CN107192709A

CN107192709A - 一种重金属镍离子快速检测试纸及其检测方法

Info

Publication number: CN107192709A
Application number: CN201610147291.6A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Pu Shengyan; Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Pu Shengyan; Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-09-22

Abstract

本发明涉及一种镍离子检测试纸及用于检测水中镍离子的方法。该试纸利用纤维类滤纸作为化学反应载体，将化学试剂负载在试纸纤维上，借助毛细管作用及络合反应原理，掩蔽干扰离子，将镍离子浓度在试纸上以显色长度形式表现出来，大大减小由于主观因素造成的误差，同时延长了试剂的保存时间。本发明还提供了一种使用所述镍离子检测试纸检测定水中镍离子的方法，将制好的试纸成品一端插入液面以下，15~25min后取出，将显色长度与标尺对比。该检测方法无需大型仪器及严格的实验室环境，方便、快捷、廉价、环保，属于绿色化学内容，对检测人员技术要求低，抗干扰能力强，对不同水体均有较好的适应性，并且检测下限低，检出限为1mg/L即为国家排放标准。

Description

一种重金属镍离子快速检测试纸及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种镍离子快速检测试纸及检测水中重金属镍离子的方法，属于重金属离子快速检测技术领域。

背景技术

重金属镍广泛应用于电镀及金属表面加工行业，镍及其盐类的毒性较低，但由于它本身具有生物化学性，故能激活或抑制一系列的酶而发挥其毒性。镍能引起接触性皮炎，直接进入血流的镍盐毒性较高，胶体镍或氯化镍毒性较大，可引起中枢性循环和呼吸紊乱、使心肌、脑、肺和肾出现水肿、出血和变性。全世界每年镍的岩石风化量约为320 000t，河流输送量约为19 000t，开采量约为560 000t，矿物燃料燃烧约排放5600t，扩散在环境中的镍在食物链中富集积累进入人体。国家《污水综合排放标准》中，镍离子作为第一类污染物排放下限为1mg/L，快速检测出水体内镍离子含量是否超标对于水体水质的判断至关重要。

传统的实验室废水中重金属检测技术主要有紫外分光光度法，原子吸收光谱法，原子发射光谱法，电化学法，电感耦合等离子质谱法等，这些方法多需要昂贵的仪器设施，严格的实验室环境，专业的操作人员，对水样进行复杂的预处理，并且耗时较长，不适合大规模推广，更无法应对一些紧急事件的处理，给现场监测人员的工作带来许多不便，特别是很多偏远乡镇、野外，由于经济条件及客观环境的限制，往往不具备监测条件和能力。

快速检测试纸具有便于携带，操作简单，检测速度快等特点，可以克服恶劣的环境条件，弥补监测仪器设备不足，还可以大大减少检测人员的工作量，便于及时掌握环境质量的变化趋势。然而现有的测定镍的试纸技术均为目比色试纸法，该测试方法，通过对比反应后的试纸显色变化，对比比色卡来确定水样中待测物质的含量，该方法快速、廉价，但其缺乏严格的度量参考，且灵敏度较差，检测下限超出国家排放标准，易受环境及干扰离子影响，同时主观形成的误差较大，只能做到定性或半定量的测量。因此，如何简化检测方法与成本，并同时能够准确定量检测出水中铜离子含量的检测方法是本领域内技术人员有待解决的技术问题。

发明内容

本发明针对实验室检测方法的复杂性及目比色试纸半定量的误差性，所要解决的技术问题是，提供一种能够廉价、简便并快速确定水体中重金属镍离子是否超出排放标准，并能够依据其显色长度来准确定量反映出其浓度的检测试纸和试纸的制备方法，对现有技术的复杂性进行了弥补，并避免由于操作人员主观原因造成的误差，客观性科学性较强，适于大规模推广使用。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，研制出一种重金属镍离子快速检定试纸，其特征在于，试纸纤维上附有PAR显色剂、表面活性剂、展开剂。

