CN108693174A - 硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸及其制备方法和应用。该快检试纸基于该类农药在偏碱性缓冲溶液条件下水解生成的巯基与指示剂之间反应使指示剂产生颜色变化的原理，通过共同固载表面活性剂和指示剂于多孔材料上制备而成。由于试纸具有富集效果，从而提高了检测灵敏度。此外，该快检试纸还具有较高的选择性。试纸制备简便，价格低廉，且检测过程易于实现，适用于实际样品中硫代氨基甲酸酯类农药的快速检测。
Description
技术领域
本发明属于农药快速检测技术领域，具体涉及一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸及其制备方法和应用。
背景技术
硫代氨基甲酸酯类农药具有水溶性强、易附着、效力好等优点，因此，使用十分广泛。该类农药包括除草剂，如禾草敌等和杀虫剂，如杀螟丹等，具有中等毒性，对哺乳动物神经系统具有明显的损害，并能在肝、肾部位蓄积而危害其健康。其中，除草剂对植物具有触杀、内吸、拮抗和激素等多种作用；而杀虫剂中的杀螟丹，是由日本住友株式会社研发制造的一种应用最为广泛的仿生型杀虫剂。目前全世界对杀螟丹的需求量约为8,000吨/年左右，主要市场在亚洲的水稻产区。
对于硫代氨基甲酸酯类农药的精确高灵敏测定方法主要使用大型仪器如高效液相色谱，液相色谱-质谱联用等，但仪器价格昂贵，操作繁琐，且试剂消耗量大，不能满足日常食品安全高通量检验的需求。且目前为止市面上仍没有针对该类农药的快检方法。因此，亟需发展一种简便、灵敏且价格低廉的方法实现广泛使用的硫代氨基甲酸酯类农药的快速检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸及其制备方法和应用，该试纸制作简单，操作方便快速，且较为灵敏，有利于推广使用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸，该比色快检试纸通过在试纸上固载表面活性剂以及能与硫代氨基甲酸酯类农药发生反应从而产生颜色变化的指示剂得到。
所述试纸的材质为多孔滤纸或混合纤维素酯膜；
所述的表面活性剂为曲拉通X-100、十六烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、吐温-20、吐温-40、吐温-60、司班-20、司班-40、司班-60、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、氯化十六烷基吡啶、卵磷脂、月桂山梨坦中的一种或二种以上；
所述的硫代氨基甲酸酯类农药为杀螟丹、禾草敌、克草猛、灭草猛、丁草特、禾草丹、燕麦敌、野麦畏、丁草特、扑草灭中的一种或二种以上；
所述的指示剂为能与巯基反应的试剂，包括新亚铜试剂-Cu(II)、醋酸-Cu(II)、二苯乙醇酮、5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)中的一种或二种以上。
将表面活性剂溶于水或有机溶剂中，表面活性剂的浓度为1－50mg/mL，超声溶解，取1－3μL溶液滴涂于试纸上，待试纸空气中放干后，再将4－20mg指示剂加入到1mL硅胶溶胶凝胶溶液或聚合物溶液中，超声溶解，取1－3μL溶液滴涂于表面活性剂上，在室温下干燥备用。
所述硅胶溶胶凝胶溶液制备方法如下：
方法一：将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、有机溶剂、催化剂、表面活性剂和水以体积比1：2～4：1～2：0.2～0.8：0.1～0.8：0.005～0.04：0.5～1混合，40～70℃搅拌水解2～6小时，得硅胶溶胶凝胶溶液A；
方法二：将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、催化剂、表面活性剂和水以体积比1：1～5：1～4：0.1～1：0.05～0.9：0.5～1混合，常温下水解2－6小时，得硅胶溶胶凝胶溶液B；
所述聚合物溶液，其制备方法如下：
方法一：将聚乙烯醇、增塑剂、有机溶剂和水以质量比1：2～6：50～100：30～70混合，常温下搅拌反应～3小时，得聚合物A溶液；
方法二：将聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇-400、增塑剂和有机溶剂以1：2～6：3～7：80～120质量比混合，常温下搅拌反应1～3小时，得聚合物B溶液；
