CN108627565B

CN108627565B - 铋、铜混合镀膜试条及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN108627565B
Application number: CN201810457750.XA
Authority: CN
Inventors: 李建平; 张连明; 刘军; 李秋平; 覃丽孟; 徐梦
Original assignee: Guilin University of Technology
Current assignee: Guilin University of Technology; Urit Medical Electronic Co Ltd
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2038-05-14
Also published as: CN108627565A

Abstract

本发明涉及一种铋、铜混合镀膜试条及其制备方法与应用。包括以下步骤：S101：向血样中加入缓冲溶液，之后加入血液消解液并混合均匀，得到预处理后的血样；血液消解液的原料组分包括Triton X‑100、SDS、蛋白酶K和浓硝酸中的一种或多种；S102：将铋、铜混合镀膜试条置于预处理后的血样中，采用阳极溶出伏安法，得到血样中的铅含量数据。本发明以铋、铜为主体，开发一种环境友好型预镀铋/铜混合体修饰印刷试条，从而代替汞膜电极在微型电化学检测仪中的使用；此外，本发明铋/铜膜印刷试条具有高可靠性、高选择性与高实用性，能够快速、准确地检测出血液中铅离子浓度，且用血量更少、血液的处理操作简单，制作成本更低。

Description

铋、铜混合镀膜试条及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及电化学检测技术领域，具体涉及一种铋、铜混合镀膜试条及其制备方法与应用。

背景技术

铅是人体唯一不需要的微量元素。铅及铅化合物对人体健康有很大威胁，可以通过消化系统、呼吸系统进入人体。在工业化快速发展条件下，环境中的铅污染日趋严重。铅被吸收到人的血液中后，会快速沉积到软组织并进入骨组织中，其残留时间长达十年，会对所有人体器官构成威胁，对儿童尤其严重(损伤神经及智力)。即使人们脱离了铅污染环境或经过治疗使血铅水平明显下降，铅对人体器官造成的损害也是不可逆转的。需要特别说明的是，并非有临床症状才表明有铅中毒发生。因此快速准确地检测人体铅含量，对于积极避免铅污染，保护人体健康及在临床应用上都有非常重要的意义。

铅及其化合物进入人体后，随着血液分布到人体的各个器官及组织中。因此尿液、骨骼、粪便、毛发、牙齿及血液等都会含有铅，并且在临床均可以通过检测不同程度的反映出人体内铅的含量。血液中的铅含量一方面从外界摄入，另一方面从骨骼组织中释放。因此，血铅水平能够充分反映近期铅在人体内的吸收、停留、释放及排泄的动态。因此，在稳定、低水平的铅暴漏状态下，血测法成为国际上通用的铅含量测量指标。常见的铅含量测定方法主要有火焰原子吸收(FAAS)、石墨炉原子吸收光谱法(FGAAS)、红细胞原卟啉法(EP)及电化学法。这些方法在能得到可靠检测结果的同时也有一定的缺陷，比如铅原子化率低、对样品处理和工作环境要求苛刻、样品处理硝化过程会产生二次污染、需要专业人员、测量精度及范围上存在局限性、不适于大批量样本筛选等。现有的商业化血铅分析仪(如ESA公司等)，主要利用电化学分析方法，比如方波伏安法、电位溶出法等，其相对于传统的电化学工作站而言有体积小，耗时少，检测精度高的优势，但是其应用范围仍然是医院、疾控中心及研究中心，而国产仪器均只适用于实验室环境，存在技术落后、体积大、操作不便等问题，不适合临床和便携式的使用和要求，更加难以适用于大批量样本的删选。这类仪器所使用电极大多是汞膜电极，制备工序繁多，且成本较高，同时汞是一种对人体有害的重金属，需要被严格控制。

基于此，在本领域内发展一种制备简单的环境友好型膜电极具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种铋、铜混合镀膜试条及其制备方法与应用。本发明以铋、铜为主体，开发一种环境友好型预镀铋/铜混合体修饰印刷试条，从而代替汞膜电极在微型电化学检测仪中的使用；此外，本发明的铋/铜膜印刷试条具有高可靠性、高选择性与高实用性，不仅能够快速、准确地检测出血液中铅离子浓度，而且用血量更少、血液的处理操作简单，制作成本更低。

为此，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种铋、铜混合镀膜试条在血样中铅含量检测中的应用，包括以下步骤：S101：向血样中加入缓冲溶液，之后加入血液消解液并混合均匀，得到预处理后的血样；其中，血液消解液的原料组分包括Triton X-100、SDS、蛋白酶K和浓硝酸中的一种或多种；S102：将铋、铜混合镀膜试条置于预处理后的血样中，之后采用阳极溶出伏安法，得到血样中的铅含量数据。

