本發(fā)明屬于水環(huán)境重金屬hg²⁺的比色檢測(cè)及其富集分離領(lǐng)域，特別涉及一種快捷檢測(cè)、富集與分離重金屬汞的殼聚糖-納米金復(fù)合材料功能化比色試紙的制作及應(yīng)用新技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著世界現(xiàn)代化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，工業(yè)污染使得很多城市被霧霾籠罩，河道干涸、土壤污染或沙漠化日益擴(kuò)大。根據(jù)世界銀行發(fā)布的報(bào)告《污染的成本》(thecostofpollution)顯示，全球92%的人口生活在質(zhì)量低于世界衛(wèi)生組織所規(guī)定安全標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境里；息息相關(guān)的大氣污染、水污染和土壤污染已成為世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大障礙。

近年來(lái)，比色檢測(cè)重金屬汞離子的分析法因?qū)嶒?yàn)成本、過(guò)程簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、甚至可以通過(guò)“裸眼”替代復(fù)雜昂貴的儀器直接進(jìn)行檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，引起了越來(lái)越多科學(xué)工作者的重視并投入研究。其中納米-高分子復(fù)合材料，因其比表面積大、富集力度強(qiáng)，同時(shí)還具有良好的組分間的協(xié)同效應(yīng)、穩(wěn)定性高、易提取和回收利用、減少對(duì)環(huán)境造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。課題組前期成功構(gòu)筑了一種基于石墨烯-金納米復(fù)合材料比色法檢測(cè)、富集與分離水環(huán)境中重金屬hg²⁺的新方法[授權(quán)專利號(hào):zl201310752506.3]，具有操作簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、選擇性好，可快速定量檢測(cè)、高效富集與分離環(huán)境水樣品中的重金屬hg²⁺。

為了進(jìn)一步提高水相中hg²⁺比色檢測(cè)的選擇性與靈敏度，尤其是可視性和可操作性，本發(fā)明擬構(gòu)筑一種納米金功能化殼聚糖比色復(fù)合材料，進(jìn)一步修飾到普通濾紙上，制備功能化比色檢測(cè)和富集分離重金屬汞離子的比色傳感試紙或?yàn)V紙，探討它們?cè)诒壬珎鞲?、富集與分離環(huán)境重金屬離子等方面的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣中的重金屬hg²⁺快速有效地裸眼比色檢測(cè)、富集與分離，操作簡(jiǎn)單、無(wú)毒無(wú)污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種快捷檢測(cè)、富集與分離重金屬汞離子比色試紙或?yàn)V紙的制作及應(yīng)用新技術(shù)，該方法具有操作簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，選擇性好，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，可快速地對(duì)環(huán)境水樣品中重金屬hg²⁺進(jìn)行定量比色檢測(cè)和高效富集與分離。

本發(fā)明的一種快捷檢測(cè)、富集與分離重金屬汞離子比色試紙的制作及應(yīng)用新技術(shù)，包括：

(1)殼聚糖-納米金復(fù)合材料的制備

準(zhǔn)確稱取0.375g(0.025mol)殼聚糖，置于100ml圓底燒瓶中，依次加入35.0ml去離子水和0.7ml冰醋酸，55^oc下水浴溶脹5.0h后，滴加3.0ml10.0g/l氯金酸，攪拌15min后再向圓底燒瓶中加115.0ml去離子水，繼續(xù)攪拌45min，升溫到85^oc；滴加0.75ml0.1mol/lvc，氯金酸快速被還原成納米金，溶液呈深紅色，保溫20min后停止加熱，攪拌冷卻到室溫；減壓抽濾，用去離子水充分洗滌，濾餅于60^oc下真空干燥，得深紅色殼聚糖-納米金復(fù)合材料；

(2)顯色劑殼聚糖-納米金復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

將上述殼聚糖-納米金復(fù)合材料超聲分散到去離子水中，配制成濃度為3.5×10^?3g·l^?1殼聚糖-納米金復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)溶液，室溫下保存；

