CN104458723A - 利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，属于化学检测技术领域。解决了现有技术中银离子浓度的检测方法设备昂贵，操作复杂，检测样本大的问题。该方法首先配制银离子着色剂溶液和活性添加剂溶液，然后将固相萃取膜片放置于过滤器的滤膜支撑垫上，再利用真空泵产生的压力差依次使银离子着色剂溶液和活性添加剂溶液通过固相萃取膜片，待固相萃取膜片干燥后，令待测水溶液与固相萃取膜片接触，利用银离子着色剂和银离子生成的络合物的漫反射光谱，通过标准曲线，计算银离子浓度。该检测方法可以简单快速的检测水溶液中的银离子，能够实现痕量分析，可用于国际空间站中微重力状态下的饮用水中的银离子检测。
Description
技术领域
本发明属于化学检测技术领域，具体涉及一种利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法。
背景技术
银作为杀菌剂被广泛使用在除臭鞋垫，洗衣机，伤口涂剂和国际空间站饮用水系统。可是，高浓度的银对人体细胞是有害的，会引起头疼、皮肤刺激性、胃疼、器官水肿甚至死亡。另外长期摄取高浓度的银可以导致银质沉着病，一种难以逆转的皮肤灰蓝变色疾病。因此，建立快速、有效的银离子检测方法是十分必要的。常规的银离子仪器检测方法包括原子吸收光谱法、等离子体原子发射光谱法、等离子体-质谱法等，但是这些方法设备昂贵，操作复杂。其他的银离子检测方法如电位滴定法、化学分析法需要大样本检验，有毒物质和带酸性的反应环境，不便于银离子的简单、快速检测。
比色固相萃取技术是一种结合着色剂、固相萃取和分光光度计来定量分析离子浓度的吸收-分光光度技术。该技术利用注射器量取一定体积的样品通过装有固相萃取膜片的试剂分析盒，萃取膜片浸渍有分析物专属的着色剂和用于优化着色剂和分析物络合的添加剂。当样品通过分析试剂盒时，分析物被选择性的吸附在薄膜上并和着色剂发生络合反应。着色剂和分析物生成的络合物引起薄膜的颜色变化，该颜色变化与分析物的浓度呈线性关系。最后，利用便携式分光光度计测量薄膜表面的颜色变化来定量分析分析物浓度。利用比色固相萃取技术检测离子浓度具有简单、快速、痕量分析和微重力状态下测量等优点。但是现有技术中，没有利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中银离子浓度的检测方法设备昂贵，操作复 杂，检测样本大的技术问题，提供一种利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，包括以下步骤：
步骤一、将银离子着色剂溶于有机溶剂中，得到银离子着色剂溶液；
所述银离子着色剂溶液中银离子着色剂的浓度为0.0001-0.0015g/mL；
步骤二、将活性添加剂溶于纯水中，得到活性添加剂溶液；
所述活性添加剂溶液中的活性添加剂的浓度为0.01-0.2g/mL；
步骤三、将固相萃取膜片放置于过滤器的滤膜支撑垫上，量取5-15mL银离子着色剂溶液注入过滤器的漏斗中，利用真空泵产生的压力差使得漏斗中的银离子着色剂溶液通过固相萃取膜片后，更换新漏斗，量取3-10mL的活性添加剂溶液注入上述新漏斗中，再次利用真空泵产生压力差使得新漏斗中的活性添加剂溶液通过固相萃取膜片，固相萃取膜片避光干燥后，得到检测膜片；
步骤四、将检测膜片置于过滤器的支撑垫上，抽取1-10mL待测水溶液注入过滤器中，得到反应后的检测膜片；
步骤五、取出反应后的检测膜片，利用分光光度计测量反应后的检测膜片表面的漫反射光谱，进而完成待测水溶液中银离子浓度的检测。
进一步的，所述步骤一中，银离子着色剂为5-(4-二甲氨基亚苄基)罗丹宁。
进一步的，所述步骤一中，有机溶剂为体积比为1:4的N,N-二甲基酰胺和甲醇的混合溶液。
进一步的，所述步骤二中，活性添加剂为月桂基聚氧乙烯醚30。
进一步的，所述步骤三中，真空泵第一次产生的压力差为38-200torr，真空泵第二次产生的压力差为100-200torr。
更进一步的，所述银离子着色剂溶液通过固相萃取膜片后，真空泵产生的压力差增加到300-500torr，去除残留的银离子着色剂溶液；活性添加剂溶液通过带有银离子着色剂的固相萃取膜片后，真空泵产生的压力差增加到300-500torr，去除残留活性添加剂溶液。
进一步的，所述步骤三中，避光干燥为室温避光干燥时间为12-24h，或者 放置于60°热板上加热干燥30min。
进一步的，所述步骤三得到的检测膜片切割为与过滤器的支撑垫相匹配的形状和尺寸。
进一步的，所述步骤四中，待测水溶液中Ag+的浓度为0-10mg/L，Fe3+、Cu2+、Ca2+、Cd2+、Ba2+、Al3+、Na+、Mg2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、K+、Co2+和Mn2+的浓度分别为0-10mg/L，CO3 2-、SO4 2-、NO3 -和PO4 3-的浓度分别为0-150mg/L，其他离子浓度为0。
