一種鉛離子印跡檢測試紙及其製備方法

2023-04-30 23:12:56 1

專利名稱：一種鉛離子印跡檢測試紙及其製備方法
技術領域：
本申請涉及金屬離子檢測領域，特別涉及一種用於鉛離子印跡檢測的試紙及該試紙的製備方法。
背景技術：
鉛是ー種嚴重危害人類健康的重金屬元素，可影響神經、造血、消化、泌尿、心血管、生殖、骨骼等各類器官，主要的靶器官是神經系統和造血系統，更為嚴重的是它影響嬰幼兒的生長和智力發育，損傷認知功能、神經行為和學習記憶等腦功能，嚴重者造成痴呆。對於兒童，學術界已經確認，只要血鉛水平超過O. lmg/L,不管有沒有臨床症狀、體徵，都可以確診為兒童鉛中毒，鉛中毒會導致智力下降，出現學習障礙。由於鉛在生物體內毒性持續時間長、易積累、危害大等特性，建立各種Pb2+離子檢 測技術極為重要。近年來，隨著科技發展和檢測水平的進步，特別是在環境監測、食品衛生、海關商檢、エ業廢水處理等部門，發展快速、簡便、靈敏和可靠鉛檢測技術，對於控制環境汙染、保護人體健康，促進建立環境、衛生、食品安全、廢水處理檢測檢驗體系，都具有十分重要的理論和現實意義。目前已報導的檢測鉛離子的方法有分光光度法(邱罡，謝凝子，高靈敏度顯色劑在分光光度法測定鉛中的應用；理化檢驗(化學分冊)，2010，46(9):1104-1108)，電化學分析法(於春梅，顧海鷹；電化學預處理玻碳電極示差脈衝伏安法測定水中痕量鉛，理化檢驗(化學分冊)，2010，46 (5) : 525-530)，原子發射光譜分析法(李良軍，姚永生，王秋蓮；電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鉛精礦中6種元素，冶金分析，2010，30 (3) : 57-59)，分光光度法和電化學分析法靈敏度較低，不適宜水中痕量甚至更低濃度鉛離子的檢測，原子發射光譜分析儀器設備比較昂貴，測定成本較高，而且不適合進行現場在線分析。因此發展高靈敏的現場低成本檢測鉛離子的方法就顯得尤為重要。分子印跡技術(Molecular Imprinting Technique, MIT)又稱分子模板技術,其原理是將ー個具有特定形狀和大小的、需要進行識別的分子(或離子)作為模板分子，把它溶於溶劑中，再加入特定的功能単體和交聯劑，引發聚合形成高度交聯的聚合物，其內部包埋與功能単體相互作用的模板分子，然後利用物理或化學方法將模板分子洗脫，這樣聚合物母體上留下了與模板分子形狀相似的孔穴，且孔穴內各功能基團的位置與所用的模板分子互補，從而實現對模板分子的識別。印跡聚合物可以對模板分子反覆洗脫和吸附，因而可以多次使用。分子印跡技術具有以下特點第一，預定性，即它可以根據不同的目的製備出不同的印跡聚合物，以滿足各種不同分子識別、分離的需要；第二，高度的識別性，由於印跡聚合物是按照不同的模板分子定做的，因此可專一性識別特定的模板分子。1989年美國化學家Kabanov和Nishide利用分子印跡技術製備了金屬離子印跡聚合物，獲得對印跡金屬離子具有高度選擇性識別功能的印跡聚合物，目前尚未有鉛離子的印跡聚合物及其相關印跡檢測。光子晶體及基於光子晶體的各種納米結構材料的製備及性質研究是近年來物理、化學及材料科學的研究熱點之一。光子晶體是一種介電常數(或折射率)周期性變化排布的材料，其介電常數的周期性變化能夠調製材料中光子的狀態模式。如果材料中某一組分的性質發生物理或化學變化，介質的折射率也會發生變化，根據布拉格散射可以知道光子帶隙會發生紅移或藍移。利用光子晶體材料對於環境變化會帶來光子帶隙漂移變化的特性，可以製備各種化學傳感器。1997年，Asher研究小組在Nature雜誌上首次描述了利用膠體顆粒的自組裝技術製備了具有光子晶體結構的水凝膠敏感聚合物材料，該材料對重金屬離子具有高度敏感的光學響應。

發明內容
