CN106526072A - 一步检测Cd2+预制试剂及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一步检测Cd²⁺预制试剂及方法，所述预制试剂由显色剂、非离子表面活性剂、酒石酸盐、氟化物、硫脲、氢氧化物、柠檬酸或柠檬酸盐和溶剂混合而成，具体检测方法如下：将一步检测Cd²⁺预制试剂用透光性良好的玻璃进样瓶或塑料离心管密封包装，避光保存，使用时向其中加入水样，等待反应3～5分钟即可将Cd²⁺显色；或者将一步检测Cd²⁺预制试剂用深色试剂瓶包装，避光保存，使用时用移液管、移液器或刻度滴管移取预制试剂溶液0.1mL加入到水样3.0mL中，等待反应3～5分钟即可将Cd²⁺显色。本发明具有操作简单、检测快速、检测灵敏、成本低、试剂安全、携带方便等特点，可用标准比色卡或便携分光光度计联合使用判断其含量。

Description

一步检测Cd2+预制试剂及方法

技术领域

本发明涉及一种一步检测Cd²⁺的预制试剂及利用其一步检测Cd²⁺的方法。

背景技术

随着工业的飞速发展，一些重金属、有机污染物或超标废水及废弃物进入水体环境中，对生态环境和水生动植物造成污染危害。环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性地蓄积肝、肾中，肾脏可吸收进入体内近1/3的镉，是镉中毒的“靶器官”。

关于Cd ²⁺的限量在国家标准中规定《生活饮用水卫生标准GB/T 5749-2006》≤0.005mg/L；《渔业水质标准GB 11607-89》≤0.05mg/L；《农田灌溉水质标准》≤0.01mg/L；《污水综合排放标准GB 8978-1996》≤0.1mg/L。

当前检测镉的方法有化学分析法、仪器分析法、免疫分析法等，国家标准规定的双硫腙分光光度法涉及到危险性大的强酸、毒性大的氰化物、操作繁琐的萃取等；CN1766557A公开的一种镉测定液及其比色测定管，最低检出限可测得0.005mg/L，但未加入掩蔽剂易受其他干扰离子影响产生假阳性结果；国内其他专利有公开出测Cd²⁺的试纸，存在对水样前处理步骤多，并需使用到强酸和复杂的萃取操作、手动调节pH值，试纸易氧化失效，并产生二次污染等不足。

目前测定准确度高和检出限较低方法有原子吸收分光光度法(AAS)、催化示波极谱法、原子荧光法(AFS)、X射线荧光光谱仪(XRF)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等，但由于所用仪器都是大型精密仪器，操作较复杂，较难用于现场快速测定，普通厂家或个体难以普及，需要到第三方权威机构检测，费时、费力、成本高，并难用于现场快速测定。

当前国际上快速检测发展趋势—预制试剂，具有快速、准确度高、重复性好等特点。预制试剂是指即开即用型化学试剂，是几种试剂预先称量、溶解、混合、分装等流程的化学制剂产品，使用时无需进行繁琐的称量稀释等配置工作，可减轻分析工作者的劳动强度，使分析过程变得更简单化。目前，预制试剂在中国水质移动检测领域应用广泛，有很强现场应用价值。

综上所述，需开发一种预制试剂可实现一步检测Cd²⁺的方法，具备检测快速、检测灵敏、使用方便、特异性强等优点，简化操作步骤的同时可为大批量、高效率应急检测提供方便，提高工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种一步检测Cd²⁺预制试剂及方法，仅需一步操作即可将水样中无色Cd²⁺与显色剂结合形成橙色配合物，由此解决现有快速检测技术步骤繁琐、特异性较弱等技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一步检测Cd²⁺预制试剂，由显色剂5～15mg、非离子表面活性剂100～200μL、酒石酸盐1～5mg、氟化物1～5mg、硫脲1～5mg、氢氧化物600～768mg、柠檬酸或柠檬酸盐1～3g和溶剂30～40mL混合而成。

本发明中，所述显色剂优选为维多利亚兰B或对硝基苯重氮氨基偶氮苯。

本发明中，所述非离子表面活性剂优选为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯（Tween40、Tween 60、Tween 80）或聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100、Triton X-114）。

