CN110793962A - 一种检测废水中铅离子含量的试纸及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测废水中铅离子含量的试纸，包括显色试纸片，所述显色试纸片是通过先将滤纸浸泡于显色剂溶液中后取出烘干制得，所述显色剂溶液包括质量浓度为0.04～0.10g/L的4‑(2‑吡啶偶氮)‑间苯二酚溶液。本发明通过采用4‑(2‑吡啶偶氮)‑间苯二酚作为显色剂，与废水中的铅离子反应成为红色或红褐色的化合物，可通过颜色变化明显检测出废水是否含有铅离子，再通过测量显色带长度与标尺对比，读出铅离子含量，克服传统操作人员肉眼观察颜色，测量出的铅离子含量准确度更高。

Description

一种检测废水中铅离子含量的试纸及其应用
技术领域
本发明涉及铅离子含量检测领域，具体涉及一种检测废水中铅离子含量的试纸及其应用。
背景技术
随着工业的发展，工业废水的排放使得环境中的铅污染不断增加，环境中的铅通过各种渠道慢慢侵入我们的食物、水以及各种生活必需品中，生存环境受到极大挑战。铅及其化合物都具有一定的毒性，进入机体后对神经、造血、消化、肾脏、心血管和内分泌等多个系统产生危害。目前，常见的铅中毒大多属于轻度慢性铅中毒，主要病变是铅对体内金属离子和酶系统产生影响，引起植物神经功能紊乱、贫血、免疫力低下等。为了保护人们的身体健康，对生活中接触的各种食品、水源和生活必需品进行铅检测显得尤为重要。测定铅含量可以通过原子荧光法、分光光度法等方法进行检测，但均需要大型仪器的配合才能进行，由于检测操作复杂、费用高、周期长，不能满足现场快速检测的要求。
因此检测铅含量的试纸应运而生，克服了及大型仪器检测的缺陷，但大多数的试纸只能检测是否含铅，不能测量出其内含有的铅含量，专利号2015100351873的中国发明专利公开了一种延长有效期铅含量快速检测试纸及其制备方法，该试纸在检测铅含量的时候通过观察试纸的显色色块的颜色，与制作好的比色卡进行对比，半定量读出铅离子的含量，这种试纸在测量时铅含量与操作人员的主观判断颜色相关，具有较大的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可显色带长度来测量铅含量的浓度的检测废水中铅离子含量的试纸，克服了传统试纸测量的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种检测废水中铅离子含量的试纸，包括显色试纸片，所述显色试纸片是通过先将滤纸浸泡于显色剂溶液中后取出烘干制得，所述显色剂溶液包括质量浓度为0.04～0.10g/L的4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚溶液。
进一步地，所述显色剂溶液包括质量浓度为0.07g/L的4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚溶液。
进一步地，所述显色剂溶液中还添加有乙醇溶液。
进一步地，所述滤纸采用70～100mm×2～5mm的快速定量滤纸。
进一步地，所述浸泡是指将滤纸浸泡在显色剂溶液中5～40min。
进一步地，所述烘干是指将浸泡之后的滤纸在温度50～70℃烘干7～20min。
本发明还提供了一种快速检测废水中铅含量的方法，包括：先调节待检测废水的pH值为4～8后再将上述的显色试纸片插入待检测废水中反应20～30min后与标尺对比读出铅离子浓度。
进一步地，所述待检测废水在调节pH值后还加入有金属掩蔽剂。
进一步地，所述标尺试纸将多张权利要求1～6任一权利要求所述的显色试纸片分别插入浓度为1mg/L、2mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、50mg/L、70mg/L、80mg/L和100mg/L的硝酸铅溶液并测量出反应带高度，同一浓度的硝酸铅溶液测量多组反应带高度并求出平均值，并将对应的反应带高度和浓度标记在显色试纸片上。
本发明具有以下有益效果：
(1)通过采用4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚作为显色剂，与废水中的铅离子反应成为红色或红褐色的化合物，可通过颜色变化明显检测出废水是否含有铅离子，再通过测量显色带长度与标尺对比，读出铅离子含量，克服传统操作人员肉眼观察颜色，测量出的铅离子含量准确度更高；