进一步的，所述步骤四中，待测水溶液注入过滤器耗时为10s-60s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的检测方法利用比色固相萃取技术，可以简单快速的检测水溶液中银离子的浓度，适合痕量分析；制备检测膜片后，检测时间不足2min。且该检测方法使用的装置体积小、重量轻，能够实现实时测量，且检测过程中不含有害物质，可用于国际空间站中微重力状态下的饮用水中的银离子检测。
附图说明
图1为本发明利用比色固相萃取检测低浓度银离子的流程示意图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明权利要求的限制。
利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，包括以下步骤：
步骤一、配置银离子着色剂溶液：将银离子着色剂溶于有机溶剂中，得到银离子着色剂溶液；
其中，溶解方式一般采用超声溶解，银离子着色剂的浓度为0.0001-0.0015g/mL，银离子着色剂可以通过本领域技术人员熟知方式获得，如可以采用5-(4-二甲氨基亚苄基)罗丹宁(DMABR)，溶剂可以采用N,N-二甲基酰胺和甲醇的混合溶液，N,N-二甲基酰胺和甲醇的体积比为1:4；
步骤二、配置活性添加剂溶液：将活性添加剂溶于纯水中，得到活性添加剂溶液；
其中，活性添加剂的浓度为0.01-0.2g/mL，活性添加剂可以通过本领域技术人员熟知方式获得，如可以采用月桂基聚氧乙烯醚30(Brij30)；
步骤三、浸渍固相萃取膜片：如图1所示，将固相萃取膜片放置于过滤器的滤膜支撑垫上，用移液管移取5-15mL的银离子着色剂溶液至过滤器的漏斗中，将过滤器与真空泵连接，利用真空泵产生38-200torr的压力差使得银离子着色剂溶液通过固相萃取膜片，在银离子着色剂溶液通过固相萃取膜片之后，增加压力差到300-500torr并保持10s-20s来去除残留的银离子着色剂溶液，得到带有银离子着色剂的固相萃取膜片，关闭真空泵，更换新漏斗，然后用移液管移取3-10mL活性添加剂溶液至新漏斗中，再次利用真空泵产生100-200torr的压力差使得活性添加剂溶液通过带有银离子着色剂的固相萃取膜片，在活性添加剂溶液通过带有着色剂的固相萃取膜片之后，增加压力差到300-500torr并保持30-50s，去除残留的活性添加剂溶液，使得固相萃取膜片初步干燥，然后，将固相萃取膜片取出，室温储存于暗处12-24h充分干燥，或者放置于60°热板上干燥30min，得到检测膜片；其中，过滤器可以采用全玻璃可换膜过滤器；
步骤四、载样：将检测膜片放置在聚丙烯换膜过滤器的支撑垫上，利用注射器抽取1mL-10mL的待测水溶液注入放置有检测膜片的聚丙烯换膜过滤器内，注入时间一般为10-60s，当待测水溶液通过检测膜片时，检测膜片上的银离子着色剂和待测水溶液中的银离子生成的络合物被吸附在检测膜片上，得到反应后的检测膜片；
为了使检测膜片与聚丙烯换膜过滤器的支撑垫的尺寸相匹配，可以将检测膜片切割成与聚丙烯换膜过滤器的支撑垫相匹配的形状和尺寸，如圆片；
步骤五、利用便携式分光光度计测量反应后的检测膜片表面的漫反射光谱，然后将测得的漫反射值带入标准曲线来计算待测水溶液中银离子的浓度；
其中，BYK-Gardner(ModellCB-6830)分光光度计体型小、重量轻，可以在2s之内分析400-700nm范围内的光谱数据，所以本发明的分光光度计可以采用BYK-Gardner。可以采用检测不同银离子浓度的待测水溶液获得标准曲线。分光 光度计测量的光谱数据显示在分光光度计的屏幕上或者可以通过连接线下载到电脑上生成Excel表格，光谱数据被用来计算Kubelka–Munk函数F(R)，F(R)＝(1-R)2/2R＝2.303ε[Ag+]/s，其中R是相对于反射率标准片的测量的漫反射值(在580nm处)，ε为摩尔吸光系数，s为散射系数，ε和s两者皆可被认为是常数，[Ag+]为待测水溶液中银离子的浓度。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
步骤一、称取0.060g DMABR于100mL容量瓶中，加20mL N,N-二甲基酰胺，超声溶解5min后，用甲醇定容，得到DMABR溶液；
步骤二、称取3.0g Brij30表面活性剂于试剂瓶中，用去离子水溶解至100g，得到Brij30溶液；
步骤三、将固相萃取膜片放置于全玻璃可换膜过滤器的滤膜支撑垫上，用移液管准确移取10mL DMABR溶液至全玻璃可换膜过滤器的漏斗中，将全玻璃可换膜过滤器的漏斗与真空泵连接，利用真空泵产生200torr压力差使得DMABR溶液通过固相萃取膜片，在DMABR溶液通过固相萃取膜片之后，增加压力差到500torr并保持10s来去除残留DMABR溶液；关闭真空泵，更换新漏斗，然后用移液管移取5mL Brij30溶液至新漏斗中，再次利用真空泵产生200torr压力差使得Brij30溶液通过带有DMABR的固相萃取膜片，在Brij30溶液通过带有DMABR的固相萃取膜片之后，增加压力差到500torr并保持30s，去除残留Brij30溶液，使得固相萃取膜片初步干燥，然后将固相萃取膜片储存于暗处16h充分干燥，得到检测膜片；