本申請提供一種新的檢測鉛離子的印跡檢測試劑，以及該印跡檢測試紙的製備方法。根據本申請的第一方面，本申請提供一種鉛離子印跡檢測試紙，包括具有鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜。 進ー步的，交聯高分子膜以有機玻璃為支持材料，附著於有機玻璃上。進ー步的，交聯高分子膜表面具有三維光子晶體空穴結構。更進一歩的，交聯高分子膜的基質為丙烯酸、甲基丙烯酸中的ー種或兩種與殼聚糖交聯而成。根據本申請的第二方面，本申請提供一種鉛離子印跡檢測試紙的製備方法，包括以下步驟步驟A，用交聯高分子膜的基質溶液將鉛離子均勻的包埋；步驟B，將包埋鉛離子的基質溶液塗覆在成膜材料表面、交聯聚合形成交聯高分子膜；步驟C，將交聯高分子膜與成膜材料剝離；步驟D，將交聯高分子膜浸入稀酸溶液中浸泡，取出後用鹼性液體將交聯高分子膜調節至中性，形成具有鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜。進ー步的，成膜材料表面具有光子晶體膜；光子晶體膜的製備方法包括，將粒徑為150-400nm的單分散SiO2微球分散在無水こ醇中，然後將經過Piraha溶液嚴格清洗的玻璃片垂直插入分散SiO2微球的無水こ醇中，無水こ醇揮發，單分散SiO2微球通過分子自組裝在玻璃片上形成高度規整的分子晶體膜。本申請的ー種實施方式中，步驟A的實現方式包括，先將殼聚糖分散在こ醇水溶液中；加入丙烯酸、甲基丙烯酸中的ー種或兩種，形成粘稠的透明溶液；然後在攪拌狀態下加入交聯劑、光引發劑以及Pb (NO3) 2，攪拌均勻。本申請的ー種實施方式中，步驟B中，將包埋鉛離子的基質溶液塗覆在成膜材料表面後，再蓋上一片有機玻璃片，然後在紫外照射下完成交聯聚合。本申請的ー種實施方式中，步驟C的實現方式包括，將經過步驟B處理的產物浸入1%的HF溶液中浸泡至少6h，以便成膜材料剝離。本申請的ー種實施方式中，步驟D的實現方式包括，將交聯高分子膜浸入O. IM的醋酸溶液中，浸泡至少24h，取出用二次蒸餾水衝洗乾淨，然後用氨水調節交聯高分子膜pH值到pH=7穩定不變，再用二次蒸餾水衝洗後，即形成具有鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜。本申請的有益效果是本申請首先製備出了用於鉛離子檢測的鉛離子印跡檢測試紙，繼鉛離子分光光度法和電化學分析法之後，為鉛離子檢測提供了ー種新的檢測方法。該鉛離子印跡檢測試紙對鉛離子的檢測靈敏度高，能夠很好的滿足環境、衛生、食品、人體健康等檢測的需要；並且，檢測時間短，不需要昂貴的分析儀器，可以適用於現場實時監測分析。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本申請進行進ー步的說明，以下實施方式僅僅用於對本申請進行詳細說明，不應理解為對本申請的限制。實施例 製備本例的鉛離子印跡檢測試紙包括兩大步驟一、性能均一的光子晶體膜的製備；ニ、包埋有Pb2+空穴的交聯聚合物互穿網絡薄膜的製備，該交聯聚合物互穿網絡薄膜即Pb2+檢測試紙的實質檢測部分，亦即具有鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜。一、光子晶體膜的製備首先製備單分散性的SiO2微球，本例採用1968年Stobei 發明的正矽酸こ酯鹼性水解的方法來製備。其主要製備過程簡述如下將正矽酸こ酯分散在無水こ醇溶液中，保持溫度恆定的條件下，滴加氨水、水與無水こ醇的混合液，反應一定時間後，離心分離、清洗製備的SiO2單分散微球，得到產物。通過調節氨水、水以及正矽酸こ酯的比例，可以得到不同粒徑的單分散SiO2微球，本例所使用的單分散SiO2微球粒徑在150-400nm。光子晶體膜的製備，將上述製備的單分散SiO2微球以1-4%的濃度分散在無水こ醇中，然後將經過H2O2M2SO4混合溶液嚴格清洗的玻璃片垂直插入到盛有單分散SiO2微球的無水こ醇中，在恆定溫度下，待こ醇揮發完畢，單分散SiO2微球通過分子自組裝在玻璃片上形成高度規整的分子晶體膜，在日光下用肉眼可見強烈的彩色發射。h2o2/h2so4混合溶液即Piraha溶液，其中H2O2 =H2SO4的體積比為3 :7。ニ、製備鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜本例採用殼聚糖與甲基丙烯酸作為製備Pb2+離子印跡檢測試紙的薄膜基材，加入交聯劑、光引發劑在紫外光照射下聚合，合成包埋有Pb2+空穴的殼聚糖與聚甲基丙烯酸互穿網絡交聯高分子膜，這不僅可以有效改善交聯高分子膜對Pb2+離子的絡合能力，同時經過後處理反應，將甲基丙烯酸中的羧基(-C00H)部分甚至全部轉變成能與Pb2+離子高度絡合的醯胺基團(-CONH2 )。