(2)通过在显色剂溶液中加入乙醇溶液，可加快4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚与铅离子的反应，提高检测塑料；
(3)在测量废水之前调节pH值，使其达到4～8之间，优选值为5.5，显色试纸片的显色长度和显色界限较好；
(4)通过在废水中添加金属掩蔽剂，可降低废水中的其他金属离子(如Ni2+，Zn2+，Cu2+，Fe3+，Fe2+，Cr(VI)，Mg2+等)对显色试纸片的影响。
附图说明
图1为本发明标尺的结构示意图。
图2为1-20mg/L铅离子溶液经过本方法测得的仪器分析的标准曲线。
图3为20-100mg/L铅离子溶液经过本方法测得的仪器分析的标准曲线。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种检测废水中铅离子含量的试纸包括显色试纸片。所述显色试纸片是通过如下步骤制备：
(1)滤纸片的制作：取适量的快速定量滤纸，通过裁纸机裁剪成数张100mm×3mm的滤纸片；所述滤纸片的大小可根据具体的改变，其变化的范围的70～100mm×2～5mm，优先选择，100×3mm。
(2)显色剂的制作；取0.25g的4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚和体积250ml的乙醇溶液，将4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚和乙醇溶液导入500ml容器并加入蒸馏水到显色剂溶液为500ml为止，搅拌均与制得0.5g/L显色剂溶液；根据本步骤制备出显色剂浓度为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09和0.10g/L。
(3)将步骤(1)制备的滤纸片完全浸泡在步骤(2)制备的显色剂溶液中，浸泡时间为5～40min，优先选择20min；
(4)将浸泡之后的滤纸片放入真空干燥箱内进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为7min，干燥的滤纸片即为检测铅离子含量的显色试纸片。所述干燥温度为50～70℃，对应的时间为干燥温度成负增长，即温度越高时间越短。
实施例2
本实施例提供了一种用于检测废水中铅含量的标尺试纸取10张实施例1制备的显色试纸片分别垂直插入浓度为1mg/L、2mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、50mg/L、70mg/L、80mg/L和100mg/L的硝酸铅溶液，反应20～30min后，记录每个显色试纸片的高度，重复5次，得到5个数据求每个浓度的反应高度的平均值，需要说明的是，平行试验越来，数据越精确。
表1铅标液平行实验
如表1所示，制备出标尺试纸如图1所示，其中，表1所述显色试纸片采用100mm×3mm快速定量滤纸在显色剂的浓度为0.07g/L中完全浸泡20min后采用70℃烘干7min后制备。
实施例3
本实施例提供了快速检测废水中铅含量的方法，包括：先调节待检测废水的pH值为4～8后再将加入有金属掩蔽剂，然后将实施例1的显色试纸片插入待检测废水中反应20～30min后与实施例2的滤纸标尺对比读出铅离子浓度。
试验：试验中除说明外，显色剂浓度为0.07g/L，滤纸片采用100mm×3mm的快速定量滤纸片，按照实施例1制备显色试纸片，把制备好的试纸垂直插入待测液中反应数分钟后，待试纸条由黄色变成粉色，取出试纸通过显色带长度判断待测液的铅离子含量。试验所使用的待测液为浓度为1g/L的硝酸铅溶液。
试验1：显色剂含量
分别取2.5、5.0、7.5、10、12.5、15、17.5、20、22.5、25ml的浓度为0.1g/L的4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚(PAR)溶液放入25mL的比色管中，用1：1乙醇与水混合液稀释至25mL的刻度，即配制好PAR含量分别为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10g/L溶液，将滤纸条分别浸泡在不同PAR含量的混合溶液中一段时间，然后放入烘箱内烘干。将制作好的试纸条垂直插入待测液中反应数分钟后进行测定，结果如下表2所示。
