本发明涉及一种用于痕量Cu2+可视化检测的方法，属于分析化学领域。
背景技术：
铜在人体生命活动中起着至关重要的作用，是人体不可或缺的金属元素。然而，人体中铜的含量也有严格的标准，人体中尿液正常铜离子含量是20-40mg/ 天，血清铜正常值14.7～20.5mmol/L。其浓度过高或过低都会对人体产生不利影响。如人体中铜离子缺乏会影响很多酶的活性(如超氧化物歧化酶、多巴胺β-羟化酶、酪氨酸酶等)和细胞的新陈代谢；铜离子过量会导致胃肠道功能紊乱、肝和肾功能代谢失调、溶血性贫血以及神经退行性疾病的发生，如威尔逊氏综合征和阿尔兹海默氏症。环境中铜过量会造成大气、水体和土壤污染，对生态环境和食品安全构成了严重的危害，最终通过食物链进入人体进而对人体产生危害。美国环境保护局规定饮用水中铜离子的含量不能超过1.3ppm，我国环境保护局同样规定饮用水中铜离子的含量不能超过2ppm。因此建立快速、简便的铜离子检测方法，在人体健康、环境检测等方面具有十分重要的意义。
目前常用的铜检测方法有石墨炉原子吸收光谱法、紫外分光光度法、电感耦合等离子体质谱法和荧光光谱法等。这些方法因为比较好的灵敏度，可满足上述标准的检测；然而这些方法几乎都需要昂贵的仪器和相当专业的操作，只适合在实验室内完成检测。相较于传统方法，比色法以快速、便携、成本低、直观、可现场分析等优势引起广大研究者的兴趣。如专利CN 104897664A，以多孔聚天冬氨酸类水凝胶为配体吸附铜离子，在碱性条件下，多孔聚天冬氨酸类水凝胶与铜离子络合发生双缩脲反应显色。但是，其在检测过程中需要碱性环境，达不到真正的实时检测的效果。付凤富等设计合成了以罗丹明B螺环内酰胺衍生物为Cu2+识别探针，结合Fe3O4磁性纳米粒子实现对Cu2+的可视化检测，但是此方法合成步骤繁琐，检测时间相对较长，不适合现场铜离子的检测。基于以上研究背景和实际现状，需要发展一种原料便宜、绿色环保的材料，特别是一种材料可用于高效快速的可视化检测水溶液及生物体液中痕量铜离子的传感器。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的是实现对痕量铜离子的可视化检测，该铜离子可视化检测方法具有快速、简单、高灵敏度、高特异性、低成本等特点，可用于水溶液和生物体液中铜离子的可视化检测。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一、一种用于痕量Cu2+可视化检测的纤维素基传感器：
纤维素基传感器兼具席夫碱结构和氨基功能基团，其形态是液体或者粉末或者是基于液态纤维素基传感器所制成的检测试纸。
本发明利用所述纤维素基传感器对Cu2+进行吸附，通过氨基(N-H)对Cu2+的螯合作用和席夫碱结构(C＝N)的异构化作用显色，实现对铜离子的可视化检测。
所述的纤维素基传感器包括聚乙烯亚胺、乙二胺或者赖氨酸及其衍生物所形成的改性纤维素。
所述的赖氨酸的衍生物具体包括聚赖氨酸和L-盐酸赖氨酸。
二、一种用于痕量Cu2+可视化检测的纤维素基传感器的制备方法，其特征在于方法步骤是：
将纤维素和高碘酸钠溶解到7wt％NaOH和12wt％尿素的水溶液中，调整混合溶液的pH后水浴加热，再加入氨基类化合物继续反应，得到的反应产物离心，分离得到上层清液和下层沉淀物，以上层清液作为纤维素基传感器的液体形态，以下层沉淀物作为纤维素基传感器的粉末形态，以上层清液为浸渍液采用浸渍法制备获得检测试纸作为纤维素基传感器的检测试纸形态，从而获得纤维素基传感器的三种状态。
所述的氨基类化合物为聚乙烯亚胺、乙二胺、赖氨酸、多聚赖氨酸或L-盐酸赖氨酸。
所述方法具体是：将2g纤维素和2g高碘酸钠溶解到60mL的7wt％NaOH 和12wt％尿素的水溶液中，调整混合溶液pH为4，然后将混合溶液在60℃水浴加热4小时，加入2g氨基类化合物继续反应3小时，得到的反应产物在 8000rpm条件下离心10min，分离得到上层清液和下层沉淀物。
所述的反应产物为纤维素接枝聚乙烯亚胺改性纤维素、纤维素接枝乙二胺改性纤维素、纤维素接枝赖氨酸改性纤维素、纤维素接枝多聚赖氨酸改性纤维素、纤维素接枝L-盐酸赖氨酸改性纤维素。
三、第一种用于痕量Cu2+可视化检测的方法，方法步骤是：
首先，将权利要求1-2任一所述的液体或粉末状态纤维素基传感器或者权利要求3所述方法制备得到的液体或粉末状态纤维素基传感器加入到含已知不同浓度铜离子的溶液中，静置5min显色，不同浓度铜离子溶液对应不同的颜色变化，颜色变化从无色到深绿色，无色代表浓度为零，深绿色代表浓度最高，建立不同浓度铜离子对应的不同标准色；