表面活性剂为Zeph，展开剂包括氨水和异丙醇。

本发明还提供重金属镍离子快速检定试纸的制备方法，其特征在于，包括下述步骤。

（1）分别配制显色剂PAR（4-（2-吡啶偶氮）-间苯二酚）及表面活性剂Zeph（十四烷基二甲基苄基氯化铵）储备液。

（2）使用所配制的显色剂和表面活性剂储备液、氨水和异丙醇配制试纸浸泡液。

（3）将滤纸条放入浸泡液中充分浸泡，使各试剂附着在规定大小的层析滤纸条上。

（4）将浸泡后的滤纸条取出并干燥。

（5）配制与试纸配合使用的掩蔽剂。

（6）制作试纸检测标尺。

步骤A中，配制0.5%的显色剂储备液和2%的表面活性剂储备液。

步骤B中，浸泡液中PAR显色剂的浓度为0.02%~0.08%，表面活性剂Zeph的浓度为0.2%~0.8%。

步骤C中，试纸选择层析滤纸，按其纹络裁成宽度5~10 mm的滤纸条，浸泡时间为15~25 min。

步骤E中，掩蔽剂组分别为：乙酸钠，草酸钠，乙酰丙酮，丙三醇，硫脲。

步骤F中，配制不同浓度的镍标准溶液，加入掩蔽剂后用试纸对已知浓度的水样进行测量，记录其显色长度，以此为标准制作标尺。

本发明还提供一种重金属镍离子快速检定方法，包括下述步骤。

（4）将充分浸泡的试纸条取出并干燥。

（5）配制与试纸配套使用的掩蔽剂。

（6）制作试纸检测标尺。

（7）取20ml待测水样，在水样中加入掩蔽剂，所述掩蔽剂的组分包括乙酸钠、丙三醇、硫脲、草酸钠和乙酰丙酮。

（8）以试纸的一端接触水样，试纸的纤维上附有PAR显色剂、表面活性剂Zeph和展开剂，所述展开剂包括氨水和异丙醇。

（9）反应相应时间，通过测量试纸上的显色带长度，对应标尺，确定水样中重金属镍离子含量。

本发明的有益效果是，通过对色谱法的延展，利用纤维类滤纸作为化学反应载体，借助毛细管作用，将镍离子浓度的测定在试纸上定量的表现出来，大大减小由于主观因素等原因造成的误差。将试剂附着在试纸上大大的延长了其保存时间。使用试纸法进行检测方便，快捷，环保，廉价，便于携带，对环境污染小，属于绿色化学内容，并且对检测人员技术要求低，操作简便。本发明的所制得的新型试纸的检测下限即为《污水综合排放标准》中镍离子的排放上限，当待测样中镍离子含量低于排放标准1mg/L时，试纸无显色；当待测样中镍离子浓度达到1mg/L或高于1mg/L时，试纸均有显色，并有明显的长度区别，因此本发明能够快速检测出水样中镍离子含量是否超过国家排放标准。本发明对镍离子含量的检测范围在1~100mg/L，超出此检测范围的废水可进行简单的稀释后在进行测定。因此本发明可广泛应用于水质快速检测技术中，在监测条件有限的偏远地区，野外勘测，紧急事件的现场应急处理过程也有较好的应用前景，适于大规模生产并推广使用。

附图说明

附图1：试纸制作过程。

附图2：试纸成品测定不同浓度镍标液显色效果图。

附图3：标尺刻度对应长度图。

附图4：标尺刻度样板图。

具体实施方式

本发明利用试纸纤维作为载体将显色剂等负载在试纸上，显色结果通过毛细作用在试纸上以长度的形式直观的表现出来。

具体的说，本发明的试纸检定方法是在色谱法的基础上发展起来的，同时结合化学络合反应：PAR（4-（2-吡啶偶氮）-间苯二酚）与镍离子能够发生灵敏的络合反应，反应形成稳定的红色络合产物，与显色剂PAR原色（黄色）形成鲜明的对比。将固定在试纸上的显色剂作为固定相，待测液作为流动相，利用化学反应的原理，用纤维类滤纸作为反应载体，水样借助毛细管作用通过纸带，待测样品与显色剂在试纸载体上发生反应而变色，试纸变色长度与待测物浓度呈一定关系，在检测过程中通过试纸带变色长度可快速检出待测样品的浓度。本发明所研制出的试纸显色明显，误差较市面上现有目比色试纸误差降低了15%~20%。

本发明为达到以上预期效果，具体实施方案为：利用化学反应，结合毛细作用特点，试纸制备步骤有：A.分别精确配制一定浓度的PAR（显色剂），Zeph（表面活性剂）储备液待用；B.加入显色剂储备液，表面活性剂储备液，氨水（展开剂），异丙醇（展开剂）配制试纸浸泡液；C.将滤纸裁成特定宽度的试纸条，放入浸泡液中浸泡一定时间，使试剂附着在试纸条上；D.将浸泡后的试纸取出，放入真空干燥箱内干燥；E.配制干扰离子掩蔽剂，配合试纸检测时使用；F.配制不同浓度镍标准溶液，加入掩蔽剂，用试纸对已知浓度镍标液进行测定，根据其显色结果制作试纸标尺。