表2PAR含量的影响
Figure BDA0002322547780000051
Figure BDA0002322547780000061
表2表明，PAR浓度越高，纸条反应颜色越深，底色同反应带区分越明显，但反应高度逐渐降低。PAR的浓度在0.1g/L的条件下，虽然反应带长度最长，但浸泡的纸条颜色太淡，与试纸条底色区分很不明显；因此选择浓度为0.07g/L，此浓度下反应效果最佳。
试验2：滤纸类型、宽度和长度
本实验考虑了6种滤纸类型作为试纸条的材料，用显色剂浓度为0.07g/L进行筛选，结果如表3所示。
表3试纸类型的选择
Figure BDA0002322547780000062
当试纸条由慢速、中速到快速时，反应高度逐渐增高，但是定性滤纸都出现了分叉现象，其中快速定量试纸的反应效果最好，所以选择快速定量滤纸作为试纸条的材料。
将快速定量滤纸分别裁切称2mm，3mm，4mm，5mm的规格。
表4试纸宽度的影响
Figure BDA0002322547780000063
Figure BDA0002322547780000071
试纸条的宽度为2mm时，虽然显色带的高度最高，但是该宽度的试纸条却很难切出来，并且实验操作过程中很不方便，而宽度为4-5mm时，宽度显色带的高度比较小，使得实验测定的灵敏度降低，因此选择3mm为最佳。
将滤纸分别裁切成70mm×3mm,80mm×3mm,90mm×3mm,100mm×3mm，按照实验方法1.2进行测定，实验结果见下表1.7。
表5试纸条长度的影响
Figure BDA0002322547780000072
随着试纸条长度的增加，显色带高度略有增加，而试纸条在测定时，都要将试纸条的下端剪掉一段，来减小试纸条下端对实验带来的误差，因此选择试纸条长度为100mm。
试验3：浸泡时间
将100mm×3mm滤纸放入浸泡液中浸泡不同的时间后取出烘干，不同浸泡时间的显色带高度见下表6。
表6浸泡时间的影响
Figure BDA0002322547780000073
注：淡粉(一)是指比淡粉色颜色更浅一个色度，下同。
由实验数据可得，在5-10min内，显色带的高度随着浸泡时间的加长而变高，显色带的颜色也随之变深，而当浸泡时间在20-40min时，显色带的颜色变化不大，并且显色带的高度趋于稳定，而由相对标准偏差得知，浸泡20min时的相对标准偏差最小，说明20min时的数据比30min以后的稳定，因此选择20min为浸泡时间。
试验4：烘干温度和时间
本实验考察了烘干温度对实验结果的影响，当烘干温度高于70℃时，烘干的试纸条上面出现斑点，表明烘干温度过高时，会使得试纸条上的显色剂变质，故本实验考察了自然晾干和50-70℃烘干温度对实验结果的影响，实验结果见下表7。
表7烘干温度的影响
Figure BDA0002322547780000081
由表中数据可知，纸试在烘干条件下与自然晾干的情况下相比，显色带的颜色和高度都差别不大，而试纸的烘干时间缩短了，因此，本实验选择烘干温度为70℃。
试验5：铅含量溶液的pH
在25ml的比色管中均加入浓度0.07g/L的PAR显色剂25ml，将滤纸条浸泡在溶液中20min，然后放入烘箱内烘干。
当加入硝酸铅溶液中缓冲溶液使pH<4.0时，虽然显色带长度较长，但显色带颜色很淡，颜色界限不清晰，表明当pH<4.0时，铅离子不能与PAR发生显色反应；当加入缓冲溶液pH>8.0时，待测液中的铅离子生成白色沉淀，测定液中铅离子浓度降低，试纸条几乎无颜色和长度变化，因此本实验考察了待测液中加入pH值4.0-8.0之间的缓冲溶液对试纸条的显色长度和显色界限的影响，结果如下表8所示。
表8混合液pH的影响
由实验数据可得，在pH为4-8之间，当pH为5.5时效果最好，所以选择pH为5.5作为最佳缓冲溶液值。
试验6：铅含量溶液的共存物质的干扰
以5mg/L的Pb2+溶液作为标准，不含干扰离子长度18.4mm。对造成干扰的金属进行干扰实验，分别用Zn2+，Cr3+，Al3+，Fe3+，Ni2+，Cu2+与Pb2+溶液配成混合液；如果测定含有干扰物质的铅溶液的试纸反应带颜色与标准铅溶液的试纸相差不大，且长度变化在士10％范围内视为不干扰，然后改变掩蔽剂的浓度和干扰离子的浓度选择最佳掩蔽剂和能够掩蔽干扰离子的最大浓度，以共存倍数计。
表9干扰离子影响及掩蔽剂效果
Figure BDA0002322547780000092
试验7：金属掩蔽剂的选择