本发明中，所述酒石酸盐优选为酒石酸钾、酒石酸钠或酒石酸钾钠；

本发明中，所述氟化物优选为氟化钾、氟化钠或氟化铵。

本发明中，所述氢氧化物优选为氢氧化钠或氢氧化钾。

本发明中，所述柠檬酸盐优选为柠檬酸钾、柠檬酸钠或柠檬酸铵。

本发明中，所述溶剂优选为甲醇、乙醇、纯水中的一种或几种。

一种一步检测Cd²⁺的方法，包括如下两种方法：

方法一：将一步检测Cd²⁺预制试剂用透光性良好的玻璃进样瓶或塑料离心管密封包装，避光保存，使用时向其中加入水样，控制预制试剂与水样的比例为30～40μL：1.0ml，等待反应3～5分钟即可将Cd²⁺显色；

方法二：将一步检测Cd²⁺预制试剂用深色试剂瓶包装，避光保存，使用时用移液管、移液器或刻度滴管移取预制试剂溶液0.1mL加入到水样3.0mL中，等待反应3～5分钟即可将Cd²⁺显色。

本发明中，所述显色温度范围为20～50℃。

总体而言，通过本发明所述的技术方案与现有技术相比，最独具匠心的地方在于取一定量的预制试剂溶液与水样直接混合后即可一步测得Cd²⁺含量，除此之外本发明还具有以下特点：

1、步骤简化一步检测：所有试剂以特定比例集成于同一种溶液中配置成预制试剂，只需取出一定量加入到水样中即可实现检测；

2、方法可行性强：检测结果与国标方法和大型仪器检测结果一致，方法回收率达96～100%，Cd²⁺标准工作曲线在线性范围内（0.01～0.60mg/L）相关系数达0.9996；

3、检测成本低：平均检测一次试剂成本少于壹元，相比其他现有方法和大型仪器检测比较廉价许多；

4、灵敏度高：目视比色法能测到0.025mg/L，使用分光光度计检测低限为0.003mg/L；

5、抗干扰能力强：预制试剂溶液中含掩蔽剂，对Zn²⁺掩蔽效率达70%，对Cu²⁺掩蔽效率达99%，Na⁺、K⁺、Ca⁺、Fe³⁺、Pb²⁺、Mn²⁺、Mg²⁺、Cr⁶⁺、Ag⁺、NH₃-N、Ni²⁺对测试结果无干扰，低浓度(0.1mg/L)Co²⁺产生轻微干扰，可用测Co²⁺快速检测试剂判别干扰。

6、适宜应急检测：此一步测Cd²⁺预制试剂在灵敏度和特异性上能达到国家标准的检测需求，其步骤简便、快速、抗干扰能力强、方法回收率高，对重金属离子现场检测具有重要的应用价值，特别适用于突发现场应急检测。

附图说明

图1为镉配合物吸收光谱图；

图2为预制试剂测Cd²⁺标准工作曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式提供的一步检测Cd²⁺预制试剂的配置步骤及包装如下：