(3)殼聚糖-納米金功能化比色試紙或?yàn)V紙的制備

將干燥的快速濾紙置于顯色劑殼聚糖-納米金復(fù)合材料的溶液中（顯色劑殼聚糖-納米金復(fù)合材料的濃度為3.5×10^?3g/l、ph值為5.0、維生素c的濃度為1.0×10^?4mol/l），浸泡過(guò)夜，真空干燥，制得殼聚糖-納米金功能化比色試紙或?yàn)V紙；

(4)汞離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取氯化汞0.2715g（1.0mmol）溶于1000.0ml去離子水中，配置成濃度為1.0mmoll^?1的汞離子標(biāo)準(zhǔn)溶液液，在室溫下保存，使用時(shí)稀釋到所需濃度；

(5)環(huán)境樣品的制備

分別量取1000.0ml環(huán)境水樣（如沂河水、校園地下水及自來(lái)水等）各1份，經(jīng)5μm的微孔過(guò)濾膜過(guò)濾三次，蒸餾濃縮至10.0ml，室溫下保存、待用；

(6)汞離子濃度的比色測(cè)定方法

向10.0ml的容量瓶依次加入1.0ml濃度為3.5×10^?3g/l的顯色劑標(biāo)準(zhǔn)溶液、1.0mlph值為5.0的混合磷酸鹽緩沖溶液，1.0ml濃度為1.0×10^?3mol/l維生素c溶液和1.0ml汞標(biāo)準(zhǔn)樣品或環(huán)境樣品，定容，測(cè)量體系在528nm波長(zhǎng)處的吸光度a，記錄吸光度倒數(shù)值1/a，通過(guò)線性回歸方程為1/a=?3.9212+9.08×10^?3c(10^?8mol·l^?1)，計(jì)算被分析樣品中汞離子的濃度；

(7)水環(huán)境中汞離子的富集與分離

向100.0ml的環(huán)境水樣中，標(biāo)準(zhǔn)加入法分別加入1.0ml濃度為50.0,80.0和120.0×10^?6mol/l的汞離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，充分混合后，用殼聚糖-納米金功能化比色試紙檢測(cè)汞的含量，并用對(duì)應(yīng)的功能化濾紙過(guò)濾，即可除去樣品中的汞元素；

所述步驟（1）中的殼聚糖-納米金復(fù)合材料是由溶脹處理后的殼聚糖和氯金酸混合液分別在55^oc和85^oc條件下分段回流制備的，確保金納米均勻吸附在殼聚糖基底上；

所述步驟（3）和（6）中所用的還原劑為綠色無(wú)毒的維生素c；

所述步驟（6）中的顯色劑殼聚糖-納米金復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)溶液呈深紅色，在528nm處有較強(qiáng)的吸收，并在不同濃度汞離子存在下，顏色發(fā)生規(guī)律性遞變；

