本發(fā)明涉及一種一步檢測Cd²⁺的預制試劑及利用其一步檢測Cd²⁺的方法。

背景技術：

隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，一些重金屬、有機污染物或超標廢水及廢棄物進入水體環(huán)境中，對生態(tài)環(huán)境和水生動植物造成污染危害。環(huán)境受到鎘污染后，鎘可在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈進入人體引起慢性中毒。鎘被人體吸收后，在體內(nèi)形成鎘硫蛋白，選擇性地蓄積肝、腎中，腎臟可吸收進入體內(nèi)近1/3的鎘，是鎘中毒的“靶器官”。

關于Cd ²⁺的限量在國家標準中規(guī)定《生活飲用水衛(wèi)生標準GB/T 5749-2006》≤0.005mg/L；《漁業(yè)水質(zhì)標準GB 11607-89》≤0.05mg/L；《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》≤0.01mg/L；《污水綜合排放標準GB 8978-1996》≤0.1mg/L。

當前檢測鎘的方法有化學分析法、儀器分析法、免疫分析法等，國家標準規(guī)定的雙硫腙分光光度法涉及到危險性大的強酸、毒性大的氰化物、操作繁瑣的萃取等；CN1766557A公開的一種鎘測定液及其比色測定管，最低檢出限可測得0.005mg/L，但未加入掩蔽劑易受其他干擾離子影響產(chǎn)生假陽性結(jié)果；國內(nèi)其他專利有公開出測Cd²⁺的試紙，存在對水樣前處理步驟多，并需使用到強酸和復雜的萃取操作、手動調(diào)節(jié)pH值，試紙易氧化失效，并產(chǎn)生二次污染等不足。

目前測定準確度高和檢出限較低方法有原子吸收分光光度法(AAS)、催化示波極譜法、原子熒光法(AFS)、X射線熒光光譜儀(XRF)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP)和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)等，但由于所用儀器都是大型精密儀器，操作較復雜，較難用于現(xiàn)場快速測定，普通廠家或個體難以普及，需要到第三方權(quán)威機構(gòu)檢測，費時、費力、成本高，并難用于現(xiàn)場快速測定。

當前國際上快速檢測發(fā)展趨勢—預制試劑，具有快速、準確度高、重復性好等特點。預制試劑是指即開即用型化學試劑，是幾種試劑預先稱量、溶解、混合、分裝等流程的化學制劑產(chǎn)品，使用時無需進行繁瑣的稱量稀釋等配置工作，可減輕分析工作者的勞動強度，使分析過程變得更簡單化。目前，預制試劑在中國水質(zhì)移動檢測領域應用廣泛，有很強現(xiàn)場應用價值。

綜上所述，需開發(fā)一種預制試劑可實現(xiàn)一步檢測Cd²⁺的方法，具備檢測快速、檢測靈敏、使用方便、特異性強等優(yōu)點，簡化操作步驟的同時可為大批量、高效率應急檢測提供方便，提高工作效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種一步檢測Cd²⁺預制試劑及方法，僅需一步操作即可將水樣中無色Cd²⁺與顯色劑結(jié)合形成橙色配合物，由此解決現(xiàn)有快速檢測技術步驟繁瑣、特異性較弱等技術問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一步檢測Cd²⁺預制試劑，由顯色劑5～15mg、非離子表面活性劑100～200μL、酒石酸鹽1～5mg、氟化物1～5mg、硫脲1～5mg、氫氧化物600～768mg、檸檬酸或檸檬酸鹽1～3g和溶劑30～40mL混合而成。

本發(fā)明中，所述顯色劑優(yōu)選為維多利亞蘭B或?qū)ο趸街氐被嫉健?/p>

本發(fā)明中，所述非離子表面活性劑優(yōu)選為聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯（Tween 40、Tween 60、Tween 80）或聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100、Triton X-114）。