步骤四、利用打孔器将直径为47mm的检测膜片切割成直径为13mm的圆片，将圆片放置于聚丙烯换膜过滤器的支撑垫上；
步骤五、采用纯水和硝酸银分别配制银离子浓度为0mg/L、0.17mg/L、0.34mg/L、0.51mg/L、0.85mg/L、1.7mg/L的硝酸银水溶液；利用六个注射器分别抽取10mL银离子浓度分别为0mg/L、0.17mg/L、0.34mg/L、0.51mg/L、0.85mg/L、1.7mg/L的硝酸银水溶液，分别注入六组放置有检测膜片的聚丙烯换膜过滤器中，注入时间为20s，当硝酸银水溶液通过检测膜片时，DMABR和银 离子生成的络合物被吸附在检测膜片上，得到反应后的检测膜片；
步骤六、利用BYK-Gardner(ModellCB-6830)分光光度计测量反应后的检测膜片表面的漫反射光谱，得到含有不同浓度银离子的水溶液对应的反应后的检测膜片在580nm波长下的漫反射值，光谱数据被用来计算Kubelka–Munk函数F(R)，得到标准曲线为[Ag+]＝17.28F(R)-0.0961，F(R)＝(1-R)2/2R，在580nm波长下，F(R)与水溶液中的银离子浓度呈良好的线性关系，线性相关系数为98.157％。
实施例2
步骤一-步骤四与实施例1相同；
步骤五、采用纯水和硝酸银配制银离子浓度为0.4mg/L的水溶液；利用注射器抽取10mL银离子浓度为0.4mg/L的水溶液注入放置有检测膜片的聚丙烯换膜过滤器中，注入时间为20s，当含有银离子的水溶液通过检测膜片时，DMABR和银离子生成的络合物被吸附在检测膜片上，得到反应后的检测膜片；
步骤六、利用BYK-Gardner(ModellCB-6830)分光光度计测量反应后的检测膜片表面在580nm处的漫反射值R＝0.786，代入实施例1的标准曲线，计算得到银离子浓度[Ag+]为0.41mg/L，证明本发明能够准确的检测银离子浓度。
实施例3
步骤一-步骤四与实施例1相同；
步骤五、用纯水、AgNO3，Ca(NO3)2，Cd(NO3)2，CuSO4，Ba(NO3)2，Al(NO3)3，Na2CO3，Fe(NO3)3，MgSO4，Ni(NO3)2，Zn(NO3)2，Pb(NO3)2，K3PO4，Co(NO3)2和Mn(NO3)2分别配制含10μgAg+/mL的水溶液，含10μgAg+/mL和10mg/mLCa2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLCd2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLCu2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mL Ba2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLAl3+的水溶液，含10μg/mL Ag+和10mg/mLNa+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLFe3+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLMg2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLNi2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLPb2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLZn2+的水溶液，含10μg/mL Ag+和10mg/mLK+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLCo2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLMn2+的水溶液，利用注射器分别抽取10mL上述溶液，分别注 入十五组放置有检测膜片的聚丙烯换膜过滤器中，注入时间为60s，得到反应后的检测膜片；
步骤六、利用BYK-Gardner(ModellCB-6830)分光光度计测量得到反应后的检测膜片表面的漫反射光谱。
