一種基于納米金的試紙膜及其用于檢測鉛離子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于離子檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于納米金試紙膜及其用于檢測鉛 離子的方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 鉛，是一種有毒重金屬，鉛對環(huán)境的污染，一是由冶煉、制造和使用鉛制品的工礦 企業(yè)，尤其是來自有色金屬冶煉過程中所排出的含鉛廢水、廢氣和廢渣造成的。二是由汽 車排出的含鉛廢氣造成的，汽油中用四乙基鉛作為抗爆劑，在汽油燃燒過程中，鉛便隨汽車 排出的廢氣進入大氣。除此之外，一些含鉛蓄電池隨意丟棄使得鉛污染分布特別廣泛。鉛 離子會對環(huán)境和人類健康造成嚴重影響，即使少量接觸時也會對人體神經(jīng)有強烈的毒害作 用，影響人的行為、大腦發(fā)育和神經(jīng)傳導(dǎo)速度。幼兒大腦對鉛污染比成年人敏感。大氣中的 鉛對兒童的智力發(fā)育和行為會有不良影響。兒童的血鉛超過每600微克/升時，會出現(xiàn)智能 發(fā)育障礙和行為異常。國家標準規(guī)定飲用水鉛含量的安全界限是10ppb(約為0.048yM)。 因此，鉛的檢測非常重要。
[0004] 鉛離子的傳統(tǒng)檢測方法有原子吸收法(AAS)、分光光度法、電感耦合等離子體質(zhì)譜 法（ICP-MS)、X射線熒光光譜法和電化學(xué)法等等，但這些方法通常要比較昂貴設(shè)備，均采 用了較為復(fù)雜的實驗技術(shù)條件，要求檢測人員具有較深的專業(yè)知識。因此這些檢測方法通 常僅適用于大型實驗室分析，難以推廣。近年來，隨著技術(shù)的進步，一些利用DNA酶、小分 子、寡核苷酸、蛋白質(zhì)等檢測鉛離子的技術(shù)有所發(fā)展，這些技術(shù)對鉛離子有較好的選擇性， 準確度較高，但是相對來說，操作難度仍然較大，成本也較高，因此也不適合推廣使用。
[0005] 相比于上述檢測方法，比色法具有其獨特的優(yōu)勢，比如其結(jié)果肉眼可見、無需復(fù)雜 儀器、成本低且非常適合現(xiàn)場測定。納米金具有很強的表面等離子共振（SPR)性能，如圖1 所示，其吸收光譜在520nm附近會產(chǎn)生一個尖銳的表面等離子共振峰，而且該峰的位置會 隨納米金粒徑和粒子間距的變化而變化。當納米金之間的距離減?。ㄓ煞稚B(tài)向聚集態(tài)轉(zhuǎn) 變）時，SPR吸收峰的位置會發(fā)生變化，并會產(chǎn)生比色響應(yīng)，溶液顏色也會逐漸由紅色變?yōu)?藍色。但是通過這種聚集法會導(dǎo)致利用納米金的檢測方法在實際操作中很不穩(wěn)定，極容易 受到外界條件干擾。實踐中發(fā)現(xiàn)多種物質(zhì)能引起聚集反應(yīng)導(dǎo)致顏色變化，因此，目前的比色 法的特異性不強，不適合在復(fù)雜的環(huán)境中檢測鉛離子，更不適合實地檢測。
[0006] 通過氧化還原法改變納米金粒徑大小從而引起SPR變化的比色檢測鉛離子的方 法可以增強其特異性，具有很大的優(yōu)勢。但是通過這種方法在液相中檢測同樣容易受到外 界干擾因素影響而發(fā)生聚集反應(yīng)，影響檢測結(jié)果。將納米金吸附到固相環(huán)境能很好地解決 這一問題，但是納米金在固相環(huán)境中很容易脫落，造成假陽性的現(xiàn)象，導(dǎo)致檢測結(jié)果失真。 如何 使納米金穩(wěn)定在固相環(huán)境中一直是本領(lǐng)域的一大難題。