一種快速檢測菸葉中重金屬鎘的試紙的製備方法及其檢測方法與流程
2023-09-23 10:54:20
本發明涉及一種快速檢測菸葉中重金屬鎘的方法，特別涉及一種快速檢測菸葉中重金屬鎘的試紙的製備方法及其檢測方法。
背景技術：
鎘是重金屬汙染中最常見的重金屬元素，是菸葉中檢測的重要重金屬之一，對人體組織和大腦均有很強的毒性，造成急慢性中毒，並且具有致癌危險性，鎘中毒一般稱為「痛痛病」。機體攝入鎘的主要途徑就是食品，食品中的鎘主要來源於環境的汙染。因此，環保、食品、農業等行業對痕量鎘的檢測都極為重視，香菸作為一種特殊的食品和農產品，更需對其安全性嚴格把關。目前，水體、食品、化妝品中鎘常用的檢測方法主要有石墨爐原子吸收光譜法、電感耦合等離子質譜法、傳感器檢測法、單掃描極譜法、電極法等，但這些方法依賴大型昂貴儀器設備，具有操作步驟複雜、前處理麻煩、耗時、要求檢測人員具備一定的專業知識、僅適合實驗室使用等缺點，比較難滿足菸葉產品生產中現場對菸葉中鎘含量進行快速檢測的需求。因此急需建立一種快速、簡單、穩定檢測菸葉中鎘離子的方法。目前已有不少關於重金屬鎘的免疫學檢測方法的報導，這些研究成果可以顯著提高重金屬鎘的檢測靈敏度，但需要配備大量實驗儀器，實用性、簡便性有待提高。
試紙法是利用重金屬與試劑發生化學反應的原理，用濾紙作為反應載體，根據試紙上的顏色變化分析體現重金屬含量，由於試紙法具有檢測快速、操作簡單、成本低廉、使用和攜帶方便等特點，受到研究者的廣泛關注。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題：提供一種快速檢測菸葉中重金屬鎘的試紙的製備方法及其檢測方法，已解決現有技術存在的問題。
本發明的技術方案：一種快速檢測菸葉中重金屬鎘的試紙的製備方法，選擇中速定量濾紙，配製質量分數0.2％的鎘試劑溶液，將濾紙放入鎘試劑溶液中充分浸泡，充分浸透後取出，晾乾，待溶劑充分揮發，即得。
所述的所述的試紙的最低檢測濃度為0.5μg·ml-1。
所述的不加入表面活化劑。
一種快速檢測菸葉中重金屬鎘的試紙的檢測方法，將菸葉剪成碎片加入hno3，振蕩浸提，過濾，得到菸葉樣品，取樣品上清液、標準對照樣品溶液與試劑空白液試管，用koh溶液調節各溶液ph至7.0±0.05，將鎘試紙浸入樣品上清液中，與標準對照樣品溶液的鎘試紙顏色進行比較即可。所述的檢視時間為2min。所述的浸入反應時間為10s。
本發明的有益效果：本研究將具有特效顯色反應的鎘試劑通過浸漬附載到試紙上，製備成重金屬鎘快速檢測試紙，系統優化了影響試紙條製備和檢測的各種因素，確定最佳的試紙製備和檢測條件，通過電感耦合等離子質譜法(icp-ms)驗證了試紙條的有效性，並將試紙條成功用於菸葉樣品中鎘(cd2+)的迅速、實時、現場檢測和篩查，檢出限為0.5μg·ml-1。
鎘試紙取出最佳檢視時間：由於不同顯色劑的顯色條件各異，反應時間長短差別很大，反應完成後，生成絡合物的穩定性也存在一定差異。該顯色反應顯色速度極快，隨著反應時間的延長，試紙顯色有逐漸變淡的趨勢。如果取出後立即觀察，紙片顏色較淺，色階不明顯，鎘試紙上殘留的反應水溶液較多，影響辨別。放置2min後，鎘試紙相對變幹，顯色顏色變深，色階比較明顯，在10min內顯色都很穩定，從20min之後隨著鎘試紙上的水分不斷揮發而變得乾燥，顯色顏色逐漸變淺，到30min後鎘試紙趨近於完全乾燥，顯色反應的顏色基本褪去。不論是0.1％還是0.2％的鎘試劑製備的試紙，實驗結果的趨勢都是一致的，為了達到快速檢測的目的，本發明提出了反應後2min時觀察顯色反應顏色變化。
其他物質檢測中加入了表面活性劑，在本發明體系中，加表面活性劑的初衷是期望達到增溶增敏的作用，顯色更靈敏，但實際效果，加入表面活性劑後並沒有達到意想的效果。加入表面活性劑機理簡單說就是基於表面活性劑的增溶增敏作用。
本方法製備的鎘試紙法根據顏色變化判斷鎘(cd2+)的濃度，通過裸眼直接觀察，不需用貴重儀器和試劑，操作簡便，價格低廉，成本低，操作者不需專門技巧，攜帶方便，一次性使用，無需維護，顯色穩定、梯度明顯，可以做成不同濃度的標準色階，供半定量使用，適用於現場實時快速粗篩。製備的鎘試紙能夠定性檢測菸葉中鎘(cd2+)的存在，與標準色階對比可進行半定量分析。隨著後續實驗的細化和深入研究，期望將鎘試紙法由定性半定量檢測逐漸轉化為精確的定量分析，或是進一步降低檢測限，為鎘試紙快速檢測提供更加廣闊的應用前景。
附圖說明
圖1為菸葉前處理溶液與鎘試紙顯色反應結果；
圖2為標準物質(灌木枝葉)與鎘試紙條作用顯色結果對比。
具體實施方式
實施例：