所述步驟（7）中的殼聚糖-納米金功能化比色試紙或?yàn)V紙呈深紅色，在不同濃度汞離子存在下，顏色發(fā)生規(guī)律性遞變；

所述步驟（7）中，僅需用殼聚糖-納米金功能化比色濾紙簡(jiǎn)單過(guò)濾，即可除去含有汞離子樣品中的汞元素，無(wú)毒、無(wú)污染。

本發(fā)明從反應(yīng)原理入手，設(shè)計(jì)合成了一種殼聚糖-納米金功能化比色傳感復(fù)合材料，進(jìn)一步制備成殼聚糖-納米金功能化比色試紙或?yàn)V紙；討論了體系的ph值、離子強(qiáng)度、反應(yīng)時(shí)間及共存物質(zhì)的干擾等影響因素，確定了最佳測(cè)試條件：指示劑濃度為3.5×10^?3mol/l，ph值為5.0的混合磷酸鹽緩沖溶液，維生素c溶液為1.0×10^?3mol/l測(cè)試的靈敏度最高。在此條件下能排除其他常見(jiàn)金屬離子的干擾，汞離子檢測(cè)的通過(guò)回歸方程為1/a=?3.9212+9.08×10^?3c(10^?9mol·l^?1)，線性范圍5.0~200×10^?8mol·l^?1，相關(guān)系數(shù)（r）0.9926，檢測(cè)限3.2×10^?9mol·l^?1，樣品中汞離子回收率96.2%~104.6%之間，相對(duì)誤差（rsd）小于3.3%。

富集檢測(cè)結(jié)束后，用殼聚糖-納米金功能化比色濾紙過(guò)濾，即可除去樣品中的汞元素，無(wú)毒、無(wú)污染。

有益效果

本發(fā)明提供一種快捷檢測(cè)、富集與分離重金屬汞離子比色試紙/濾紙的制作及應(yīng)用新技術(shù)，所構(gòu)筑殼聚糖-金納米復(fù)合材料的比表面積大，吸附能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高，光電性能好，所以分析靈敏度高，重現(xiàn)性好；比色試紙或溶液呈深紅色及在汞離子存在下顏色遞變，裸眼可視性強(qiáng)；僅需用殼聚糖-納米金功能化比色濾紙簡(jiǎn)單過(guò)濾，即可除去含有汞離子樣品中的汞元素，操作簡(jiǎn)單，無(wú)毒無(wú)污染；可有效用于實(shí)際水樣品中重金屬汞離子的快速比色檢測(cè)和富集與分離。

附圖說(shuō)明

圖1.殼聚糖-金納米比色傳感復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征tem圖；

圖2.為ph對(duì)體系有無(wú)汞離子存在下吸光度（a）的影響；

圖3.為測(cè)試條件下體系的時(shí)間掃描曲線；

圖4.其他金屬離子的響應(yīng)對(duì)比(從上到下依次為:al³⁺,ba²⁺,k⁺,mg²⁺,na⁺,ni²⁺,blank,pb²⁺,sr²⁺,cd²⁺,co³⁺,cu²⁺,fe³⁺,ag⁺和hg²⁺)；

圖5.殼聚糖-金納米比色傳感體系的細(xì)胞毒性試驗(yàn)；

圖6.(a)為殼聚糖-金納米比色傳感體系吸光度隨著汞離子濃度的變化及(b)線性關(guān)系曲線（c=0,5.0,10.0,20.0,30.0,50.0,75.0,100.0,125.0,150.0,200.0×10^?8mol·l^?1）；

圖7.殼聚糖-金納米復(fù)合材料溶液（上圖）及其功能化比色試紙（下圖）對(duì)汞離子濃度的比色響應(yīng)；

圖8.殼聚糖-金納米比色傳感復(fù)合材料吸附汞元素前后的tem表征圖（a,b），元素分析圖（c,d）及晶格變化（c,d中的插圖）。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。

實(shí)施例1

(1)殼聚糖-金納米復(fù)合材料的制備

準(zhǔn)確稱取0.375g(0.025mol)殼聚糖，置于100ml圓底燒瓶中，依次加入35.0ml去離子水和0.7ml冰醋酸，55^oc下水浴溶脹5h后，滴加3.0ml10.0g/l氯金酸，攪拌15min，向圓底燒瓶中加115.0ml去離子水，繼續(xù)攪拌45min后升溫到85^oc，滴加0.75ml0.1mol/lvc，將氯金酸快速還原成納米金，此時(shí)溶液呈正紅色，再過(guò)20min停止加熱，攪拌冷卻到室溫；減壓抽濾，用去離子水充分洗滌后，60^oc真空干燥，得深紅色殼聚糖-納米金復(fù)合材料；