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種基于納米金試紙膜及其用于檢測鉛離子的方法，旨在解決上述問 題，使鉛離子的比色檢測的結(jié)果準確且易于在現(xiàn)場檢測使用。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種基于納米金的試紙膜，在基底膜上覆有納米二氧化鈦涂層，該涂層上附著有通過 巰基和氨基固定的納米金和硫代硫酸根殼。基底膜為普通濾紙、硝酸纖維素膜、醋酸纖維素 膜、PVDF膜中的一種。
[0010] 上述基于納米金的試紙膜的制備方法，包括以下步驟： 1) 浸泡改性：在50-70°C下，將基底膜置于無水乙醇中浸泡2-4小時，再置于40-60°C 條件下干燥10-20分鐘； 2) 接二氧化鈦處理：將步驟1)處理后的基底膜浸泡在鈦溶液中，放置于搖床上震蕩 30分鐘，擦除基底膜表面的多余液體，使鈦溶液在基底膜上分布均勻，在40-60°C下干燥 10-20分鐘；重復(fù)上述操作兩次；所述鈦溶液為體積比10:2~6:1的無水乙醇、鈦酸丁酯、冰 醋酸配成的混勻溶液； 3) 水解：將步驟2)處理后的基底膜放入去離子水中，在120-150°C下水解2-5小時，取 出該基底膜置于40-60°C下干燥10-20分鐘，得到二氧化鈦覆膜的試紙膜； 4) 接巰基：用無水乙醇為溶劑配制體積濃度為1%_4%的（3-巰基丙基）三甲氧基硅烷， 將步驟3)得到的試紙膜浸泡其中，并在90-110°C下反應(yīng)0. 4-0. 8小時；取出上述試紙膜， 用去離子水沖洗若干次，置于40-60°C下干燥10-20分鐘； 5) 接氨基：用無水乙醇為溶劑配制體積濃度為2%-5%的3-氨丙基三甲氧基硅烷，將步 驟4)得到的試紙膜浸泡其中，置于80-KKTC下反應(yīng)0. 5-0. 8小時；取出該試紙膜，用去離 子水沖洗若干次，置于40-60°C下干燥10-20分鐘； 6) 配制AuNps-BSA溶液：利用1%乙酸溶液溶解殼聚糖并使殼聚糖濃度達到3mg/mL，將 2mL質(zhì)量分數(shù)為1%的氯金酸溶液加入到50mL上述溶液中，在70-100°C條件下加熱，當溶液 由淡黃色變?yōu)樯罴t色時停止加熱，攪拌直至冷卻到室溫，形成納米金溶液；將牛血清蛋白即 BSA添加上述納米金溶液并混合均勻，使溶液中BSA的濃度為3yM，形成AuNps-BSA溶液； 7) 制備納米金試紙膜：將步驟5)中得到的試紙膜裁剪成條；將步驟6)制備的 AuNps-BSA溶液均勻滴加到所述的試紙膜上，再用去離子水沖洗若干次，置于40-60°C下干 燥10-20分鐘；重復(fù)上述操作2-5次，以增加試紙條上吸附的AuNps-BSA的量并加深顏色； 制得納米金試紙膜； 8) 形成納米金和硫代硫酸根殼：將步驟9)得到的試紙膜浸泡在濃度為200-600mM的 硫代硫酸鈉溶液中5-20分鐘，再用去離子水沖洗若干次并于40-60°C下干燥10-20分鐘，制 得基于納米金的試紙膜。
[0011] 一種檢測水中鉛離子的方法，包括以下步驟： 1)用去離子水為溶劑配制濃度為200-500mM的二巰基乙醇溶液； 2 )將待檢測溶液滴加到步驟1)配制的溶液中，并將上述的基于納米金的試紙膜置于該 溶液中，在50-85°C下加熱15-40分鐘，當試紙條褪色，即可定性檢測到鉛離子。
[0012] 如果要實現(xiàn)定量檢測，那么上述步驟2)應(yīng)當按以下步驟操作： (1) 將50yL待測溶液和950yL濃度為500mM的二巰基乙醇溶液混合均勻，基于納米 金的試紙膜置于該溶液中，定容至lmL，在5〇-85°C下加熱15-40分鐘；取出試紙膜，用去離 子水清洗，置于40-60°C下干燥5-20分鐘； (2) 用掃描儀掃取步驟（1)中的試紙膜的圖片，通過RGB分析得到綠通道的改變值，帶 入標準曲線中即可定量檢測待測溶液的鉛離子濃度。