鎘試紙的製備：選擇中速定量濾紙，並配製質量分數0.1％和0.2％的鎘試劑溶液，鎘試劑用氫氧化鉀乙醇溶液配製，化學名為對硝基苯重氮氨基偶氮苯，c18h14n6o2。分別取適量的0.1％和0.2％鎘試劑於培養皿中，將濾紙放入，充分浸泡，適當翻面，保證雙面均勻，讓其充分浸透。用鑷子將濾紙取出，自然晾乾，待溶劑充分揮發。結果表明，0.2％鎘試劑製備的試紙顏色明顯比0.1％的試紙要深，說明鎘試劑濃度越高，製備的試紙底色越深，與鎘(cd2+)作用後的橘色對比更鮮明，顯色效果更佳，後續實驗選擇0.2％鎘試劑製備的試紙進行。
其中0.2％鎘試劑製備的試紙；試紙浸入樣品中的浸入反應時間為10s；檢視時間為2min；最低檢測濃度為0.5μg·ml-1；不加入表面活化劑。
標準系列色階製備：取鎘標準儲備液(100μg·ml-1)適量，分別加3％hno3稀釋並配製成0.0、0.5、1.0、3.0、5.0、7.0、10.0μg·ml-1cd2+標準系列溶液。取上述標準溶液各10ml置於50ml離心管中，用koh溶液調節ph值為7.0左右。從試紙瓶中快速取出一條鎘檢測試紙浸入上述樣品溶液中，10s後取出，檢視。鎘試劑在酸性環境下容易分解，不能與鎘(cd2+)生成有色絡合物，所以本實驗只考慮鹼性環境對顯色的影響。經過不斷的ph優化實驗，確定ph為7時顯色效果最佳。
測定菸葉樣品中的鎘含量：前處理如下：將約1.7g左右各菸葉剪成小碎片加入20ml3％hno3，振蕩浸提10min。過濾，得到菸葉樣品，上清液10個樣品的濾液顏色稍有差異，基本呈棕褐色。用一次性吸管分別取樣品上清液、標準對照樣品溶液與試劑空白液各約10ml於刻度試管中。用koh溶液調節各溶液ph至7.0左右，將鎘試紙浸入樣品上清液中，10s後取出，與標準對照樣品溶液的鎘試紙顏色進行比較。
從圖1可以看出，10個菸葉樣品溶液與鎘試紙作用後均能顯色，並且表現出一定的趨勢變化。與鎘試紙標準色階對比，其中1號樣品顯色與鎘標準試紙濃度0.5μg·ml-1接近；2號、3號和4號樣品顯色與標準色階濃度1.0μg·ml-1類似；5號、6號和7號樣品同標準色階濃度3.0μg·ml-1顯色一致，8號、9號和10號樣品顯色相似或稍淺於標準色階濃度5.0μg·ml-1。利用鎘試紙對菸葉樣品進行實際應用時，可先將顯色顏色接近的樣品歸為一組，再與標準色階各濃度對比，可初步確定各組的鎘含量；再將歸為一組的樣品縱向比較，則可縮小樣品中鎘濃度的範圍，使預判結果更準確、趨勢更明顯。由此，各菸葉樣品與鎘試紙發生顯色作用後能夠全部區分開來，達到粗篩目的。
為驗證本實驗中鎘試紙條初步篩查的準確度，將用於菸葉中進行重金屬鎘測試的所有對應樣品，通過icp-ms進行鎘濃度準確測定，儀器測定結果與鎘試紙條粗篩結果對比情況見表1：
表1icp-ms測定結果與鎘試紙條粗篩結果對比
鎘試紙預測濃度與icp-ms測定結果比較接近，並且灌木枝葉標準物質gsv-2濃度在允許範圍內(0.38μg·ml-1)，說明儀器穩定，結果可靠；實驗選擇的10個菸葉樣品鎘的濃度在0.5-5μg·ml-1之間，鎘試紙條檢測結果與儀器測試結果相符，趨勢一致，與鎘試紙預判鎘濃度吻合，基本滿足菸葉樣品中重金屬鎘的快速檢測、粗篩需求。
採用標準物質(灌木枝葉)進行方法驗證
先將標準物質通過icp-ms進行鎘濃度準確測定(前處理程序和儀器測試方法參考菸草行業標準《菸草及菸草製品鉻、鎳、砷、硒、鎘、鉛的測定：電感耦合等離子質譜法yc/t380-2010》，實驗控制cd濃度在0.5μg·ml-1、1.0μg·ml-1、3.0μg·ml-1左右，以便於與鎘試紙製備的標準色階進行對比，每個濃度做三組平行樣，再將對應濃度的三組標準物質溶液分別與製備好的0.2％鎘試紙進行顯色實驗，顯色結果見圖2。
灌木枝葉標準物質icp-ms測定結果滿足實驗設計濃度的預期，將三個濃度標準物質與鎘試紙條進行顯色實驗，也能與鎘試紙標準色階很好的匹配對應，並且三組平行樣結果無明顯偏離和異常，保持一致，說明本發明製備的鎘試紙條、建立的快速檢測重金屬鎘的方法具有良好的準確性和穩定性，可以應用到實際樣品分析中。
實驗建立方法的實用性及其評價
為了評價鎘試紙檢測菸葉中鎘(cd2+)的實用性，應用鎘試紙對實驗選擇的10個2014菸葉樣品進行檢測，10個樣品鎘試紙法全部檢出，其中濃度大於1μg·ml-1的樣品為9個，0.5μg·ml-1左右的為1個，使用icp-ms方法檢測出的濃度為0.5～5μg·ml-1之間。根據鎘試紙的最低檢出限(0.5μg·ml-1)，不存在漏檢，與icp-ms方法相比較，本發明製備的鎘試紙條檢出率達100％，效果明顯。