结果显示，含10μgAg+/mL和10mg/mLCa2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLCd2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLCu2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mL Ba2+的水溶液，含10μg/mL Ag+和10mg/mLAl3+的水溶液，含10μg/mL Ag+和10mg/mLNa+的水溶液，含10μg/mL Ag+和10mg/mLFe3+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLMg2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLNi2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLPb2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLZn2+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLK+的水溶液，含10μg/mLAg+和10mg/mLCo2+的水溶液和含10μg/mLAg+和10mg/mLMn2+得到的反应后的检测膜片的漫反射光谱，皆与含10μgAg+/mL的水溶液得到的反应后的检测膜片的漫反射光谱相同。从测量结果可以看出，Ca2+，Cd2+，Ba2+，Al3+，Na+，Mg2+，Ni2+，Pb2+，Zn2+，Ag+，K+，Co2+，Mn2+对本发明的检测结果没有影响；相应的，也能够说明，CO3 2-、SO4 2-、NO3 -和PO4 3-对本发明的检测结果没有影响。
实施例4
步骤一、称取0.010g DMABR于100mL容量瓶中，加20mL N,N-二甲基酰胺，超声溶解5min后，用甲醇定容，得到DMABR溶液；
步骤二、称取1.0g Brij30表面活性剂于试剂瓶中，用去离子水溶解至100g，得到Brij30溶液；
步骤三、将固相萃取膜片放置于全玻璃可换膜过滤器的滤膜支撑垫上，用移液管准确移取15mL DMABR溶液至全玻璃可换膜过滤器的漏斗中，将全玻璃可换膜过滤器的漏斗与真空泵连接，利用真空泵产生38torr压力差使得DMABR溶液通过固相萃取膜片，在DMABR溶液通过固相萃取膜片之后，增加压力差到300torr并保持20s来去除残留DMABR溶液；关闭真空泵，更换新漏斗，然后用移液管移取10mL Brij30溶液至新漏斗中，再次利用真空泵产生200torr压力差使得Brij30溶液通过带有DMABR的固相萃取膜片，在Brij30溶液通过带 有DMABR的固相萃取膜片之后，增加压力差到500torr并保持50s，去除残留Brij30溶液，使得固相萃取膜片初步干燥，然后将固相萃取膜片储存于暗处12h充分干燥，得到检测膜片；
步骤四、利用打孔器将直径为47mm的检测膜片切割成直径为13mm的圆片，将圆片放置于聚丙烯换膜过滤器的支撑垫上；
步骤五、采用纯水和硝酸银配制银离子浓度为10mg/L的水溶液；利用注射器抽取1mL银离子浓度为10mg/L的水溶液注入放置有检测膜片的聚丙烯换膜过滤器中，注入时间为10s，当含有银离子的水溶液通过检测膜片时，DMABR和银离子生成的络合物被吸附在检测膜片上，得到反应后的检测膜片；
步骤六、利用BYK-Gardner(ModellCB-6830)分光光度计测量反应后的检测膜片表面在580nm处的漫反射值R，代入标准曲线，计算得到银离子浓度[Ag+]为9.98mg/L，证明本发明能够准确的检测银离子浓度。
实施例5
步骤一、称取0.015g DMABR于100mL容量瓶中，加20mL N,N-二甲基酰胺，超声溶解5min后，用甲醇定容，得到DMABR溶液；
步骤二、称取20.0g Brij30表面活性剂于试剂瓶中，用去离子水溶解至100g，得到Brij30溶液；
步骤三、将固相萃取膜片放置于全玻璃可换膜过滤器的滤膜支撑垫上，用移液管准确移取5mL DMABR溶液至全玻璃可换膜过滤器的漏斗中，将全玻璃可换膜过滤器的漏斗与真空泵连接，利用真空泵产生200torr压力差使得DMABR溶液通过固相萃取膜片，在DMABR溶液通过固相萃取膜片之后，增加压力差到500torr并保持10s来去除残留DMABR溶液；关闭真空泵，更换新漏斗，然后用移液管移取3mL Brij30溶液至新漏斗中，再次利用真空泵产生200torr压力差使得Brij30溶液通过带有DMABR的固相萃取膜片，在Brij30溶液通过带有DMABR的固相萃取膜片之后，增加压力差到400torr并保持30s，去除残留Brij30溶液，使得固相萃取膜片初步干燥，然后将固相萃取膜片储存于暗处24h充分干燥，得到检测膜片；
步骤四、利用打孔器将直径为47mm的检测膜片切割成直径为13mm的圆 片，将圆片放置于聚丙烯换膜过滤器的支撑垫上；