优选地，S101中：血液消解液的原料组分包括Triton X-100、SDS、蛋白酶K和浓硝酸，且Triton X-100的质量百分浓度为0.1～2％，SDS的质量百分浓度为0.1～2％，蛋白酶K的浓度为300～600μg/mL。

优选地，Triton X-100的质量百分浓度为1％，SDS的质量百分浓度为1％，蛋白酶K的浓度为500μg/mL。

优选地，将血液消解液的原料组分Triton X-100、SDS、蛋白酶K和浓硝酸依次加入血样中。

优选地，S101中：血样与Triton X-100、SDS、蛋白酶K和浓硝酸的加入体积之比依次为1：(0.5～2)：(0.5～2)：(0.5～2)：(2～3)；且缓冲溶液选用pH值为5的HAc-NaAc缓冲溶液。

优选地，铋、铜混合镀膜试条的制备方法包括以下步骤：S201：配置Bi前驱体和Cu前驱体的水溶液，混合均匀，之后加入缓冲溶液，得到铋/铜混合前驱体溶液；S202：采用恒电位沉积法，将印刷电极于铋/铜混合前驱体溶液中进行恒电位沉积，之后晾干，得到铋、铜混合镀膜试条。

优选地，S201中：Bi前驱体和Cu前驱体选用硝酸铋和醋酸铜，缓冲溶液选用HAc-NaAc缓冲溶液。

优选地，S201中：铋/铜溶液中，Bi³⁺的浓度为1～6mg/L，且优选为5mg/L；Cu²⁺的浓度为1～6mg/L，且优选为5mg/L；HAc-NaAc缓冲溶液的浓度为0.5mol/L，pH值为5。铋/铜混合前驱体溶液中，Bi³⁺的浓度为5mg/L，Cu²⁺的浓度为5mg/L。

优选地，S102中：恒电位沉积的电位为-1.5～-0.5V，沉积时间为60s～150s；且优选恒电位沉积的电位为-1.1V，沉积时间为80s。

第二方面，采用本发明提供的方法制备得到的铋、铜混合镀膜试条。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)申请人经过大量实验发现：本发明以铋、铜为主体，开发一种环境友好型预镀铋/铜混合体修饰印刷试条，从而代替汞膜电极在微型电化学检测仪中的使用；此外，本发明的铋/铜膜印刷试条具有高可靠性、高选择性与高实用性，不仅能够快速、准确地检测出血液中铅离子浓度，而且用血量更少、血液的处理操作简单，制作成本更低。

(2)丝网印刷电极因其制备简单，三电极系统图案可控等优势而常用于微型电化学检测系统；且本发明制备的铋、铜混合镀膜试条具有制备简单、操作简便、特异性识别率高的优点，可有效用于人体血液中铅离子浓度，有良好的实际应用前景。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例中铋、铜混合镀膜试条的Bi³⁺、Cu²⁺溶出曲线图；

图2为本发明实施例中铋、铜混合镀膜试条的沉积时间优化图；

图3为本发明实施例中铋、铜混合镀膜试条的铋浓度优化曲线图；

图4为本发明实施例中铋膜电极的工作曲线图；

图5为本发明实施例中预镀铋/铜电极的工作曲线图；

图6为本发明实施例中预镀铋/铜电极和铋膜电极的拟合曲线对比图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。

本发明提供一种铋、铜混合镀膜试条的制备方法，包括以下步骤：

S201：配置Bi前驱体和Cu前驱体的水溶液，混合均匀，之后加入缓冲溶液，得到铋/铜混合前驱体溶液。其中，Bi前驱体和Cu前驱体选用硝酸铋和醋酸铜，缓冲溶液选用HAc-NaAc缓冲溶液。

S202：采用恒电位沉积法，将印刷电极于铋/铜混合前驱体溶液中进行恒电位沉积，之后晾干，得到铋、铜混合镀膜试条。其中，恒电位沉积的电位为-1.5～-0.5V，沉积时间为60s～150s。之后将得到的铋、铜混合镀膜试条置于含有不同浓度铅离子标准溶液(0.5mol/L HAc-NaAc缓冲介质)中，采用阳极溶出伏安法，测量并记录溶出曲线。

进一步地，针对铋、铜混合镀膜试条的制备方法，申请人进行了如下实验：

一、沉积电位的选择

为了考察铅溶出最佳沉积电位及扫描电位，以及避开铋及铜的溶出电位，申请人考察了铜、铋溶出峰(C_Bi ³⁺＝5mg/L，C_Cu ²⁺＝5mg/L)，如图1所示。

二、沉积时间及Cu²⁺、Bi³⁺浓度优化

为了能有效、快速、简便的完成对血铅含量的测量，申请人采用单一变量法对沉积时间及Cu²⁺、Bi³⁺浓度进行优化。

固定沉积电位：-1.1V，扫描电位：-1.1～-0.5V，介质：0.5mol/L pH＝5HAc-NaAc缓冲，C(Pb²⁺)＝500μg/L,C(Bi³⁺)＝5mg/L、C(Cu²⁺)＝5mg/L，沉积时间为60、90、120、150s。随着沉积时间的增加，铅离子溶出峰电流逐步增大，在120s时达到最大值，如图2所示。因此，沉积时间采用120s进行后续实验。