进一步的，步骤A中，称取一定量的PAR，加入10ml乙醇，3ml的1%的NaOH溶液，超声分散溶解后用去离子水进行定容至浓度为0.5%,作为显色剂储备液待用；称取一定量Zeph，加入去离子水水浴加热溶解定容至浓度为2%，作为表面活性剂储备液待用。

步骤B中，分别移取步骤A中所配制的显色剂和表面活性剂储备液，加入25ml比色管中，按顺序依次加入5:1~10:1的异丙醇和氨水进行定容后混合均匀，配制的试纸浸泡液中显色剂的浓度为0.02%~0.08%，表面活性剂的浓度为0.2%~0.8%。

步骤C中，选择最佳试纸宽度5~10 mm，将试纸裁至最佳宽度，放入步骤B中所配好的浸泡液中充分浸泡，最佳试纸浸泡时间为15~25 min。

步骤D中，将附着了试剂的试纸从浸泡液中取出，均匀放置于表面皿中，放入真空干燥箱内真空干燥15~25 min。

步骤E中，对水样进行测试时，在水样里加入掩蔽剂来屏蔽其他可能存在其他金属离子对试纸检测的干扰。确定会对该试纸测定造成影响的干扰离子种类，选择适当掩蔽剂及其用量对其进行掩蔽。掩蔽剂包括乙酸钠，硫脲，草酸钠，乙酰丙酮，对干扰离子达到一定的掩蔽浓度。

掩蔽剂用量分别为，20ml水样内配合使用掩蔽剂：1g/L的乙酸钠100~300μl，1g/L的草酸钠200~500μl,1g/L的硫脲2~5ml，10%的乙酰丙酮2~5ml，20%的丙三醇2~5ml。

步骤F中，分别配制1mg/L，5mg/L，10mg/L，20mg/L，30mg/L，40mg/L，50mg/L，60mg/L，80mg/L，100mg/L的镍标准溶液，各取20ml作为待测水样，分别加入掩蔽剂，使用试纸进行24次平行检测实验，测量同一浓度的试纸反应显色长度并计算其平均值，所得长度值即作为标尺该浓度刻度。

各步骤均在室温常压下进行。

本发明采用的滤纸为层析滤纸。

本发明的特点如下。

1.利用毛细作用和化学反应。

2.通过显色长度反应待测液浓度，误差较小。

3.检测下限即为国家排放标准。

按照步骤A，B，C，D，E制出试纸成品，对实际水样进行检测，结果如下。

为检验本试纸在实际应用的准确性，分别以标准法和试纸法对实际水样进行测量，以标准法检测结果作为衡量试纸准确性的标准，一下分别为三个水样的检验结果对比。试纸法即应用上述步骤制的试纸成品、掩蔽剂及标尺进行测定。

标准方法具体如下：

本标准规定了用丁二酮肟（二甲基乙二酮肟）分光光度法测定工业废水，及受到镍污染的环境水中镍的含量。

取试样10ml，本法的测定上限为10mg/L，最低检出浓度为0.25mg/L，具体测定之前，对样品进行适当稀释，使样品中镍的含量在可测的范围之内。

本实验的原理基于，在氨性溶液中，在碘的存在下，镍与丁二酮肟发生作用，形成组成比为1:4的酒红色可溶解性络合物，此络合物在位于波长530nm处可以进行分光光度的检测，通过吸光度与浓度的关系绘制标准曲线，进而能够准确的确定检测液中重金属镍的含量。在检测过程中，铁，钴，铜为主要对检测产生干扰的离子，加入适量的Na2-EDTA溶液，可消除300mg/L铁的干扰、100mg/L钴的干扰，50mg/L铜的干扰，以保证实验的准确性。由于分光光度法的检测精度比较精确，误差小，所以选择此法作为标准方法，对原废水水样中的镍含量进行确定。

分别往6个25ml容量瓶中，分别加入0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml的20mg/L镍标液，加水稀释至10ml后，用NaOH溶液将试样调至中性，在加2ml柠檬酸铵溶液。向试样中加入1ml碘溶液，加水至20ml，摇匀后，加入2ml丁二酮肟溶液，摇匀，再加入2ml的Na2-EDTA溶液，加水至标线，摇匀。用10mm比色皿，以水作为参比液，在530nm波长下测量显色液的吸光度，减去空白试验所测的吸光度，以浓度和吸光度绘制标准曲线。