方法三：将聚氯乙烯、增塑剂、聚乙二醇和有机溶剂以1：2～6：1～5：50～100质量比混合，常温下反应1～3小时，得聚合物C溶液。
所述的硅氧烷试剂包括：四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正辛烷三乙氧基硅烷、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、(3-氯丙基)三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷中的一种或二种以上；
所述的催化剂为0.1-1M的盐酸、醋酸或0.05-0.5M硫酸中的一种或二种以上；
所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、吐温20、L7001、司班60、曲拉通X-100、司班80中的一种或二种以上；
所述增塑剂为癸二酸二异辛酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二正辛酯、磷酸三辛酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或二种以上。
所述的有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚、乙腈、四氢呋喃、二甲亚砜、三氯甲烷、环己烷、甲苯中的一种或二种以上。
所述的快检试纸对硫代氨基甲酸酯类农药的检测过程如下：
(1)硫代氨基甲酸酯类农药的标准浓度曲线的构建：用缓冲溶液配制硫代氨基甲酸酯类农药至1～10ppm，取100～1000μL的上述溶液滴到快检试纸上，多余的溶液透过多孔材料，被垫在试纸下方的吸水滤纸吸收后，利用成像设备采集试纸反应前后的图像，并利用软件选定颜色均一的特定区域，求得其对应的色彩平均RGB值，将直观的图像数字化，并进行差减；通过颜色变化值与浓度梯度构建硫代氨基甲酸酯类农药的标准浓度曲线，
(2)硫代氨基甲酸酯类农药的检测：取100～1000μL的待测样品滴加到试纸上，待溶液被试纸吸收后，利用与步骤(1)相同的方法得到样品引起的颜色变化数值，并与构建的标准曲线比对，最终得到待测样品中农药的浓度。
所述的缓冲溶液为：pH 6.8～7.5，浓度为0.1～1M的磷酸盐缓冲溶液。
本发明具有如下优点:
1.快检试纸基于简单的化学显色原理实现广泛使用的硫代氨基甲酸酯类农药的检测，补充了市面上现存的农残快检产品，进一步为食品安全提供了保障；
2.快检试纸基于指示剂与硫代氨基甲酸酯类农药水解后产生的巯基基团之间的特异性化学显色原理，因此在多种农药共存时具有较高的选择性；且通过试纸的富集作用，提高了检测灵敏度；
3.快检试纸制作简单，使用方便，由于指示剂固载于多孔材料中使其易于保存、便于携带，适用于硫代氨基甲酸酯类农药的现场快速检测。
附图说明
图1.硫代氨基甲酸酯类农药试纸的富集效果(富集体积单位为μL)；
图2.试纸测定杀螟丹农药的标准浓度曲线；
图3.硫代氨基甲酸酯类农药试纸的选择性。
具体实施方式
实施例1.
硫代氨基甲酸酯类农药快检试纸的制备：称取1mg曲拉通X-100于1mL水中，超声溶解，取2μL上述溶液滴涂于孔径0.22μm的多孔滤纸上，室温下放置干燥。然后，称取4mg的5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)于1mL聚合物B(聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇-400、邻苯二甲酸二甲酯和乙醇以1：4：3：80质量比混合，常温下搅拌反应1小时，得聚合物B溶液)中，超声溶解，然后用移液枪吸取2μL上述溶液，滴涂在放干的曲拉通X-100上，氮气保护下室温干燥后即制备成硫代氨基甲酸酯类农药试纸。
实施例2.
实施例1中所制备的硫代氨基甲酸酯类农药试纸的富集效果：以国标规定的蔬菜中杀螟丹允许残留的最大量(3mg/Kg，GB2763-2014)为例，进行硫代氨基甲酸酯类试纸的富集效果实验。结果如图1所示，含3ppm的杀螟丹磷酸盐缓冲液(0.1M,pH＝6.8)滴加到试纸上时，随着滴加农药的体积不断增大，试纸颜色变化逐渐增强，说明通过富集，可以大大提升试纸的检测灵敏度。为使操作方便快速，取400μL的农药溶液作为后续建立标准浓度曲线实验中的富集体积。
实施例3.