具體如下(I)包埋Pb2+離子的殼聚糖、聚甲基丙烯酸互穿網絡基材配製將O. 05mol殼聚糖分散在50% (v/v)こ醇水溶液中，分散液濃度為2%，加入IOg甲基丙烯酸，這時殼聚糖則完全溶解在酸性こ醇水溶液中，形成粘稠的透明溶液。在攪拌狀態下，向此溶液中加入3. 5g光引發劑1173、IOg的交聯劑こニ醇ニ丙烯酸酯(EGDMA)和60g4%的Pb (NO3) 2溶液，完全攪拌均勻備用。(2)製備鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜將上述包埋鉛離子的溶液用勻膠機均勻塗覆在具有光子晶體膜的玻璃片上，再蓋上一片與玻璃片相同尺寸的有機玻璃片，在波長365nm紫外燈下聚合2h。需要說明的是，本例中優選的方案是將金屬離子印跡檢測與光子晶體結合起來，以實現通過顏色變化來反映金屬離子的濃度變化；本領域技術人員可以理解，金屬離子印跡檢測本身具有特異識別能力強、靈敏度高等優點，因此，在不考慮利用顏色變化反映金屬離子濃度變化的情況下，也可以省略光子晶體膜製備的エ藝，直接將上述包埋鉛離子的溶液塗覆於成膜材料表面，形成具有鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜，同樣可以實現鉛離子的印跡檢測。還需要說明的是，蓋有機玻璃片的作用是在成膜材料脫離後，將有機玻璃片作為交聯高分子膜的支持材料；本領域技術人員可以理解，通過控制殼聚糖的濃度，交聯高分子膜可以獨立成型的情況下，即可以獨立的以膜片形態存在，此時，也可以不使用有機玻璃片。完成聚合後，將三層夾心結構的組件浸入1%的HF溶液中浸泡6h以上，去除玻璃片以及單分散SiO2微球。需要說明的是，此時，交聯高分子膜以有機玻璃為支撐材料，並且，SiO2會在交聯高分子膜表面形成規整的「大孔」，即三維光子晶體空穴結構。將以有機玻璃為支撐材料的具有殼聚糖與聚甲基丙烯酸互穿網絡結構的組件，浸入O. IM醋酸溶液中，浸泡24h後，取出用二次蒸餾水衝洗乾淨，用氨水調劑其pH=7不再變化，一方面中和殘留的醋酸，另ー方面將聚甲基丙烯酸中的羧基轉化成對Pb2+離子有較強絡合能力的醯胺基團；再 用二次蒸餾水衝洗ニ遍後，就得到表面有單分散SiO2微球形成的「大孔」，同時，在互穿網絡基體材料中包埋有Pb2+離子連續微孔結構的聚合物互穿網絡的交聯高分子膜，即本例中的鉛離子印跡檢測試紙。本例中，配製O. 01mg/L、0. lmg/L、lmg/L的醋酸鉛標準溶液,分別滴加到上述製備的鉛離子印跡檢測試紙上，用高分辨數位相機記錄下其顔色反應，作為鉛離子印跡檢測試紙的標準色板。它可以為Pb+2離子的現場快速檢測提供標準色板，確定所檢測溶液Pb+2離子濃度範圍。本例中，將製備的鉛離子印跡檢測試紙插入到待檢測溶液中，通過與本例提供的標準色板相比較。實驗結果顯示，本例的鉛離子印跡檢測試紙靈敏度可達O. 01mg/L，整個檢測過程只需IOmin即可完成，縮短檢測時間，提高了檢測結果的時效性。本例依據光子晶體技術和分子印跡技術，採用生物可降解的殼聚糖和聚甲基丙烯酸互穿網絡高分子材料，開發出了一種新的類似於PH檢測試紙的，並且具有三維有序多孔的敏感水凝膠光子試紙，該試紙能夠用於Pb2+的離子印跡檢測，並且可以通過簡單的比色分析快速獲得檢測結果。本例的鉛離子印跡檢測試紙，不僅對Pb2+離子具有高度的特異性識別能力和高度選擇性的吸附能力，而且能夠將這種對Pb2+離子的特異性響應轉化為光學信號表達出來，即通過顏色變化來識別和反映其濃度變化，解決了目前對Pb2+離子檢測技術複雜，操作時間長，成本昂貴等現實問題。本例所製備的鉛離子印跡檢測試紙，具有操作簡便、快速、反應靈敏、精度較高、價格低廉、試紙容易保存等特點，特別適合於現場和基層化驗室對環境水中常見Pb+2離子的檢測，靈敏度可達O. Olmg/L，符合國家飲用水衛生標準，準確率高於95%，並且只需IOmin就可對Pb+2離子進行檢測，縮短檢測時間，提高檢測結果的時效性。以上內容是結合具體的實施方式對本申請所作的進ー步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限於這些說明。對於本申請所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。