实施例1：

样品1：电镀废液1，标准方法测得结果为64.7g/L。

稀释1000倍后，取20ml水样，加入配制的掩蔽剂溶液，将试纸的一端浸入待测水样中，反应15~20min后取出，与标尺进行进行对比，用试纸法测得的结果如下。

样品	1	2	3	4	5	6	7	平均	RSD
										mg/L	67	74	67	60	74	80	74	70.8	9.28%

实施例2：

样品2：电镀废液2标准方法（方法同实施例1）测得的结果为40.1g/L。

稀释1000倍后，取20ml水样，加入配制的掩蔽剂溶液，将试纸的一端浸入待测水样中，反应15~20min后取出，与标尺进行进行对比，用试纸法测得结果如下。

样品	1	2	3	4	5	6	7	平均	RSD
										mg/L	46	43	43	40	50	40	46	44	8.18%

实施例3：

样品3：化学镀废液3通过标准方法（方法同实例1）测得结果为45.4g/L。

样品	1	2	3	4	5	6	7	平均	RSD
										mg/L	50	52	49	46	43	48	46	47.7	2.98%

实施例4：

样品4：化学镀废液4通过标准方法（方法同实例1）测得结果为20.3g/L。

样品	1	2	3	4	5	6	7	平均	RSD
										mg/L	23	22	20	23	21	19	23	21.5	1.6%

实施例5：

样品5：化学镀废液5通过标准方法（方法同实例1）测得结果为70.8g/L。

样品	1	2	3	4	5	6	7	平均	RSD
										mg/L	75	70	74	69	68	71	74	71.6	2.8%

应用领域：主要应用于电镀行业、金属表面加工行业及各种涉及需对废水中重金属镍离子含量进行测定的环境。

特点如下。

1、快速：放入水样，取出，读数。

2、方便：无需其他额外设备。

3、精确：不受其他物质干扰。

4、耐用：30℃以下可存放数年。

Claims

1.一种镍离子检测试纸，其特征在于包括试纸成品，试纸检测标尺及掩蔽剂。

2.将试纸纤维作为载体，其上附着显色剂、表面活性剂、展开剂，利用毛细作用及络合反应原理，以实现对镍离子进行检测的目的。

3.如权利要求1所述的重金属镍离子快速检定试纸，其特征在于，显色剂为PAR，表面活性剂为Zeph，展开剂包括氨水和异丙醇，采用如下制备方法，具体实施步骤如下： (1)分别配制显色剂PAR（4-（2-吡啶偶氮）-间苯二酚）及表面活性剂Zeph（十四烷基二甲基苄基氯化铵）储备液；(2)使用所配制的显色剂和表面活性剂储备液、氨水和异丙醇配制试纸浸泡液；(3)将滤纸条放入浸泡液中充分浸泡，使各试剂附着在规定大小的层析滤纸条上；(4)将浸泡后的滤纸条取出并干燥；(5)配制与试纸配合使用的掩蔽剂；(6)根据镍标准溶液平行实验检测结果，制作试纸检测标尺。

4.如权利要求2试纸制备方法步骤A所述，其特征在于，分别加入10ml乙醇，3ml的1%的NaOH溶液，超声分散溶解后用去离子水进行定容至浓度为0.5%，作为显色剂储备液待用；称取一定量Zeph，加入去离子水水浴加热溶解定容至浓度为2%，作为表面活性剂储备液待用。

5.如权利要求2试纸的制备方法步骤B所述，其特征在于，使用步骤A中所配的显色剂储备液和表面活性剂储备液与一定比例的氨水，异丙醇配制显色剂的浓度为0.02%~0.08%，表面活性剂的浓度为0.2%~0.8%的试纸浸泡液。

6.如权利要求2试纸的制备方法步骤C所述，其特征在于，试纸选择层析滤纸，纸条宽度5~10 mm，浸泡时间15~25 min。

7.如权利要求2试纸制备方法步骤E所述，其特征在于掩蔽剂组分为：乙酸钠，草酸钠，乙酰丙酮，丙三醇，硫脲。

8.如权利要求2试纸制备方法步骤F所述，其特征在于，精确配制不同浓度镍标准溶液，加入掩蔽剂后，用试纸对已知浓度镍标液进行测定，根据24次平行实验显色结果制作试纸标尺。

9.根据权利要求1所述的试纸检测镍离子含量的检测方法，其特征在于，取20ml待测水样，加入定量掩蔽剂溶液，将试纸的一端插入待测水样中，显色反应15~25min，然后取出试纸，根据试纸的显色长度与标尺刻度进行对比得出镍离子含量。

10.如权利要求7所述的重金属镍离子快速检定方法，其特征在于，掩蔽剂的组分为：20ml水样内配合使用掩蔽剂：1g/L的乙酸钠100~300μl，1g/L的草酸钠200~500μl，1g/L的硫脲2~5ml，10%的乙酰丙酮2~5ml，20%的丙三醇2~5ml。