本發(fā)明中，所述酒石酸鹽優(yōu)選為酒石酸鉀、酒石酸鈉或酒石酸鉀鈉；

本發(fā)明中，所述氟化物優(yōu)選為氟化鉀、氟化鈉或氟化銨。

本發(fā)明中，所述氫氧化物優(yōu)選為氫氧化鈉或氫氧化鉀。

本發(fā)明中，所述檸檬酸鹽優(yōu)選為檸檬酸鉀、檸檬酸鈉或檸檬酸銨。

本發(fā)明中，所述溶劑優(yōu)選為甲醇、乙醇、純水中的一種或幾種。

一種一步檢測Cd²⁺的方法，包括如下兩種方法：

方法一：將一步檢測Cd²⁺預制試劑用透光性良好的玻璃進樣瓶或塑料離心管密封包裝，避光保存，使用時向其中加入水樣，控制預制試劑與水樣的比例為30～40μL：1.0ml，等待反應3～5分鐘即可將Cd²⁺顯色；

方法二：將一步檢測Cd²⁺預制試劑用深色試劑瓶包裝，避光保存，使用時用移液管、移液器或刻度滴管移取預制試劑溶液0.1mL加入到水樣3.0mL中，等待反應3～5分鐘即可將Cd²⁺顯色。

本發(fā)明中，所述顯色溫度范圍為20～50℃。

總體而言，通過本發(fā)明所述的技術方案與現(xiàn)有技術相比，最獨具匠心的地方在于取一定量的預制試劑溶液與水樣直接混合后即可一步測得Cd²⁺含量，除此之外本發(fā)明還具有以下特點：

1、步驟簡化一步檢測：所有試劑以特定比例集成于同一種溶液中配置成預制試劑，只需取出一定量加入到水樣中即可實現(xiàn)檢測；

2、方法可行性強：檢測結(jié)果與國標方法和大型儀器檢測結(jié)果一致，方法回收率達96～100%，Cd²⁺標準工作曲線在線性范圍內(nèi)（0.01～0.60mg/L）相關系數(shù)達0.9996；

3、檢測成本低：平均檢測一次試劑成本少于壹元，相比其他現(xiàn)有方法和大型儀器檢測比較廉價許多；

4、靈敏度高：目視比色法能測到0.025mg/L，使用分光光度計檢測低限為0.003mg/L；

5、抗干擾能力強：預制試劑溶液中含掩蔽劑，對Zn²⁺掩蔽效率達70%，對Cu²⁺掩蔽效率達99%，Na⁺、K⁺、Ca⁺、Fe³⁺、Pb²⁺、Mn²⁺、Mg²⁺、Cr⁶⁺、Ag⁺、NH₃-N、Ni²⁺對測試結(jié)果無干擾，低濃度(0.1mg/L)Co²⁺產(chǎn)生輕微干擾，可用測Co²⁺快速檢測試劑判別干擾。

6、適宜應急檢測：此一步測Cd²⁺預制試劑在靈敏度和特異性上能達到國家標準的檢測需求，其步驟簡便、快速、抗干擾能力強、方法回收率高，對重金屬離子現(xiàn)場檢測具有重要的應用價值，特別適用于突發(fā)現(xiàn)場應急檢測。