固定沉积电位：-1.1V，扫描电位：-1.1～-0.5V，介质：0.5mol/L pH＝5HAc-NaAc缓冲沉积时间：120s，C(Pb²⁺)＝500μg/L，C(Bi³⁺)及C(Cu²⁺)为0、1、2、3、4、5、6mg/L，随着铋和铜浓度的增加，峰电流逐渐增加，当C(Bi³⁺)＝5mg/L、C(Cu²⁺)＝5mg/L时电流达到最大，如图3所示。后续实验采用铋和铜浓度为5mg/L。

三、工作曲线的绘制

为对比铋/铜膜电极与铋膜电极的传感性能，将配制好的铅标准溶液，用0.5mol/LpH＝5HAc-NaAc缓冲稀释系列浓度作工作曲线。图4为铋膜电极的工作曲线图，图5为铋/铜膜电极的工作曲线图。在此基础上，分析了电流响应值与铅离子浓度的线性关系，并对铋/铜膜电极以及铋膜电极进行拟合曲线对比，如图6所示。

由此可见，相比于铋膜电极，铋/铜膜电极显示了良好的增敏作用，峰电流有了明显提高，降低了方法的检出限，经计算二者检出限分别为：铋/铜膜电极：D_L＝12.29μg/L，铋膜电极：D_L＝80.273μg/L，铋/铜膜电极可以达到人体血铅分析要求。

另外，申请人将本发明制备得到的铋、铜混合镀膜试条进一步用于血样中铅含量检测过程中，具体包括以下步骤：

S101：向血样中加入缓冲溶液，之后依次加入Triton X-100、SDS、蛋白酶K和浓硝酸，混合均匀，得到预处理后的血样。其中，血样与Triton X-100、SDS、蛋白酶K和浓硝酸的加入体积之比依次为1：(0.5～2)：(0.5～2)：(0.5～2)：(2～3)；缓冲溶液选用pH值为5的HAc-NaAc缓冲溶液；Triton X-100的质量百分浓度为1％，SDS的质量百分浓度为1％，蛋白酶K的浓度为500μg/mL。

S102：将铋、铜混合镀膜试条置于预处理后的血样中，之后采用阳极溶出伏安法，得到血样中的铅含量数据。

重金属铅进入血液后会存在于血浆、红细胞、白细胞、血小板中，而细胞和细胞核都具有细胞膜和细胞核膜，其主要由脂类、蛋白质和糖类组成，是防止细胞外来物质自由进入细胞和细胞核的屏障；为了准确测定全血中的铅含量，必须将血液组织结构破坏掉，使铅完全游离出来，便于准确测定铅含量。采用本发明提供的处理方法，不仅能够有效释放血样中铅离子，而且操作简单，成本更低。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例一

本实施例提供一种铋、铜混合镀膜试条的制备方法，包括以下步骤：

S201：在10mL比色管中加入1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液5mL，500uL100mg/L Bi³⁺，100mg/L Cu²⁺，用水稀释至刻度，得到铋/铜混合前驱体溶液。

S202：将S101得到的铋/铜混合前驱体溶液转移至10mL小烧杯中，采用恒电位沉积法，固定沉积电位为-1.1V，将印刷电极于铋/铜混合前驱体溶液中恒电位沉积80s，之后晾干，得到铋、铜混合镀膜试条。

实施例二

将实施例一制备得到的铋、铜混合镀膜试条用于人体血样中铅含量检测过程中，具体包括以下步骤：

S101：在HAc-NaAc缓冲溶液的pH值为5.0的条件下，消解20μL血样，之后依次加入Triton X-100、SDS、蛋白酶K和浓硝酸，混合均匀，得到预处理后的血样。其中，加入1％的Triton X-100 25μL，加入1％的SDS 20μL，加入500μg/mL的蛋白酶K 22μL，加入浓硝酸50μL。

S102：将铋、铜混合镀膜试条置于预处理后的血样中，之后采用阳极溶出伏安法，得到血样中的铅含量数据。其中，溶出伏安法参数：富集时间为40s，上限电位为-0.9V，清晰时间为15s。

(一)血液测定对应线性回归方程为H＝0.85012C﹢0.79667，相关系数为r＝0.9978，具体血样分析结果如表1所示。

表1血样分析结果

(二)处理液精度

为了验证血样处理液的消解能力精度，对四种不同血样进行处理，每份血样取7份，每份20μL，利用处理液配方对血样进行处理，采用溶出伏安法进行测定，具体数据如表2所示。由此可见：四种血样的相对标准偏差分别为2.45％(血样1)、5.79％(血样2)、3.89％(血样3)和7.10％(血样4)，表明血样处理液配方有较高的准确度及精密度。