实施例1中所制备的试纸对杀螟丹农药响应的浓度标准曲线：分别配制浓度为2,3,4,5,6ppm的杀螟丹磷酸盐缓冲液(0.1M,pH＝6.8)。各取400μL上述溶液分别滴加到试纸上，待溶液被垫在试纸下方的吸水滤纸吸干后，利用平板扫描仪记录图像，以富集400μL磷酸盐缓冲液的试纸为反应前图像，富集各浓度杀螟丹溶液的试纸为反应后图像，将反应前后图像利用软件数字化，提取红绿蓝(RGB)通道值，并对反应前后各通道颜色数值进行差减，得到各通道颜色变化值ΔR、ΔG、ΔB，然后利用公式计算得到试纸与各浓度杀螟丹溶液反应前后的颜色变化值ED，结果如图2所示。随着杀螟丹浓度的增大，试纸颜色变化增强。将颜色变化值ED与杀螟丹浓度做图，得到硫代氨基甲酸酯类农药试纸检测杀螟丹的标准曲线，y＝19.412x+28.303(R2＝0.9901)，可见，在2—6ppm的浓度范围内指示剂颜色变化与杀螟丹浓度之间具有良好的线性关系，因此可以利用该浓度标准曲线对样品中的杀螟丹浓度进行定量测定。
实施例4.
利用实施例1中所制备的试纸对苹果样品中杀螟丹的浓度进行测定：对苹果样品进行称重，得到所测试苹果样品质量为198g。利用198mL磷酸盐缓冲液(0.1M,pH＝6.8)对苹果表皮进行清洗，取400μL上述溶液滴加到试纸上，待溶液被垫在试纸下方的吸水滤纸吸干后，利用平板扫描仪记录图像，将得到的图像利用软件数字化，提取红绿蓝(RGB)通道值，并对反应前后各通道颜色数值进行差减，得到各通道颜色变化值ΔR、ΔG、ΔB，然后利用公式计算得到试纸与样品溶液反应后的颜色变化值ED，为102，代入实施例3中的杀螟丹标准浓度曲线中，计算得到样品中杀螟丹的浓度为3.80ppm。为验证本发明所制备试纸对样品测定结果的准确性，利用高效液相色谱对样品中杀螟丹进行定量测定，结果得到洗液中杀螟丹的浓度为4.01ppm，这与试纸测得的结果相符。
实施例5.
利用实施例1中所制备的试纸对白菜样品中杀螟丹的浓度进行测定：对白菜样本进行称重，得到所测试白菜样品质量为100g。利用100mL磷酸盐缓冲液(0.1M,pH＝6.8)对白菜叶面进行清洗，取400μL上述溶液滴加到试纸上，待溶液被垫在试纸下方的吸水滤纸吸干后，利用平板扫描仪记录图像，将得到的图像利用软件数字化，提取红绿蓝(RGB)通道值，并对反应前后各通道颜色数值进行差减，得到各通道颜色变化值ΔR、ΔG、ΔB，然后利用公式计算得到试纸与样品溶液反应后的颜色变化值ED，为138，代入实施例3中的杀螟丹标准浓度曲线中，计算得到样品中杀螟丹的浓度为5.65ppm。为验证本发明所制备试纸对样品测定结果的准确性，利用高效液相色谱对样品中杀螟丹进行定量测定，结果得到洗液中杀螟丹的浓度为5.83ppm，这与试纸测得的结果相符。
实施例6.
硫代氨基甲酸酯类农药试纸对不同种类农药的选择性：利用平板扫描仪记录试纸与不同种类农药在其国标规定的蔬菜中最大残留限量的浓度下反应前后的图像。将反应前后图像的颜色用软件数字化，提取红绿蓝(RGB)通道值，并对反应前后各通道颜色数值进行差减，得到各通道颜色变化值ΔR、ΔG、ΔB，然后利用公式计算得到硫代氨基甲酸酯类农药试纸与不同种类农药反应前后的颜色变化值ED，如图3所示。可见，硫代氨基甲酸酯类农药试纸对杀螟丹有很明显的响应，而对其他农药种类，如有机氯类(艾氏剂)，有机磷类(毒死蜱、乐果)，氨基甲酸酯类(异丙威、速灭威)基本没有响应，对有机氮硫类(棉隆、福美锌)有微弱的响应，说明所制备的硫代氨基甲酸酯类农药试纸具有高选择性，适用于多种农药共存的实际样品中硫代氨基甲酸酯类农药的检。
Claims (8)
1.一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸，其特征在于：该比色快检试纸通过在试纸上固载表面活性剂以及能与硫代氨基甲酸酯类农药发生反应从而产生颜色变化的指示剂得到。
2.根据权利要求1所述的一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸，其特征在于：所述试纸的材质为多孔滤纸或混合纤维素酯膜；
所述的表面活性剂为曲拉通X-100、十六烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、吐温-20、吐温-40、吐温-60、司班-20、司班-40、司班-60、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、氯化十六烷基吡啶、卵磷脂、月桂山梨坦中的一种或二种以上；
所述的硫代氨基甲酸酯类农药为杀螟丹、禾草敌、克草猛、灭草猛、丁草特、禾草丹、燕麦敌、野麦畏、丁草特、扑草灭中的一种或二种以上；
所述的指示剂为能与巯基反应的试剂，包括新亚铜试剂-Cu(II)、醋酸-Cu(II)、二苯乙醇酮、5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)中的一种或二种以上。