附圖說明

圖1為鎘配合物吸收光譜圖；

圖2為預制試劑測Cd²⁺標準工作曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。

具體實施方式一：本實施方式提供的一步檢測Cd²⁺預制試劑的配置步驟及包裝如下：

（1）稱取維多利亞蘭B11.2mg置于帶蓋離心管中。

（2）向步驟（1）中加入1000μL、0.2mol/L氫氧化鉀乙醇溶液，混合均勻。

（3）向步驟（2）中加入2500μL、10%(v/v)非離子表面活性劑Triton X-114，混合均勻。

（4）向步驟（3）中加入666μL、3g/L酒石酸鈉溶液，混合均勻。

（5）向步驟（4）中加入666μL、3g/L氟化鉀溶液，混合均勻。

（6）向步驟（5）中加入666μL、3g/L硫脲溶液，混合均勻。

（7）向步驟（6）中加入2000μL、30%(w/v)氫氧化鉀溶液，混合均勻。

（8）向步驟（7）中加入3054.6μL、50%(w/v)檸檬酸溶液，混合均勻。

（9）向步驟（8）中加入23.54mL溶劑，所述溶劑由甲醇、乙醇和純水按體積比1:1:1混合而成，混勻后即獲得一步檢測Cd²⁺預制試劑溶液共34.09mL。

（10）將步驟（9）制得的預制試劑溶液進行包裝，有兩種方案分別是：

方法一：取步驟（9）制得的預制試劑溶液用深色試劑瓶包裝，低溫避光保存。使用時取100μL與水樣3.0mL直接混合即可顯色。

本實施方式中，所述深色試劑瓶材質(zhì)為PP、HDPE均可，或深色玻璃試劑瓶，瓶口帶密封。

方法二：取步驟（9）制得的預制試劑溶液30～40μL用透光性良好的測試管密封包裝，低溫避光保存。使用時直接往離心管內(nèi)加入水樣1.0mL直接混合即可顯色。

本實施方式中，所述測試管優(yōu)選為2mL玻璃進樣瓶，瓶蓋中空，瓶蓋與瓶身之間有一層圓形特氟龍-硅膠墊密封，可以使保存過程中預制試劑溶液不漏出，瓶蓋中空可方便針筒穿刺進樣品。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的，所述方法如下：

（1）稱取對硝基苯重氮氨基偶氮苯11.2mg置于帶蓋離心管中。

（2）向步驟（1）中加入1500μL、0.3mol/L氫氧化鈉乙醇溶液，混合均勻。

（3）向步驟（2）中加入1000μL、20%(v/v)非離子表面活性劑Tween 80，混合均勻。

（4）向步驟（3）中加入333μL、6g/L酒石酸鉀溶液，混合均勻。

（5）向步驟（4）中加入333μL、6g/L氟化鉀溶液，混合均勻。

（6）向步驟（5）中加入333μL、6g/L硫脲溶液，混合均勻。

（7）向步驟（6）中加入3000μL、25%(w/v)氫氧化鉀溶液，混合均勻。

（8）向步驟（7）中加入3818μL、40%(w/v)檸檬酸銨溶液，混合均勻。

（9）向步驟（8）中加入23.77mL溶劑，所述溶劑由乙醇和純水按體積比1:1混合而成，混勻后即獲得一步檢測Cd²⁺預制試劑溶液共34.09mL。

（10）將步驟（9）制得的預制試劑溶液進行包裝，有兩種方案分別是：

方法一：取步驟（9）制得的預制試劑溶液用深色試劑瓶包裝，低溫避光保存。使用時取100μL與水樣3.0mL直接混合即可顯色。

方法二：取步驟（9）制得的預制試劑溶液30～40μL用透光性良好的離心管密封包裝，低溫避光保存。使用時直接往離心管內(nèi)加入水樣1.0mL直接混合即可顯色。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一不同的，所述方法如下：

（1）對硝基苯重氮氨基偶氮苯11.2mg置于帶蓋離心管中。

（2）向步驟（1）中加入1500μL、0.2mol/L氫氧化鉀乙醇溶液，混合均勻。

（3）向步驟（2）中加入1500μL、10%(v/v)非離子表面活性劑Triton X-100，混合均勻。

（4）向步驟（3）中加入166μL、12g/L酒石酸鉀溶液，混合均勻。

（5）向步驟（4）中加入166μL、12g/L氟化鈉溶液，混合均勻。

（6）向步驟（5）中加入166μL、12g/L硫脲溶液，混合均勻。

（7）向步驟（6）中加入1500μL、50%(w/v)氫氧化鈉溶液，混合均勻。

（8）向步驟（7）中加入7636μL、20%(w/v)檸檬酸鈉溶液，混合均勻。

（9）向步驟（8）中加入21.46mL純水，混勻后即獲得一步檢測Cd²⁺預制試劑溶液共34.09mL。

（10）將步驟（9）制得的預制試劑溶液進行包裝，有兩種方案分別是：

方法一：取步驟（9）制得的預制試劑溶液用深色試劑瓶包裝，低溫避光保存。使用時取100μL與水樣3.0mL直接混合即可顯色。

方法二：取步驟（9）制得的預制試劑溶液30～40μL用透光性良好的離心管密封包裝，低溫避光保存。使用時直接往離心管內(nèi)加入水樣1.0mL直接混合即可顯色。