表2精度试验数据

(三)对血液样品的检测

表3血清样品分析结果

样品	检测值(μg/L)	添加量(μg/L)	检出量(μg/L)	回收率(％)
					1	未检出	25	27.248	108.9％
2	未检出	50	53.45	106.9％
					3	未检出	250	258	103.2％

另外，为了凸显本发明技术方案的优势，设置下述对比例。需要说明的是，下述对比例均以血样1为测试对象。

对比例一

S101：在HAc-NaAc缓冲溶液的pH值为5.0的条件下，消解20μL血样，之后加入血液消解液并混合均匀，得到预处理后的血样。其中，血液消解液的制备方法为：将1％的TritonX-100 25μL，1％的SDS 20μL，500μg/mL的蛋白酶K 22μL以及浓硝酸50μL混合均匀，得到血液消解液。

对比例二

S101：在HAc-NaAc缓冲溶液的pH值为5.0的条件下，消解20μL血样，之后依次加入Triton X-100、SDS、浓硝酸和蛋白酶K，混合均匀，得到预处理后的血样。其中，加入1％的Triton X-100 25μL，加入1％的SDS 20μL，加入浓硝酸50μL，加入500μg/mL的蛋白酶K 22μL。

对比例三

S101：在PBS缓冲溶液的pH值为5.0的条件下，消解20μL血样，之后依次加入TritonX-100、SDS、浓硝酸和蛋白酶K，混合均匀，得到预处理后的血样。其中，加入1％的Triton X-100 25μL，加入1％的SDS 20μL，加入浓硝酸50μL，加入500μg/mL的蛋白酶K 22μL。

将对比例一至对比例三测定得到的铅含量与实施例二进行对比，灵敏度分别降低了35％、30％和41％；且对比例一中，RSD为6.8％；对比例二中，RSD为5.9％；对比例三中，RSD为4.8％。由此可见，本发明提供的处理方法能够有效释放血样中铅离子，而且操作简单，稳定性好。

当然，除了实施例一和实施例二列举的情况，制备过程中的其他参数和条件也是可以的。

本发明以铋、铜为主体，开发一种环境友好型预镀铋/铜混合体修饰印刷试条，从而代替汞膜电极在微型电化学检测仪中的使用；此外，本发明的铋/铜膜印刷试条具有高可靠性、高选择性与高实用性，不仅能够快速、准确地检测出血液中铅离子浓度，而且用血量更少、血液的处理操作简单，制作成本更低。丝网印刷电极因其制备简单，三电极系统图案可控等优势而常用于微型电化学检测系统；且本发明制备的铋、铜混合镀膜试条具有制备简单、操作简便、特异性识别率高的优点，可有效用于人体血液中铅离子浓度，有良好的实际应用前景。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种铋、铜混合镀膜试条在血样中铅含量检测中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

S101：向血样中加入缓冲溶液，之后加入血液消解液并混合均匀，得到预处理后的血样；其中，所述血液消解液的原料组分包括Triton X-100、SDS、蛋白酶K和浓硝酸，且所述Triton X-100的质量百分浓度为1％，所述SDS的质量百分浓度为1％，所述蛋白酶K的浓度为500μg/mL；将所述血液消解液的原料组分Triton X-100、SDS、蛋白酶K和浓硝酸依次加入血样中；所述血样与所述Triton X-100、所述SDS、所述蛋白酶K和所述浓硝酸的加入体积之比依次为1：(0.5～2)：(0.5～2)：(0.5～2)：(2～3)；且所述缓冲溶液选用pH值为5的HAc-NaAc缓冲溶液；

S102：将所述铋、铜混合镀膜试条置于所述预处理后的血样中，之后采用阳极溶出伏安法，得到血样中的铅含量数据；

其中，所述铋、铜混合镀膜试条的制备方法包括以下步骤：

S201：配置铋前驱体和铜前驱体的水溶液，混合均匀，之后加入缓冲溶液，得到铋/铜混合前驱体溶液；其中，所述铋前驱体和铜前驱体选用硝酸铋和醋酸铜，所述缓冲溶液选用HAc-NaAc缓冲溶液；所述铋/铜溶液中，Bi³⁺的浓度为1～6mg/L，Cu²⁺的浓度为1～6mg/L；所述HAc-NaAc缓冲溶液的浓度为0.5mol/L，pH值为5；

S202：采用恒电位沉积法，将印刷电极于所述铋/铜混合前驱体溶液中进行恒电位沉积，之后晾干，得到铋、铜混合镀膜试条；所述恒电位沉积的电位为-1.5～-0.5V，沉积时间为60s～150s。