（1）称取维多利亚兰B11.2mg置于带盖离心管中。

（2）向步骤（1）中加入1000μL、0.2mol/L氢氧化钾乙醇溶液，混合均匀。

（3）向步骤（2）中加入2500μL、10%(v/v)非离子表面活性剂Triton X-114，混合均匀。

（4）向步骤（3）中加入666μL、3g/L酒石酸钠溶液，混合均匀。

（5）向步骤（4）中加入666μL、3g/L氟化钾溶液，混合均匀。

（6）向步骤（5）中加入666μL、3g/L硫脲溶液，混合均匀。

（7）向步骤（6）中加入2000μL、30%(w/v)氢氧化钾溶液，混合均匀。

（8）向步骤（7）中加入3054.6μL、50%(w/v)柠檬酸溶液，混合均匀。

（9）向步骤（8）中加入23.54mL溶剂，所述溶剂由甲醇、乙醇和纯水按体积比1:1:1混合而成，混匀后即获得一步检测Cd²⁺预制试剂溶液共34.09mL。

（10）将步骤（9）制得的预制试剂溶液进行包装，有两种方案分别是：

方法一：取步骤（9）制得的预制试剂溶液用深色试剂瓶包装，低温避光保存。使用时取100μL与水样3.0mL直接混合即可显色。

本实施方式中，所述深色试剂瓶材质为PP、HDPE均可，或深色玻璃试剂瓶，瓶口带密封。

方法二：取步骤（9）制得的预制试剂溶液30～40μL用透光性良好的测试管密封包装，低温避光保存。使用时直接往离心管内加入水样1.0mL直接混合即可显色。

本实施方式中，所述测试管优选为2mL玻璃进样瓶，瓶盖中空，瓶盖与瓶身之间有一层圆形特氟龙-硅胶垫密封，可以使保存过程中预制试剂溶液不漏出，瓶盖中空可方便针筒穿刺进样品。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的，所述方法如下：

（1）称取对硝基苯重氮氨基偶氮苯11.2mg置于带盖离心管中。

（2）向步骤（1）中加入1500μL、0.3mol/L氢氧化钠乙醇溶液，混合均匀。

（3）向步骤（2）中加入1000μL、20%(v/v)非离子表面活性剂Tween 80，混合均匀。

（4）向步骤（3）中加入333μL、6g/L酒石酸钾溶液，混合均匀。

（5）向步骤（4）中加入333μL、6g/L氟化钾溶液，混合均匀。

（6）向步骤（5）中加入333μL、6g/L硫脲溶液，混合均匀。

（7）向步骤（6）中加入3000μL、25%(w/v)氢氧化钾溶液，混合均匀。

（8）向步骤（7）中加入3818μL、40%(w/v)柠檬酸铵溶液，混合均匀。

（9）向步骤（8）中加入23.77mL溶剂，所述溶剂由乙醇和纯水按体积比1:1混合而成，混匀后即获得一步检测Cd²⁺预制试剂溶液共34.09mL。

（10）将步骤（9）制得的预制试剂溶液进行包装，有两种方案分别是：

方法一：取步骤（9）制得的预制试剂溶液用深色试剂瓶包装，低温避光保存。使用时取100μL与水样3.0mL直接混合即可显色。

方法二：取步骤（9）制得的预制试剂溶液30～40μL用透光性良好的离心管密封包装，低温避光保存。使用时直接往离心管内加入水样1.0mL直接混合即可显色。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的，所述方法如下：

（1）对硝基苯重氮氨基偶氮苯11.2mg置于带盖离心管中。

（2）向步骤（1）中加入1500μL、0.2mol/L氢氧化钾乙醇溶液，混合均匀。

（3）向步骤（2）中加入1500μL、10%(v/v)非离子表面活性剂Triton X-100，混合均匀。

（4）向步骤（3）中加入166μL、12g/L酒石酸钾溶液，混合均匀。

（5）向步骤（4）中加入166μL、12g/L氟化钠溶液，混合均匀。

（6）向步骤（5）中加入166μL、12g/L硫脲溶液，混合均匀。

（7）向步骤（6）中加入1500μL、50%(w/v)氢氧化钠溶液，混合均匀。

（8）向步骤（7）中加入7636μL、20%(w/v)柠檬酸钠溶液，混合均匀。

（9）向步骤（8）中加入21.46mL纯水，混匀后即获得一步检测Cd²⁺预制试剂溶液共34.09mL。

（10）将步骤（9）制得的预制试剂溶液进行包装，有两种方案分别是：

方法一：取步骤（9）制得的预制试剂溶液用深色试剂瓶包装，低温避光保存。使用时取100μL与水样3.0mL直接混合即可显色。

方法二：取步骤（9）制得的预制试剂溶液30～40μL用透光性良好的离心管密封包装，低温避光保存。使用时直接往离心管内加入水样1.0mL直接混合即可显色。

具体实施方式四：本实施方式提供了一种利用具体实施方式一～三中测Cd²⁺预制试剂快速检测水样的方法，具体步骤如下：

准备5mL带盖离心管2支，一支加入3.0mL待测水样做测定（浑浊水样事先用0.45μm针式过滤器过滤），一支加入3.0mL纯水做参比，分别加入测Cd²⁺预制试剂100μL，混匀，显色3～5min，取出后用分光光度计在λ=487.5nm处，用光程10mm比色皿，用参比溶液调零后测得待测水样吸光度代入回归方程计算其含量。