在实际样品的测定中，水样组分复杂，水样中的其他金属离子或阴离子可能干扰测定。如Ni2+,Zn2+,Cu2+,Fe3+,Fe2+,Cr(VI),Mg2+会影响铅离子的测定，因此，试验中要考察这些共存物质的干扰，并寻找掩蔽剂进行掩蔽。
表10常用金属掩蔽剂
Figure BDA0002322547780000102
在选择掩蔽剂时，首先要保证金属铅的正常显色，并且掩蔽剂的加入，不能使检测液pH值有过大的改变，而因此影响检测显色及显色线的清晰度。经过比较后，以草酸钠，草酸，丙三醇，硫脲，柠檬酸，H2O2作为掩蔽剂进行掩蔽。
表11掩蔽剂的最大允许量
在1-100时试纸有明显的高度梯度，在1-20时，曲线y＝6.88323+2.41715x-0.04918x2，相关系数为0.99821，如图2所示；在20-100时试纸有明显高度梯度，在曲线为y＝0.30861X+29.731,相关系数为0.99856，如图3所示。
与传统的火焰法检测对比
从电镀废水水样1、2、3中分别取10ml，用NaOH将其调至中性转移至50mI比色管中，加入醋酸一醋酸钠缓冲溶液调节pH＝5.5，10ml掩蔽剂，定容至50ml，取制作好的铅试纸条检测，并使用原子吸收分光光度仪(AAS)对水样分别进行测定验证(其中铅的标准曲线为y＝0.0086x-0.00005，R＝0.9924)。根据图2和图3中0-100mg/L铅离子标准曲线，计算出铅离子的含量，当水样超出测定上限时，需经稀释后再进行测定，结果为测定之后反算到的原始浓度，实验结果如表12。
表12两种方法测定结果的比较
Figure BDA0002322547780000112
将试纸法与火焰原子吸收法测定结果进行比较，并采用t检验比较两种方法的差异性,如表13为应用excel进行t检验计算结果。
表13 t检验计算结果
Figure BDA0002322547780000113
由表13所示的检验结果知，由于∣t∣＜“t双尾临界”，P双尾＞0.05，所以两种方法之间无显著差异。
本发明的试纸法检测具有操作简便、快速方便携带，不需专业的技术人员操作的特点，比传统的通过比较颜色变化进行半定量测定的试纸，具有更高的准确度。

Claims (9)

1.一种检测废水中铅离子含量的试纸，包括显色试纸片，所述显色试纸片是通过先将滤纸浸泡于显色剂溶液中后取出烘干制得，其特征在于：所述显色剂溶液包括质量浓度为0.04～0.10g/L的4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚溶液。
2.根据权利要求1所述的检测废水中铅离子含量的试纸，其特征在于：所述显色剂溶液包括质量浓度为0.07g/L的4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚溶液。
3.根据权利要求1或2所述的检测废水中铅离子含量的试纸，其特征在于：所述显色剂溶液中还添加有乙醇溶液。
4.根据权利要求1所述的检测废水中铅离子含量的试纸，其特征在于：所述滤纸采用70～100mm×2～5mm的快速定量滤纸。
5.根据权利要求1所述的检测废水中铅离子含量的试纸，其特征在于：所述浸泡是指将滤纸浸泡在显色剂溶液中5～40min。
6.根据权利要求1所述的检测废水中铅离子含量的试纸，其特征在于：所述烘干是指将浸泡之后的滤纸在温度50～70℃烘干7～20min。
7.一种快速检测废水中铅含量的方法，其特征在于包括：先调节待检测废水的pH值为4～8后再将权利要求1～6任一权利要求所述的显色试纸片插入待检测废水中反应20～30min后与标尺对比读出铅离子浓度。
8.根据权利要求7所述的快速检测废水中铅含量的方法，其特征在于：所述待检测废水在调节pH值后还加入有金属掩蔽剂。
9.根据权利要求7所述的快速检测废水中铅含量的方法，其特征在于：所述标尺试纸将多张权利要求1～6任一权利要求所述的显色试纸片分别插入浓度为1mg/L、2mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、50mg/L、70mg/L、80mg/L和100mg/L的硝酸铅溶液并测量出反应带高度，同一浓度的硝酸铅溶液测量多组反应带高度并求出平均值，并将对应的反应带高度和浓度标记在显色试纸片上。
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