高，能够满足水中低浓度亚铁离子的测定；

2.快检试纸制作简单，使用方便，由于指示剂固载于多孔材料中使其易于保存、便于携带，适用于亚铁离子的现场快速检测。

附图说明

图1.亚铁离子试纸的富集效果(富集体积单位为μL)；

图2.试纸测定Fe²⁺的标准浓度曲线；

图3.Fe²⁺试纸的稳定性。

具体实施方式

实施例1

Fe²⁺快检试纸的制备：称取10mg的2,4,6-三(2-吡啶基)-1,3,5-三嗪于1mL聚合物B(聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇-400、邻苯二甲酸二甲酯和乙醇以1：4：3：100质量比混合，常温下搅拌反应1小时，得聚合物B溶液)中，超声溶解，然后用移液枪吸取1μL上述溶液滴涂在多孔滤纸的亲水圆圈内，室温干燥后即制备成Fe²⁺试纸。

实施例2

Fe²⁺快检试纸的制备：称取30mg的菲啰嗪于1mL聚合物B(聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇-400、邻苯二甲酸二甲酯和乙醇以1：6：7：120质量比混合，常温下搅拌反应1小时，得聚合物B溶液)中，超声溶解，然后用移液枪吸取2μL上述溶液滴涂在多孔滤纸的亲水圆圈内，室温干燥后即制备成Fe²⁺试纸。

实施例3

Fe²⁺快检试纸的制备：称取50mg的2,2’-联吡啶于1mL聚合物A(聚乙烯醇、邻苯二甲酸二甲酯、乙醇和水以1：3：60：40质量比混合，常温下搅拌反应2小时，得聚合物A溶液)中，超声溶解，然后用移液枪吸取1μL上述溶液滴涂在多孔滤纸的亲水圆圈内，室温干燥后即制备成Fe²⁺试纸。

实施例4

实施例1中所制备的Fe²⁺试纸的富集效果：以0.2mg/L的Fe²⁺为例考察实施例1中所制备的试纸的富集效果。结果如图1所示，随着滴加Fe²⁺的体积不断增大，试纸颜色变化逐渐增强，说明通过富集，可以大大提升试纸的检测灵敏度。为使操作方便快速，取100μL的Fe²⁺溶液作为后续建立标准浓度曲线实验中的富集体积。

实施例5

实施例1中所制备的试纸对Fe²⁺响应的浓度标准曲线：分别配制浓度为0.1,0.2和0.3ppm的Fe²⁺水溶液。各取100μL上述溶液分别滴加到试纸上，待溶液被垫在试纸下方的吸水滤纸吸干后，利用平板扫描仪记录图像，以富集100μL纯水的试纸为反应前图像，富集各浓度Fe²⁺溶液的试纸为反应后图像，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试纸与各浓度Fe²⁺溶液反应前后的颜色变化值ED，结果如图2所示。可见，随着Fe²⁺浓度的增大，试纸颜色变化增强。将颜色变化值ED与Fe²⁺浓度做图，得到Fe²⁺试纸检测的标准曲线，y＝193.9x-0.9235(R²＝0.9937)。

实施例6

Fe²⁺试纸的稳定性：利用平板扫描仪记录不同天数保存的试纸与0.2mg/L Fe²⁺水溶液反应前后的图像。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不同保存天数的试纸与Fe²⁺反应前后的颜色变化值ED，如图3所示。可见，在所考察的11天内试纸是稳定的。

实施例7

取100μL实验室自来水样品滴加到实施例1中所制备的试纸上，待溶液被垫在后面的滤纸吸干后，利用成像设备(平板扫描仪或照相机)采集试纸反应前后的图像，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，得到颜色变化值为28，代入实施例的5中所得到的标准曲线y＝193.9x-0.9235，最终得到自来水样品中Fe²⁺的浓度为0.15ppm。同时，利用国标邻菲罗啉分光光度法(GB/T14427-2008)测定该水样中亚铁离子的浓度，得到的结果为0.13ppm，与所制备的试纸测定结果一致，说明所制备的试纸可用于实际样品中Fe²⁺的检测。

实施例8

取100μL澄清的游泳池水样品滴加到实施例1中所制备的试纸上，待溶液被垫在后面的滤纸吸干后，利用成像设备(平板扫描仪或照相机)采集试纸反应前后的图像，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，得到颜色变化值为52，代入实施例的5中所得到的标准曲线y＝193.9x-0.9235，最终得到自来水样品中Fe²⁺的浓度为0.27ppm。同时，利用国标邻菲罗啉分光光度法(GB/T14427-2008)测定该水样中亚铁离子的浓度，得到的结果为0.30ppm，与所制备的试纸测定结果一致。

实施例9

取100μL澄清的河水样品滴加到实施例1中所制备的试纸上，待溶液被垫在后面的滤纸吸干后，发现试纸基本没有颜色变化。同时，利用国标邻菲罗啉分光光度法(GB/T14427-2008)也没有发现相应的吸光度变化，与所制备的试纸测定结果一致，表明河水水样中不存在亚铁离子。