復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)通過(guò)tem進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，如附圖1所示。金納米均勻的分散在殼聚糖表面，粒徑為15nm左右。

(2)顯色劑殼聚糖-納米金復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

將上述殼聚糖-納米金復(fù)合材料超聲分散到去離子水中，配制成濃度為3.5×10^?3g·l^?1殼聚糖-納米金復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)溶液，室溫下保存，使用時(shí)稀釋到所需濃度；

(3)殼聚糖-納米金功能化比色試紙或?yàn)V紙的制備

將干燥的快速濾紙置于顯色劑殼聚糖-納米金復(fù)合材料的溶液中（顯色劑殼聚糖-納米金復(fù)合材料的濃度為3.5×10^?3g/l、ph值為5.0、維生素c的濃度為1.0×10^?4mol/l），浸泡過(guò)夜，真空干燥，制得殼聚糖-納米金功能化比色試紙或?yàn)V紙；

(4)汞離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取氯化汞0.2715g（1.0mmol）溶于1000.0ml去離子水中，配置成濃度為1.0mmoll^?1的汞離子標(biāo)準(zhǔn)溶液液，在室溫下保存，使用時(shí)稀釋到所需濃度；

(5)環(huán)境樣品的制備

分別量取1000.0ml環(huán)境水樣（如沂河水、校園地下水及自來(lái)水等）各1份，經(jīng)5μm的微孔過(guò)濾膜過(guò)濾三次，蒸餾濃縮至10.0ml，室溫下保存、待用；

(6)實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

本發(fā)明從反應(yīng)原理入手，討論了體系的ph值（圖2）、反應(yīng)時(shí)間（圖3）及共存離子（圖4）的干擾等影響因素及其細(xì)胞毒性（圖5），確定了最佳測(cè)試條件：指示劑濃度為3.5×10^?3mol/l，ph值為5.0的混合磷酸鹽緩沖溶液，維生素c溶液為1.0×10^?4mol/l測(cè)試的靈敏度最高。

(7)汞離子濃度的比色測(cè)定方法

向10.0ml的容量瓶依次加入1.0ml3.5×10^?3g/l的顯色劑標(biāo)準(zhǔn)溶液、1.0mlph值為5.0的混合磷酸鹽緩沖溶液，1.0ml濃度為1.0×10^?4mol/l維生素c溶液和1.0ml汞標(biāo)準(zhǔn)樣品或環(huán)境樣品，定容，測(cè)量體系在528nm波長(zhǎng)處的吸光度a，記錄吸光度倒數(shù)值1/a，通過(guò)線性回歸方程1/a=?3.9212+9.08×10^?3c(10^?9mol·l^?1)，計(jì)算被分析樣品中汞離子的濃度，線性范圍5.0~200×10^?8mol·l^?1，相關(guān)系數(shù)（r）0.9926（圖6）；

該體系的溶液及其功能化試紙對(duì)汞離子具有良好的比色傳感性能（圖7），并成功應(yīng)用于環(huán)境水樣品中汞離子的檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)附表1。樣品中汞離子的檢測(cè)限3.2×10^?9mol·l^?1，回收率在96.2%~104.6%之間，相對(duì)誤差（rsd）小于3.3%。

(8)水環(huán)境中汞離子的富集與分離

向100.0ml的環(huán)境水樣中，標(biāo)準(zhǔn)加入法分別加入1.0ml濃度為50.0,80.0和100.0×10^?3mol/l的汞離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，充分混合后，用殼聚糖-納米金功能化比色濾紙過(guò)濾，即可除去樣品中的汞元素，吸附分離率高達(dá)95.2%以上，無(wú)毒、無(wú)污染。殼聚糖-金納米比色傳感復(fù)合材料比色吸附汞元素的機(jī)理如圖8所示【復(fù)合材料吸附汞前后的tem表征圖（圖8a,b），元素分析圖（圖8c,d）及晶格變化（圖8c,d中的插圖】。