[发明专利]一种基于纳米金的试纸膜及其用于检测铅离子的方法

说明书

技术领域

本发明属于离子检测技术领域，具体涉及一种基于纳米金试纸膜及其用于检测铅离子的方法。

背景技术

铅，是一种有毒重金属，铅对环境的污染，一是由冶炼、制造和使用铅制品的工矿企业，尤其是来自有色金属冶炼过程中所排出的含铅废水、废气和废渣造成的。二是由汽车排出的含铅废气造成的，汽油中用四乙基铅作为抗爆剂，在汽油燃烧过程中，铅便随汽车排出的废气进入大气。除此之外，一些含铅蓄电池随意丢弃使得铅污染分布特别广泛。铅离子会对环境和人类健康造成严重影响，即使少量接触时也会对人体神经有强烈的毒害作用，影响人的行为、大脑发育和神经传导速度。幼儿大脑对铅污染比成年人敏感。大气中的铅对儿童的智力发育和行为会有不良影响。儿童的血铅超过每600微克/升时，会出现智能发育障碍和行为异常。国家标准规定饮用水铅含量的安全界限是10 ppb（约为0.048μM）。因此，铅的检测非常重要。

铅离子的传统检测方法有原子吸收法（AAS）、分光光度法、电感耦合等离子体质谱法（ICP–MS）、X射线荧光光谱法和电化学法等等，但这些方法通常要比较昂贵设备，均采用了较为复杂的实验技术条件，要求检测人员具有较深的专业知识。因此这些检测方法通常仅适用于大型实验室分析，难以推广。近年来，随着技术的进步，一些利用DNA酶、小分子、寡核苷酸、蛋白质等检测铅离子的技术有所发展，这些技术对铅离子有较好的选择性，准确度较高，但是相对来说，操作难度仍然较大，成本也较高，因此也不适合推广使用。

相比于上述检测方法，比色法具有其独特的优势，比如其结果肉眼可见、无需复杂仪器、成本低且非常适合现场测定。纳米金具有很强的表面等离子共振（SPR）性能，如图1所示，其吸收光谱在520 nm 附近会产生一个尖锐的表面等离子共振峰，而且该峰的位置会随纳米金粒径和粒子间距的变化而变化。当纳米金之间的距离减小（由分散态向聚集态转变）时，SPR 吸收峰的位置会发生变化，并会产生比色响应，溶液颜色也会逐渐由红色变为蓝色。但是通过这种聚集法会导致利用纳米金的检测方法在实际操作中很不稳定，极容易受到外界条件干扰。实践中发现多种物质能引起聚集反应导致颜色变化，因此，目前的比色法的特异性不强，不适合在复杂的环境中检测铅离子，更不适合实地检测。

通过氧化还原法改变纳米金粒径大小从而引起SPR变化的比色检测铅离子的方法可以增强其特异性，具有很大的优势。但是通过这种方法在液相中检测同样容易受到外界干扰因素影响而发生聚集反应，影响检测结果。将纳米金吸附到固相环境能很好地解决这一问题，但是纳米金在固相环境中很容易脱落，造成假阳性的现象，导致检测结果失真。如何使纳米金稳定在固相环境中一直是本领域的一大难题。

发明内容

本发明提供一种基于纳米金试纸膜及其用于检测铅离子的方法，旨在解决上述问题，使铅离子的比色检测的结果准确且易于在现场检测使用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于纳米金的试纸膜，在基底膜上覆有纳米二氧化钛涂层，该涂层上附着有通过巯基和氨基固定的纳米金和硫代硫酸根壳。基底膜为普通滤纸、硝酸纤维素膜、醋酸纤维素膜、PVDF膜中的一种。

上述基于纳米金的试纸膜的制备方法，包括以下步骤：

1）浸泡改性：在50-70℃下，将基底膜置于无水乙醇中浸泡2-4小时，再置于40-60℃条件下干燥10-20分钟；

2）接二氧化钛处理：将步骤1）处理后的基底膜浸泡在钛溶液中，放置于摇床上震荡30分钟，擦除基底膜表面的多余液体，使钛溶液在基底膜上分布均匀，在40-60℃下干燥10-20分钟；重复上述操作两次；所述钛溶液为体积比10:2~6:1的无水乙醇、钛酸丁酯、冰醋酸配成的混匀溶液；

3）水解：将步骤2）处理后的基底膜放入去离子水中，在120-150℃下水解2-5小时，取出该基底膜置于40-60℃下干燥10-20分钟，得到二氧化钛覆膜的试纸膜；

4）接巯基：用无水乙醇为溶剂配制体积浓度为1%-4%的(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，将步骤3）得到的试纸膜浸泡其中，并在90-110℃下反应0.4-0.8小时；取出上述试纸膜，用去离子水冲洗若干次，置于40-60℃下干燥10-20分钟；

5）接氨基：用无水乙醇为溶剂配制体积浓度为2%-5%的3-氨丙基三甲氧基硅烷，将步骤4）得到的试纸膜浸泡其中，置于80-100℃下反应0.5-0.8小时；取出该试纸膜，用去离子水冲洗若干次，置于40-60℃下干燥10-20分钟；