一种基于三维纸芯片的Hg2+、Cu2+和Ag+同时免仪器定量检测方法

本发明属于纳米化学传感，具体涉及一种基于三维纸芯片的hg2+、cu2+和ag+同时免仪器定量检测方法

背景技术：

1、全球范围的环境污染问题日益严峻。由二价汞离子（hg2+）、二价铜离子（cu2+）、一价银离子（ag+）等重金属离子引发的水污染是其中最严重的环境污染问题之一，严重威胁着人体健康。例如，hg2+ 的过多摄入会损害各种器官和免疫系统，甚至导致死亡。cu2+过量摄入或者摄入量不足都会影响人体正常的生理功能运转。人体内若缺少cu2+会引起贫血、冠心病和高血压等问题。而若cu2+浓度在人体内积累过多，则会导致多种器官生理功能障碍、生化紊乱，进而诱发诸如menkes氏综合征、帕金森和威尔逊氏等疾病。此外，ag+ 的过量摄入也会导致银质沉淀症和肝、肾损伤等严重疾病。因此，《生活饮用水卫生标准（gb 5749-2022）》中限定饮用水中汞、铜和银含量分别不能超过0.001、1和0.05 mg/l（约4.98 nm、15.6 µm和0.46 µm）。为保障饮用水、食物和环境中的hg2+、cu2+和ag+不影响人体健康和生命安全，其定量检测意义重大。现有的常规金标准hg2+、cu2+和ag+定量检测技术主要包括电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法等。然而，这些定量方法普遍存在分析成本昂贵、操作步骤繁琐费时、不适于家庭应用与野外现场分析等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有定量技术的不足，提供一种基于三维纸芯片的hg2+、cu2+和ag+同时免仪器定量检测方法。

2、本发明的思路：通过hg2+、cu2+和ag+分别与邻苯二胺反应生成金属纳米簇产物，用于堵塞纳米多孔膜的孔道以选择性改变纸芯片的润湿性，进而调控彩色指示剂在纸芯片中的流动长度。hg2+、cu2+和ag+浓度与纸芯片中彩色指示剂的流动长度成反比关系。通过使用圆形尺代替电感耦合等离子体质谱仪、原子吸收光谱仪、原子荧光光谱仪等价格昂贵且缺乏便携性的专业分析仪器进行纸芯片中信号（彩色指示剂的流动长度）读取，即可实现hg2+、cu2+和ag+的简单、快速、低成本、便携式同时定量分析。

3、具体步骤为：

4、（1）制备集成纳米多孔膜的双层三维三通道纸芯片，并在上层纸芯片的三个圆形分流微区中分别固定合适的掩蔽试剂、在三片纳米多孔膜中均固定邻苯二胺试剂，以及在下层纸芯片的三个圆形微区中固定彩色指示剂。

5、（2）在上层纸芯片的圆形加样区滴加含有hg2+、cu2+和ag+的水样，随后肉眼观察下层纸芯片的三个量测通道中彩色指示剂的流动情况；待其停止流动后，用圆形尺量测彩色试剂的流动长度；所得流动长度与相应的分析物离子浓度呈反相关，从而实现hg2+、cu2+和ag+的同时定量检测。

6、所述三维纸芯片为镂空型和疏水性物质图案化型中的一种，其特征是上层纸芯片与下层纸芯片之间集成了纳米多孔膜（平均孔径为50~450 nm；为有机系、水系和混合系中的一种）。

7、所述掩蔽试剂的特征是可以掩蔽任意两种分析物离子用于特异性检测第三种分析物离子。

8、所述邻苯二胺试剂的特征是其可还原hg2+、cu2+和ag+生成金属纳米簇产物后，该产物能堵塞部分或全部纳米多孔膜孔道，以改变纸芯片的润湿性（即改变流往下层纸芯片的反应溶液的体积和流量），进而调控彩色指示剂在纸芯片中的流动长度。

9、所述上层纸芯片的特征是具有圆形加样微区（直径3~7 mm）和其分别连通且尺寸完全一样的三个圆形分样与掩蔽试剂固定微区（直径3~7 mm）。

10、所述下层纸芯片的特征是具有三个独立的圆形微区（直径3~7 mm；与上层纸芯片中的圆形分样微区尺寸一样）连通三个圆环量测区；三个圆形微区中固定相同的彩色指示剂。

11、与现有的常规金标准hg2+、cu2+和ag+定量检测方法相比，本发明的突出优点在于：

12、（1）滤纸、色谱层析纸、宣纸、硝酸纤维素膜、纳米多孔膜、超滤膜等多孔性基材成本低廉，纸芯片可批量制备，且单个芯片尺寸小巧（厘米级别，便于保存、携带和使用）。

13、（2）利用纸芯片定量检测hg2+、cu2+和ag+的操作过程极为简单和快速，仅涉及两个步骤——样品溶液吸取和彩色试剂流动长度读取，从而在极大降低分析成本的同时还能实现这三种离子的家庭检测和野外现场分析。

14、（3）本发明可直接推广应用于环境监测、食品安全、医学诊断等诸多领域里各类溶液样品中hg2+、cu2+和ag+分析物的简单、经济、快速、灵敏、特异的便携式同时定量检测。

技术特征：

1.一种基于三维纸芯片的hg2+、cu2+和ag+同时免仪器定量检测方法，其特征在于具体步骤为：

技术总结
一种基于三维纸芯片的Hg<supgt;2+</supgt;、Cu<supgt;2+</supgt;和Ag<supgt;+</supgt;同时免仪器定量检测方法。通过Hg<supgt;2+</supgt;、Cu<supgt;2+</supgt;和Ag<supgt;+</supgt;分别与邻苯二胺反应生成金属纳米簇产物，用于堵塞纳米多孔膜的孔道以选择性改变纸芯片的润湿性，进而调控彩色指示剂在纸芯片中的流动长度。Hg<supgt;2+</supgt;、Cu<supgt;2+</supgt;和Ag<supgt;+</supgt;浓度与纸芯片中彩色指示剂的流动长度成反比关系。通过使用直尺纸芯片中彩色指示剂的流动长度，即可实现Hg<supgt;2+</supgt;、Cu<supgt;2+</supgt;和Ag<supgt;+</supgt;的免仪器同时定量分析。本发明方法具有操作简单、成本低廉、分析快速、不需使用专业分析仪器设备、适于Hg<supgt;2+</supgt;、Cu<supgt;2+</supgt;和Ag<supgt;+</supgt;的现场分析和即时检测等突出优点。本方法能直接推广应用于环境监测、食品安全、医学诊断等诸多领域里各类溶液样品中Hg<supgt;2+</supgt;、Cu<supgt;2+</supgt;和Ag<supgt;+</supgt;的简单、经济、快速、灵敏、特异的便携式同时定量检测。

技术研发人员：聂瑾芳,张云,黄雪儿,唐艺月,袁丽丽,闫永康
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15