本实施方式中，所述最大吸收波长的确定方法如下：在5ml离心管中加入Cd²⁺标准溶液3.0mL，加入测Cd²⁺预制试剂100μL，摇匀，显色3～5min，在UV-vis上以试剂空白为参比，光程10mm玻璃比色皿，在400～600nm处扫描吸收光谱，如图2所示，可得显色剂的最大吸收波长为487.5nm，在显色环境下预制试剂中显色剂与镉离子生成橙色配合物，为了获得高灵敏度和摩尔吸光系数，本发明选用487.5nm作为测定波长。

本实施方式中，所述线性回归方程的测定方法如下：准备5mL带盖离心管6支，分别加入Cd²⁺标准溶液：0.00mg/L、0.05mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.60mg/L各3.0mL，分别加入测Cd²⁺预制试剂100μL，混匀后静置3-5min，用分光光度计在λ=487.5nm处，光程10mm比色皿，测得其吸光度，回归方程y=1.0845x-0.0096和相关系数0.9996，见图1。

具体实施方式五：本实施方式提供了一种利用具体实施方式一～三中测Cd²⁺预制试剂快速检测水样的方法，具体步骤如下：

准备2mL玻璃进样瓶7支，分别加入测Cd²⁺预制试剂35μL，制得一步测Cd²⁺预制试剂瓶，分别加入浓度为0.00mg/L、0.05mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.60mg/L的Cd²⁺标准溶液1.0mL，在另一预制试剂瓶内加入1.0mL待测水样（浑浊水样事先用0.45μm针式过滤器过滤）混匀，7支进样瓶同时静置3～5min，显色稳定后目视比色，待测水样所呈现颜色最接近哪支标准色阶颜色即为Cd²⁺含量，此法所呈现颜色的通透性更强，比标准比色卡更容易辨认。

具体实施方式六：本实施方式提供了一种利用具体实施方式一～三中测Cd²⁺预制试剂快速检测水样的方法，具体步骤如下：

准备2mL玻璃进样瓶，加入测Cd²⁺预制试剂30～40μL，制得一步测Cd²⁺预制试剂瓶，往里加入1.0mL待测水样（浑浊水样事先用0.45μm针式过滤器过滤）混匀，3～5min后取出与标准比色卡比对，待测水样颜色最接近色阶所示数值即为待测水样中Cd²⁺含量。

本实施方式中，所述玻璃进样瓶的瓶盖中空，瓶盖与瓶身之间有一层圆形特氟龙-硅胶垫密封，密封的作用可以使保存过程中预制试剂溶液不漏出，瓶盖中空可方便针筒穿刺进样品。

本实施方式中，所述标准比色卡的制作方法如下：配置一系列梯度浓度的Cd²⁺标准溶液，该Cd²⁺标准溶液的梯度浓度分别与测Cd²⁺预制试剂反应，待显色稳定后所显示颜色制定成标准比色卡。例如，配置一系列梯度浓度的Cd²⁺标准溶液：0.00mg/L、0.05mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.60mg/L分别取3.0mL置于5mL试管中，分别加入测Cd²⁺预制试剂100μL，混匀后放置3～5min取出后置于摄影棚中，单反相机拍照后软件处理得到标准色阶印刷成标准比色卡。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四～六不同的是，当水样有其他离子产生严重干扰的，可在待测水样中加入AC试剂重新检测，步骤如下：在每100mL水样中加入AC试剂0.5mL混匀后再检测，AC试剂具很强掩蔽能力，掩蔽干扰离子Zn²⁺效率73%，对干扰离子Cu²⁺掩蔽效率99%，再加入预制试剂会在干扰离子Zn²⁺和Cu²⁺还有27%和1%基础上在进行70%和99%的掩蔽，此时对Cd²⁺也会有小范围掩蔽，可用加入AC试剂的回归方程计算浓度，从而抵消对Cd²⁺掩蔽带来的负误差影响。如用此法测得浓度范围还在0.10～0.50mg/L之间，说明水样中极大可能是Cd²⁺引起的。

一种提前掩蔽水样中高浓度干扰离子的试剂，简称AC试剂。一般情况下不使用，当水样中干扰离子浓度远高于预制试剂自身掩蔽容量的，可在水样中提前加入AC试剂进行预掩蔽，在加入一步测Cd²⁺预制试剂进行快速检测。