然后，将液体状态和粉末状态的纤维素基传感器加入到含铜离子的待测溶液中，静置5min溶液即显色，以显示的颜色和标准色进行比较，对应获得铜离子的浓度。
四、第二种用于痕量Cu2+可视化检测的方法，方法步骤是：
首先，将含已知不同浓度铜离子的溶液分别滴加在权利要求1-2任一所述的检测试纸或者权利要求3所述方法制备得到的检测试纸，静置5min显色，不同浓度铜离子溶液对应不同的检测试纸条的颜色变化，颜色变化从淡黄色到深绿色，淡黄色代表浓度零，深绿色代表浓度最高，建立不同浓度铜离子对应的不同标准色；
然后，将含铜离子的待测溶液滴加到检测试纸上，静置5min检测试纸即显色，以显示的颜色和标准色进行比较，对应获得铜离子的浓度。
所述纤维素基传感器适用于水、人工尿液和血浆中的痕量铜离子检测。本发明的纤维素基传感器适用于复杂生物体液，尤其是适用于人工尿液和血浆的含有复杂物质的溶液进行痕量铜离子检测，以此可以对铜离子相关疾病(威尔逊病、门克斯病等)进行初步诊断。
本发明相比传统检测方法，不需要荧光素，不需要复杂的检测过程，本发明方法简单有效。
本发明利用氨基(N-H)对Cu2+的螯合作用和席夫碱(C＝N)的异构化作用显色(无色到深绿色)的特点，实现对痕量铜离子的可视化检测。该铜离子可视化检测方法具有快速、简单、高灵敏度、高特异性、低成本等特点，可用于水溶液和生物体液中铜离子的可视化检测。
总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列
有益效果：
1.本发明涉及的检测方法响应快，一次检测仅需5min时间。
2.本发明涉及的检测方法具有高灵敏度，可检测低至1ppm的铜离子浓度，可满足相关标准的检测要求，可用于水环境、饮用水和生物体液中Cu2+的现场快速检测。
3.本发明涉及的检测方法具有良好的特异性，该纤维素基传感器只对Cu2+有显色反应，考察了10种常见离子(Zn2+、Mn2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+、Pb2+、 Na+、Ag+、Cd2+、Al3+)，都不引起干扰。
4.本发明涉及的检测方法可以根据不同的需求将纤维素基传感器制备成液体、粉末和检测试纸，具有较广的应用范围。
5.本发明涉及的检测方法简单，用裸眼即可判断铜离子浓度范围，不需要借助大型检测仪器，适合铜离子的现场快速检测。
6.本发明涉及的检测方法可以根据液体或粉末状态纤维素基传感器加入待测液体显示出的颜色或根据待测液体滴加在检测试纸上显示出的颜色来对待测液体中铜离子的浓度进行半定量。
7.本发明涉及的检测方法采用一锅法制备得到纤维素基传感器以纤维素和聚乙烯亚胺为原料，制备过程中不会有有害物质产生，不会对环境产生二次污染。
附图说明
图1为将含有0、2、5、8、10ppm的铜离子血浆滴加在本发明制备的纤维素基传感器的检测试纸上显示的不同颜色所制作的模拟标准色的比色卡示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其有益效果，以下结合本发明的实施例及其附图进行具体说明。
本发明的实施例如下：
实施例1：
(1)将2g纤维素和2g高碘酸钠溶解到60mL的7wt％NaOH和12wt％尿素的水溶液中，调整混合溶液pH为4，然后将混合溶液在60℃水浴加热4小时，加入2g聚乙烯亚胺继续反应3小时，得到的反应产物在8000rpm条件下离心 10min，分离得到上层清液和下层沉淀物。以上层清液作为纤维素基传感器的液体形态，以下层沉淀物作为纤维素基传感器的粉末形态，以上层清液为浸渍液采用浸渍法制备获得检测试纸作为纤维素基传感器的检测试纸形态，从而获得纤维素基传感器的三种状态。
(2)将步骤(1)所述的液体状态纤维素基传感器取2ml加入到20ml含已知不同浓度铜离子的溶液中(0ppm、2ppm、4ppm、6ppm、8ppm、10ppm)，静置5min溶液即显色，不同浓度铜离子溶液对应不同的颜色变化，颜色变化从无色到深绿色，无色代表浓度为零，深绿色代表浓度最高，建立不同浓度铜离子对应的不同标准色，即0ppm对应无色，2ppm对应淡黄色，4ppm对应淡绿色，6ppm对应黄绿色，8ppm对应绿色，10ppm对应深绿色；
(3)取20ml含有痕量铜离子的待测水样，加入步骤(1)所述的液体状态纤维素基传感器2ml，静置5min溶液显示为淡绿色，根据步骤(2)所得的标准色可知该待测水样中铜离子浓度为4ppm。