權利要求
1.一種鉛離子印跡檢測試紙，其特徵在於包括具有鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜。
2.根據權利要求I所述的試紙，其特徵在於所述交聯高分子膜以有機玻璃為支持材料，附著於有機玻璃上。
3.根據權利要求I所述的試紙，其特徵在於所述交聯高分子膜表面具有三維光子晶體空穴結構。
4.根據權利要求1-3任一項所述的試紙，其特徵在於所述交聯高分子膜的基質為丙烯酸、甲基丙烯酸中的一種或兩種與殼聚糖交聯而成。
5.一種鉛離子印跡檢測試紙的製備方法，包括以下步驟 步驟A，用交聯高分子膜的基質溶液將鉛離子均勻的包埋； 步驟B，將包埋鉛離子的基質溶液塗覆在成膜材料表面、交聯聚合形成交 聯高分子膜； 步驟C，將所述交聯高分子膜與所述成膜材料剝離； 步驟D，將所述交聯高分子膜浸入稀酸溶液中浸泡，取出後用鹼性液體將 交聯高分子膜調節至中性，形成具有鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述成膜材料表面具有光子晶體膜；所述光子晶體膜的製備方法包括，將粒徑為150-400nm的單分散SiO2微球分散在無水乙醇中，然後將經過Piraha溶液嚴格清洗的玻璃片垂直插入分散SiO2微球的無水乙醇中，無水乙醇揮發，單分散SiO2微球通過分子自組裝在玻璃片上形成高度規整的分子晶體膜。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述步驟A的實現方式包括，先將殼聚糖分散在乙醇水溶液中；加入丙烯酸、甲基丙烯酸中的一種或兩種，形成粘稠的透明溶液；然後在攪拌狀態下加入交聯劑、光引發劑以及Pb (NO3)2，攪拌均勻。
8.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述步驟B中，將包埋鉛離子的基質溶液塗覆在成膜材料表面後，再蓋上一片有機玻璃片，然後在紫外照射下完成交聯聚合。
9.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述步驟C的實現方式包括，將經過步驟B處理的產物浸入1%的HF溶液中浸泡至少6h，以便成膜材料剝離。
10.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述步驟D的實現方式包括，將交聯高分子膜浸入0. IM的醋酸溶液中，浸泡至少24h，取出用二次蒸餾水衝洗乾淨，然後用氨水調節交聯高分子膜PH值到pH=7穩定不變，再用二次蒸餾水衝洗後，即形成具有鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜。
全文摘要
本申請公開了一種鉛離子印跡檢測試紙及其製備方法。本申請的鉛離子印跡檢測試紙包括具有鉛離子空穴網絡結構的交聯高分子膜，能夠對鉛離子進行特異性的識別，檢測靈敏度高。本申請的一種實施方式中將印跡檢測技術與光子晶體技術結合，使得製備的鉛離子印跡檢測試紙不僅對鉛離子具有高度的特異性識別能力和高度選擇性的吸附能力，而且還可以通過顏色變化來識別和反映其濃度變化；本申請的鉛離子印跡檢測試紙操作簡便、快速、反應靈敏、精度較高、價格低廉、試紙容易保存等特點，特別適用於現場檢測和基層化驗室。
文檔編號G01N21/78GK102809560SQ201210280580
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月8日 優先權日2012年8月8日
發明者李英, 劉麗, 尹剛強, 梁烽, 李泳濤, 陳旭輝, 吳景武, 劉志紅, 廖文忠, 白爽, 孫小穎, 李成發 申請人:深圳出入境檢驗檢疫局工業品檢測技術中心