AC试剂配制方法：纯水100mL含柠檬酸铵4g、乙二胺0.1g。

含有AC试剂的回归方程的测定方法：准备5mL带盖离心管6支，分别加入0.6μg AC试剂，分别加入Cd²⁺标准溶液：0.00mg/L、0.05mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.60mg/L各3.0mL，分别加入测Cd²⁺预制试剂100μL，混匀后30～50℃水浴加热3～5min取出后用分光光度计在λ=487.5nm处，用光程10mm比色皿，测得其吸光度，回归方程为y=0.8692x-0.0239和相关系数0.9975。

具体实施方式八：以具体实施方式二配置的一步检测Cd²⁺预制试剂溶液为例，对有可能受到污染的环境水样进行抽样检测，结果如表1所示。

通过本发明的方法测得7份环境水样中Cd²⁺含量，与国标法双硫腙分光光度法和石墨炉原子吸收分光光度法相比较，测得结果与本发明测得结果一致，无显著差异。分别在环境水样中加入Cd²⁺标准溶液，测得回收率为96～100%。

表1

通过上述具体实施方式可以看出，本发明提出的一步检测Cd²⁺方法只需使用一种溶液，一步操作即可快速检测水中Cd²⁺含量，具有操作简单、检测快速、检测灵敏、成本低、试剂安全、携带方便等特点，可用标准比色卡或便携分光光度计联合使用判断其含量。快速测Cd²⁺预制试剂独具匠心的地方在于它只是一种预先配置好的混合试剂溶液，自身携带有掩蔽剂，可掩蔽常见干扰离子，使用时只需取一定量预制试剂溶液与水样直接混合后即可一步测得水质中Cd²⁺含量，可为大数量待测水样检测提供方便，既能达到与国标一致的检测效果，又能节省很多操作步骤，广泛应用于生活饮用水水质快速检测、农田灌溉水质快速检测、污水综合排放检测、工厂废水排放抽检、可用于突发事件紧急检测等。

Claims (10)

1.一步检测Cd²⁺预制试剂，其特征在于所述预制试剂由显色剂5～15mg、非离子表面活性剂100～200μL、酒石酸盐1～5mg、氟化物1～5mg、硫脲1～5mg、氢氧化物600～768mg、柠檬酸或柠檬酸盐1～3g和溶剂30～40mL混合而成。

2.根据权利要求1所述的一步检测Cd²⁺预制试剂，其特征在于所述显色剂为维多利亚兰B或对硝基苯重氮氨基偶氮苯。

3.根据权利要求1所述的一步检测Cd²⁺预制试剂，其特征在于所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯或聚乙二醇辛基苯基醚。

4.根据权利要求1所述的一步检测Cd²⁺预制试剂，其特征在于所述酒石酸盐为酒石酸钾、酒石酸钠或酒石酸钾钠。

5.根据权利要求1所述的一步检测Cd²⁺预制试剂，其特征在于所述氟化物为氟化钾、氟化钠或氟化铵。

6.根据权利要求1所述的一步检测Cd²⁺预制试剂，其特征在于所述氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。

7.根据权利要求1所述的一步检测Cd²⁺预制试剂，其特征在于所述柠檬酸盐为柠檬酸钾、柠檬酸钠或柠檬酸铵。

8.根据权利要求1所述的一步检测Cd²⁺预制试剂，其特征在于所述溶剂为甲醇、乙醇、纯水中的一种或几种。

9.一种利用权利要求1-8任一权利要求所述的预制试剂一步检测Cd²⁺的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

将一步检测Cd²⁺预制试剂用透光性良好的玻璃进样瓶或塑料离心管密封包装，避光保存，使用时向其中加入水样，控制预制试剂与水样的比例为30～40μL：1.0ml，等待反应3～5分钟即可将Cd²⁺显色。

10.一种利用权利要求1-8任一权利要求所述的预制试剂一步检测Cd²⁺的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

将一步检测Cd²⁺预制试剂用深色试剂瓶包装，避光保存，使用时用移液管、移液器或刻度滴管移取预制试剂溶液0.1mL加入到水样3.0mL中，等待反应3～5分钟即可将Cd²⁺显色。