本实施例同时采用AA-110型号火焰原子吸收光谱仪对待测水样进行检测，所得待测水样的铜离子浓度为4.1721ppm，与本发明所得误差为4.3％，说明了本发明方法简单有效测量准确。AA-110型号原子吸收光谱仪基本参数设置如下：波长为324.75nm，狭缝宽度为0.7nm，时间常数为0.1s，电流为10mA，点灯方式为非氘灯去背景，燃气流量为2.0L/min，助燃气流量为15.0L/min，火焰类型为Air-C2H2。
实施例2：
(1)将2g纤维素和2g高碘酸钠溶解到60mL的7wt％NaOH和12wt％尿素的水溶液中，调整混合溶液pH为4，然后将混合溶液在60℃水浴加热4小时，加入2g乙二胺继续反应3小时，得到的反应产物在8000rpm条件下离心10min，分离得到上层清液和下层沉淀物。以上层清液作为纤维素基传感器的液体形态，以下层沉淀物作为纤维素基传感器的粉末形态，以上层清液为浸渍液采用浸渍法制备获得检测试纸作为纤维素基传感器的检测试纸形态，从而获得纤维素基传感器的三种状态。
(2)将步骤(1)一所述的粉末状态纤维素基传感器取20mg加入到含已知不同浓度铜离子的人工尿液中(0ppm、2ppm、4ppm、6ppm、8ppm、10ppm)，静置5min溶液即显色，不同浓度铜离子溶液对应不同的颜色变化，颜色变化从无色到深绿色，无色代表浓度为零，深绿色代表浓度最高，建立不同浓度铜离子对应的不同标准色，即0ppm对应无色，2ppm对应淡黄色，4ppm对应淡绿色，6ppm对应黄绿色，8ppm对应绿色，10ppm对应深绿色；
(3)取20ml含有痕量铜离子的待测尿样，加入步骤(1)所述的粉末状态纤维素基传感器20mg，静置5min溶液显示为淡黄色，根据步骤(2)所得的标准色可知该待测尿样中铜离子浓度为2ppm。
本实施例同时采用AA-110型号火焰原子吸收光谱仪对待测尿样进行检测，所得待测尿样的铜离子浓度为2.0971ppm，与本发明所得误差为4.9％，说明了本发明方法简单有效测量准确。AA-110型号原子吸收光谱仪基本参数设置如下：波长为324.75nm，狭缝宽度为0.7nm，时间常数为0.1s，电流为10mA，点灯方式为非氘灯去背景，燃气流量为2.0L/min，助燃气流量为15.0L/min，火焰类型为Air-C2H2。
实施例3：
(1)将2g纤维素和2g高碘酸钠溶解到60mL的7wt％NaOH和12wt％尿素的水溶液中，调整混合溶液pH为4，然后将混合溶液在60℃水浴加热4小时，加入2g乙二胺继续反应3小时，得到的反应产物在8000rpm条件下离心10min，分离得到上层清液和下层沉淀物。以上层清液作为纤维素基传感器的液体形态，以下层沉淀物作为纤维素基传感器的粉末形态，以上层清液为浸渍液采用浸渍法制备获得检测试纸作为纤维素基传感器的检测试纸形态，从而获得纤维素基传感器的三种状态。
(2)将0.5ml含已知不同浓度铜离子的血浆(0ppm、2ppm、5ppm、8ppm、 10ppm)分别滴加在步骤(1)所述的检测试纸，静置5min显色，不同浓度铜离子溶液对应不同的检测试纸条的颜色变化，颜色变化从淡黄色到深绿色，淡黄色代表浓度零，深绿色代表浓度最高，建立不同浓度铜离子对应的不同标准色，即0ppm对应淡黄色，2ppm对应深黄色，5ppm对应淡绿色，8ppm对应绿色，10ppm对应深绿色(如图1所示)。
(3)取0.5ml含有痕量铜离子的待测血浆样，滴加在步骤(1)所述的检测试纸条上，静置5min检测试纸条显示为黄绿色，根据步骤(2)所得的标准色可知该待测血浆样中铜离子浓度为2ppm。
本实施例同时采用AA-110型号火焰原子吸收光谱仪对待测尿样进行检测，所得待测血浆样的铜离子浓度为2.1127ppm，与本发明所得误差为5.6％，说明了本发明方法简单有效测量准确。AA-110型号原子吸收光谱仪基本参数设置如下：波长为324.75nm，狭缝宽度为0.7nm，时间常数为0.1s，电流为10mA，点灯方式为非氘灯去背景，燃气流量为2.0L/min，助燃气流量为15.0L/min，火焰类型为Air-C2H2。
由上述实施例可见，本发明铜离子检测方法具有操作简单、灵敏度高、可视化、低成本等特点，并且所得的纤维素基传感器可按需求制备成液体状态、粉末状态和检测试纸状态，可以直接用于痕量Cu2+在水溶液和生物体液中的可视化检测。
以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。