具體實施方式四：本實施方式提供了一種利用具體實施方式一～三中測Cd²⁺預制試劑快速檢測水樣的方法，具體步驟如下：

準備5mL帶蓋離心管2支，一支加入3.0mL待測水樣做測定（渾濁水樣事先用0.45μm針式過濾器過濾），一支加入3.0mL純水做參比，分別加入測Cd²⁺預制試劑100μL，混勻，顯色3～5min，取出后用分光光度計在λ=487.5nm處，用光程10mm比色皿，用參比溶液調(diào)零后測得待測水樣吸光度代入回歸方程計算其含量。

本實施方式中，所述最大吸收波長的確定方法如下：在5ml離心管中加入Cd²⁺標準溶液3.0mL，加入測Cd²⁺預制試劑100μL，搖勻，顯色3～5min，在UV-vis上以試劑空白為參比，光程10mm玻璃比色皿，在400～600nm處掃描吸收光譜，如圖2所示，可得顯色劑的最大吸收波長為487.5nm，在顯色環(huán)境下預制試劑中顯色劑與鎘離子生成橙色配合物，為了獲得高靈敏度和摩爾吸光系數(shù)，本發(fā)明選用487.5nm作為測定波長。

本實施方式中，所述線性回歸方程的測定方法如下：準備5mL帶蓋離心管6支，分別加入Cd²⁺標準溶液：0.00mg/L、0.05mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.60mg/L各3.0mL，分別加入測Cd²⁺預制試劑100μL，混勻后靜置3-5min，用分光光度計在λ=487.5nm處，光程10mm比色皿，測得其吸光度，回歸方程y=1.0845x-0.0096和相關系數(shù)0.9996，見圖1。

具體實施方式五：本實施方式提供了一種利用具體實施方式一～三中測Cd²⁺預制試劑快速檢測水樣的方法，具體步驟如下：

準備2mL玻璃進樣瓶7支，分別加入測Cd²⁺預制試劑35μL，制得一步測Cd²⁺預制試劑瓶，分別加入濃度為0.00mg/L、0.05mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.60mg/L的Cd²⁺標準溶液1.0mL，在另一預制試劑瓶內(nèi)加入1.0mL待測水樣（渾濁水樣事先用0.45μm針式過濾器過濾）混勻，7支進樣瓶同時靜置3～5min，顯色穩(wěn)定后目視比色，待測水樣所呈現(xiàn)顏色最接近哪支標準色階顏色即為Cd²⁺含量，此法所呈現(xiàn)顏色的通透性更強，比標準比色卡更容易辨認。

具體實施方式六：本實施方式提供了一種利用具體實施方式一～三中測Cd²⁺預制試劑快速檢測水樣的方法，具體步驟如下：

準備2mL玻璃進樣瓶，加入測Cd²⁺預制試劑30～40μL，制得一步測Cd²⁺預制試劑瓶，往里加入1.0mL待測水樣（渾濁水樣事先用0.45μm針式過濾器過濾）混勻，3～5min后取出與標準比色卡比對，待測水樣顏色最接近色階所示數(shù)值即為待測水樣中Cd²⁺含量。