步骤五、采用纯水和硝酸银配制银离子浓度为1mg/L的水溶液；利用注射器抽取10mL银离子浓度为1mg/L的水溶液注入放置有检测膜片的聚丙烯换膜过滤器中，注入时间为40s，当含有银离子的水溶液通过检测膜片时，DMABR和银离子生成的络合物被吸附在检测膜片上，得到反应后的检测膜片；
步骤六、利用BYK-Gardner(ModellCB-6830)分光光度计测量反应后的检测膜片表面在580nm处的漫反射值R，代入标准曲线，计算得到银离子浓度[Ag+]为1.05mg/L，证明本发明能够准确的检测银离子浓度。
显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，包括以下步骤：
步骤一、将银离子着色剂溶于有机溶剂中，得到银离子着色剂溶液；
所述银离子着色剂溶液中银离子着色剂的浓度为0.0001-0.0015g/mL；
步骤二、将活性添加剂溶于纯水中，得到活性添加剂溶液；
所述活性添加剂溶液中的活性添加剂的浓度为0.01-0.2g/mL；
步骤三、将固相萃取膜片放置于过滤器的滤膜支撑垫上，量取5-15mL银离子着色剂溶液注入过滤器的漏斗中，利用真空泵产生的压力差使得漏斗中的银离子着色剂溶液通过固相萃取膜片后，更换新漏斗，量取3-10mL的活性添加剂溶液注入上述新漏斗中，再次利用真空泵产生压力差使得新漏斗中的活性添加剂溶液通过固相萃取膜片，固相萃取膜片避光干燥后，得到检测膜片；
步骤四、将检测膜片置于过滤器的支撑垫上，抽取1-10mL待测水溶液注入过滤器中，待测水溶液通过检测膜片，得到反应后的检测膜片；
步骤五、取出反应后的检测膜片，利用分光光度计测量反应后的检测膜片表面的漫反射光谱，进而完成待测水溶液中银离子浓度的检测。
2.根据权利要求1所述的利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，其特征在于，所述步骤一中，银离子着色剂为5-(4-二甲氨基亚苄基)罗丹宁。
3.根据权利要求1所述的利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，其特征在于，所述步骤一中，有机溶剂为体积比为1:4的N,N-二甲基酰胺和甲醇的混合溶液。
4.根据权利要求1所述的利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，其特征在于，所述步骤二中，活性添加剂为月桂基聚氧乙烯醚30。
5.根据权利要求1所述的利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，其特征在于，所述步骤三中，真空泵第一次产生的压力差为38-200torr，真空泵第二次产生的压力差为100-200torr。
6.根据权利要求5所述的利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，其特征在于，所述银离子着色剂溶液通过固相萃取膜片后，真空泵产生的压力差增加到300-500torr，去除残留的银离子着色剂溶液；活性添加剂溶液通过带有银离子着色剂的固相萃取膜片后，真空泵产生的压力差增加到300-500torr，去除残留活性添加剂溶液。
7.根据权利要求1所述的利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，其特征在于，所述步骤三中，避光干燥为室温避光干燥时间为12-24h，或者放置于60°热板上加热干燥30min。
8.根据权利要求1所述的利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，其特征在于，所述步骤三得到的检测膜片切割为与过滤器的支撑垫相匹配的形状和尺寸。
9.根据权利要求1所述的利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，其特征在于，所述步骤四中，待测水溶液中Ag+的浓度为0-10mg/L，Fe3+、Cu2+、Ca2+、Cd2+、Ba2+、Al3+、Na+、Mg2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、K+、Co2+和Mn2+的浓度分别为0-10mg/L，CO3 2-、SO4 2-、NO3 -和PO4 3-的浓度分别为0-150mg/L，其他离子浓度为0。
10.根据权利要求1所述的利用比色固相萃取检测低浓度银离子的方法，其特征在于，所述步骤四中，待测水溶液注入过滤器耗时为10s-60s。
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| CN104990916A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-10-21 | 贵州黄平靓鸥桑综合开发有限公司 | 一种食品添加剂的鉴定剂 |
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