[0013] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果： 1.本發(fā)明基于納米金的試紙膜，其中納米金制作采用殼聚糖還原法，由于殼聚糖的空 間位阻效應(yīng)，使納米金更加穩(wěn)定，不易發(fā)生聚集現(xiàn)象；殼聚糖與基材膜發(fā)生結(jié)合，使納米金 更好的固定在膜材上，其常溫條件下具有較好穩(wěn)定性；同時還具有綠色環(huán)保等優(yōu)點。
[0014] 2.進一步，試紙膜制作簡易，成本很低，操作方便快捷，能夠進行實時實地操作且 試紙膜穩(wěn)定性很高，在高溫條件下不退色。試紙條保存時間長，能夠進行長時間儲備，據(jù)實 際檢驗可保存約12個月。
[0015] 3.本發(fā)明檢測水中鉛離子的方法，操作簡單，檢測精確度高，可檢測低于國家標準 中對飲用水的鉛離子污染含量的最小值lOppb(約為48. 3nM)。
[0016] 4.檢測水中鉛離子的鉛離子的抗干擾能力強，對鉀、鈉、鎂、鐵、鋁、錳、鈣、鋅、鈷、 鎳、銅、鍺、銀等離子有很好的抗干擾能力，對鉛離子的檢測專一性非常強，且在人體血清中 復(fù)雜的環(huán)境中能夠有很好的檢測效果。
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【附圖說明】
[0018] 圖1-納米金在520nm處的紫外吸收光譜圖； 圖2-本發(fā)明所提供的試紙膜； 圖3-本發(fā)明的標準曲線圖； 圖4-本發(fā)明的離子干擾實驗中RGB變化值圖； 圖5-本發(fā)明的試紙膜與不同濃度鉛離子反應(yīng)后顏色變化圖。
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【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0021] 一、一種基于納米金的試紙膜，該試紙膜為基底膜上覆有納米二氧化鈦涂層，該涂 層上附著有通過巰基和氨基固定的納米金和硫代硫酸根殼。
[0022] 其中，基底膜為普通濾紙、硝酸纖維素膜、醋酸纖維素膜、PVDF膜中的一種。
[0023] 二、上述基于納米金的試紙膜的制備方法，包括以下步驟： 1) 浸泡改性：在50-70°C下，將基底膜置于無水乙醇中浸泡2小時，再置于40°C條件下 干燥10分鐘； 2) 接二氧化鈦處理：將步驟1)處理后的基底膜浸泡在鈦溶液中，放置于搖床上震蕩30 分鐘，擦除基底膜表面的多余液體，使鈦溶液在基底膜上分布均勻，在50°C下干燥10分鐘； 重復(fù)上述操作兩次；所述鈦溶液為體積比10:3:1的無水乙醇、鈦酸丁酯和冰醋酸配成的混 勻溶液； 3) 水解：將步驟2)處理后的基底膜放入去離子水中，在135°C下水解4小時，取出該基 底膜置于50°C下干燥10分鐘，得到二氧化鈦覆膜的試紙膜； 4) 接巰基：用無水乙醇為溶劑配制體積濃度為2. 5%的（3-巰基丙基）三甲氧基硅烷， 將步驟3)得到的試紙膜浸泡其中，并在KKTC下反應(yīng)0. 5小時；取出上述試紙膜，用去離子 水沖洗若干次，置于50°C下干燥15分鐘； 5) 接氨基：用無水乙醇為溶劑配制體積濃度為3%的3-氨丙基三甲氧基硅烷，將步驟 4)得到的試紙膜浸泡其中，置于100°C下反應(yīng)0. 5小時；取出該試紙膜，用去離子水沖洗若 干次，置于50°C下干燥10分鐘； 6) 配制AuNps-BSA溶液：利用1%乙酸溶液溶解殼聚糖并使殼聚糖濃度達到3mg/