本實施方式中，所述玻璃進樣瓶的瓶蓋中空，瓶蓋與瓶身之間有一層圓形特氟龍-硅膠墊密封，密封的作用可以使保存過程中預制試劑溶液不漏出，瓶蓋中空可方便針筒穿刺進樣品。

本實施方式中，所述標準比色卡的制作方法如下：配置一系列梯度濃度的Cd²⁺標準溶液，該Cd²⁺標準溶液的梯度濃度分別與測Cd²⁺預制試劑反應，待顯色穩(wěn)定后所顯示顏色制定成標準比色卡。例如，配置一系列梯度濃度的Cd²⁺標準溶液：0.00mg/L、0.05mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.60mg/L分別取3.0mL置于5mL試管中，分別加入測Cd²⁺預制試劑100μL，混勻后放置3～5min取出后置于攝影棚中，單反相機拍照后軟件處理得到標準色階印刷成標準比色卡。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式四～六不同的是，當水樣有其他離子產(chǎn)生嚴重干擾的，可在待測水樣中加入AC試劑重新檢測，步驟如下：在每100mL水樣中加入AC試劑0.5mL混勻后再檢測，AC試劑具很強掩蔽能力，掩蔽干擾離子Zn²⁺效率73%，對干擾離子Cu²⁺掩蔽效率99%，再加入預制試劑會在干擾離子Zn²⁺和Cu²⁺還有27%和1%基礎上在進行70%和99%的掩蔽，此時對Cd²⁺也會有小范圍掩蔽，可用加入AC試劑的回歸方程計算濃度，從而抵消對Cd²⁺掩蔽帶來的負誤差影響。如用此法測得濃度范圍還在0.10～0.50mg/L之間，說明水樣中極大可能是Cd²⁺引起的。

一種提前掩蔽水樣中高濃度干擾離子的試劑，簡稱AC試劑。一般情況下不使用，當水樣中干擾離子濃度遠高于預制試劑自身掩蔽容量的，可在水樣中提前加入AC試劑進行預掩蔽，在加入一步測Cd²⁺預制試劑進行快速檢測。

AC試劑配制方法：純水100mL含檸檬酸銨4g、乙二胺0.1g。

含有AC試劑的回歸方程的測定方法：準備5mL帶蓋離心管6支，分別加入0.6μg AC試劑，分別加入Cd²⁺標準溶液：0.00mg/L、0.05mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.60mg/L各3.0mL，分別加入測Cd²⁺預制試劑100μL，混勻后30～50℃水浴加熱3～5min取出后用分光光度計在λ=487.5nm處，用光程10mm比色皿，測得其吸光度，回歸方程為y=0.8692x-0.0239和相關系數(shù)0.9975。

具體實施方式八：以具體實施方式二配置的一步檢測Cd²⁺預制試劑溶液為例，對有可能受到污染的環(huán)境水樣進行抽樣檢測，結(jié)果如表1所示。

通過本發(fā)明的方法測得7份環(huán)境水樣中Cd²⁺含量，與國標法雙硫腙分光光度法和石墨爐原子吸收分光光度法相比較，測得結(jié)果與本發(fā)明測得結(jié)果一致，無顯著差異。分別在環(huán)境水樣中加入Cd²⁺標準溶液，測得回收率為96～100%。

表1

通過上述具體實施方式可以看出，本發(fā)明提出的一步檢測Cd²⁺方法只需使用一種溶液，一步操作即可快速檢測水中Cd²⁺含量，具有操作簡單、檢測快速、檢測靈敏、成本低、試劑安全、攜帶方便等特點，可用標準比色卡或便攜分光光度計聯(lián)合使用判斷其含量?？焖贉yCd²⁺預制試劑獨具匠心的地方在于它只是一種預先配置好的混合試劑溶液，自身攜帶有掩蔽劑，可掩蔽常見干擾離子，使用時只需取一定量預制試劑溶液與水樣直接混合后即可一步測得水質(zhì)中Cd²⁺含量，可為大數(shù)量待測水樣檢測提供方便，既能達到與國標一致的檢測效果，又能節(jié)省很多操作步驟，廣泛應用于生活飲用水水質(zhì)快速檢測、農(nóng)田灌溉水質(zhì)快速檢測、污水綜合排放檢測、工廠廢水排放抽檢、可用于突發(fā)事件緊急檢測等。