3.根据权利要求1或2所述的一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸的制备方法，其特征在于：将表面活性剂溶于水或有机溶剂中，表面活性剂的浓度为1～50mg/mL，超声溶解，取1～3μL溶液滴涂于试纸上，待试纸空气中放干后，再将4～20mg指示剂加入到1mL硅胶溶胶凝胶溶液或聚合物溶液中，超声溶解，取1～3μL溶液滴涂于表面活性剂上，在室温下干燥备用。
4.根据权利要求3所述的一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸的制备方法，其特征在于：
所述硅胶溶胶凝胶溶液制备方法如下：
方法一：将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、有机溶剂、催化剂、表面活性剂和水以体积比1：2～4：1～2：0.2～0.8：0.1～0.8：0.005～0.04：0.5～1混合，40～70℃搅拌水解2～6小时，得硅胶溶胶凝胶溶液A；
方法二：将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、催化剂、表面活性剂和水以体积比1：1～5：1～4：0.1～1：0.05～0.9：0.5～1混合，常温下水解2～6小时，得硅胶溶胶凝胶溶液B；
所述聚合物溶液，其制备方法如下：
方法一：将聚乙烯醇、增塑剂、有机溶剂和水以质量比1：2～6：50～100：30～70混合，常温下搅拌反应1～3小时，得聚合物A溶液；
方法二：将聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇-400、增塑剂和有机溶剂以1：2～6：3～7：80～120质量比混合，常温下搅拌反应1～3小时，得聚合物B溶液；
方法三：将聚氯乙烯、增塑剂、聚乙二醇和有机溶剂以1：2～6：1～5：50～100质量比混合，常温下反应1～3小时，得聚合物C溶液。
5.根据权利要求3或4所述一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸的制备方法，其特征在于：
所述的硅氧烷试剂包括：四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正辛烷三乙氧基硅烷、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、(3-氯丙基)三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷中的一种或二种以上；
所述的催化剂为0.1-1M的盐酸、醋酸或0.05-0.5M硫酸中的一种或二种以上；
所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、吐温20、L7001、司班60、曲拉通X-100、司班80中的一种或二种以上；
所述增塑剂为癸二酸二异辛酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二正辛酯、磷酸三辛酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或二种以上。
6.根据权利要求3或4所述的一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸的制备方法，其特征在于：
所述的有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚、乙腈、四氢呋喃、二甲亚砜、三氯甲烷、环己烷、甲苯中的一种或二种以上。
7.根据权利要求1所述一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸的应用，其特征在于：所述的快检试纸对硫代氨基甲酸酯类农药的检测过程如下：
(1)硫代氨基甲酸酯类农药的标准浓度曲线的构建：用缓冲溶液配制硫代氨基甲酸酯类农药至1～10ppm，取100～1000μL的上述溶液滴到快检试纸上，多余的溶液透过多孔材料，被垫在试纸下方的吸水滤纸吸收后，利用成像设备采集试纸反应前后的图像，并利用软件选定颜色均一的特定区域，求得其对应的色彩平均RGB值，将直观的图像数字化，并进行差减；通过颜色变化值与浓度梯度构建硫代氨基甲酸酯类农药的标准浓度曲线，
(2)硫代氨基甲酸酯类农药的检测：取100～1000μL的待测样品滴加到试纸上，待溶液被试纸吸收后，利用步骤(1)相同的方法得到样品引起的颜色变化数值，并与构建的标准曲线比对，最终得到待测样品中农药的浓度。
8.根据权利要求7所述一种硫代氨基甲酸酯类农药比色快检试纸的应用，其特征在于：所述的缓冲溶液为：pH 6.8～7.5，浓度为0.1～1M的磷酸盐缓冲溶液。
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