本發(fā)明的目的旨在提供一種現(xiàn)場快速檢測和去除鐵離子的靜電紡絲納米纖維支架，此支架可用于環(huán)境分析和食品安全現(xiàn)場快速檢測等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)前鐵離子常用檢測方法主要是利用原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、x射線熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等大型設(shè)備進行檢測。這些方法也有一些局限性，如儀器價格昂貴、儀器尺寸大、檢測耗時長、樣品前處理復(fù)雜等。因而有必要開發(fā)可以用于現(xiàn)場快速檢測和去除鐵離子的方法。

現(xiàn)場快速檢測技術(shù)簡便、快速、高效、經(jīng)濟，能較好地滿足環(huán)境分析和食品安全現(xiàn)場快速檢測的要求，可彌補傳統(tǒng)大型儀器檢測方法的缺點。當(dāng)前鐵離子現(xiàn)場常用快速檢測方法包括熒光核酸探針法、納米金修飾法、化學(xué)傳感器法等，這些方法具有低檢測限、高靈敏度、可對樣品進行實時檢測等特點。由于相比于熒光核酸分子、納米金等方法中檢測物質(zhì)是分散在溶液中會帶來潛在的污染，靜電紡絲納米纖維支架由于在檢測完畢后可以將支架從樣品檢測液中取出，從而不會造成對樣品檢測液明顯的污染，因而在現(xiàn)場快速檢測中具有明顯的優(yōu)勢。

在靜電紡絲納米纖維支架檢測和去除鐵離子的研發(fā)中，程絲等(cn104345043a)采用靜電紡絲工藝制備聚丙烯腈/硝酸銀納米纖維，經(jīng)硼氫化鈉還原得到聚丙烯腈/銀納米纖維薄膜，再將其置于堿性正硅酸乙酯/乙醇溶液中，通過水解反應(yīng)得到表面包覆二氧化硅的聚丙烯腈/銀/二氧化硅的光學(xué)傳感納米纖維支架，該支架可以檢測fe³⁺、cu³⁺、hg³⁺、cd³⁺、mn³⁺、ni³⁺、fe³⁺，最低檢測限為0.17nm。此類支架制備方法繁瑣，工藝復(fù)雜，所制備得到的納米纖維支架可同時檢測多種離子，因而在檢測時候離子容易相互干擾。因此有必要開發(fā)在特定條件下只檢測和去除鐵離子的靜電紡絲納米纖維支架。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在提供一種現(xiàn)場快速檢測和去除鐵離子的靜電紡絲納米纖維支架，此支架可用于環(huán)境分析和食品安全現(xiàn)場快速檢測等領(lǐng)域。

本發(fā)明中的可用于現(xiàn)場快速檢測和去除鐵離子的靜電紡絲納米纖維支架制備過程如下：

1)靜電紡絲溶液制備：室溫下，將質(zhì)量分數(shù)為4-12％的高分子聚合物溶液(溶劑為n，n-二甲基甲酰胺等)在恒溫磁力攪拌器上攪拌至溶解，轉(zhuǎn)速為200-600rpm，攪拌時間2-6h；隨后，轉(zhuǎn)速調(diào)至50-100rpm，攪拌至溶液澄清、透明、無氣泡。用50-100rpm轉(zhuǎn)速攪拌使溶液澄清、透明、無氣泡；稱量30-200mg姜黃素/g高分子聚合物緩慢滴加至上述溶液中，錫箔紙避光處理，繼續(xù)50-100rpm轉(zhuǎn)速攪拌使姜黃素和高分子聚合物溶液混合至均勻，時間為20-60min。

2)靜電紡絲制備納米纖維膜：采用靜電紡絲技術(shù)制備摻雜姜黃素的納米纖維膜。反應(yīng)參數(shù)如下：控制溫度為25-40℃、濕度為30％-40％、接收器與噴絲頭的距離為10-20cm，靜電紡絲高壓范圍為15-30kv，注射器內(nèi)液體流速為10-50μl/min，接收時間為2-4h。

3)納米纖維支架制備：采用直徑為0.4-1cm打孔器在納米纖維膜上制作納米纖維支架，直徑或者邊長為0.4-1cm，厚度為1-5mm，質(zhì)量約為0.5-5mg。

納米纖維支架中，姜黃素分布在納米纖維內(nèi)部和表面上，表面光滑，顏色為明黃色，添加到fe³⁺溶液中后會吸附fe³⁺而快速變成棕色，肉眼最低檢測限為2mmol/l，其對fe³⁺的平衡吸附量(去除量)為65-515mg/g納米纖維膜。

高分子聚合物包括：聚丙烯腈、乙酸纖維素、玉米蛋白、聚乳酸、聚乳酸-乙醇酸、甲基丙烯酸甲酯共甲基丙烯酸羥乙酯與甲基丙烯酸甲酯共丙烯酸羥乙酯等。

納米纖維支架加入fe³⁺溶液在ph1-2時，30s內(nèi)即顏色從明黃變?yōu)樽厣?，肉眼對fe³⁺溶液的最低檢測限為1mmol/l。

納米纖維支架肉眼觀察顏色為明黃色，其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為426nm，納米纖維支架吸附fe³⁺后其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為461nm。

應(yīng)用該納米纖維支架進行環(huán)境水體和食品中fe³⁺檢測的方法如下：首先制備質(zhì)量相近的數(shù)份載姜黃素納米纖維支架，制備一系列濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液，移取1ml標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液加入到放置載姜黃素納米纖維支架的容器中，1min取出，干燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質(zhì)量修正，制作紫外可見吸收461nm時峰值與標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液濃度的曲線。隨后根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》和國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t5009.90-2003(食品中鐵、鎂、錳的測定)對所需測試樣品進行前處理制備成水相溶液，取1ml樣品，加入1片載姜黃素納米纖維支架，1min取出，干燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質(zhì)量修正，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線推算出該1ml樣品中fe³⁺濃度，再推算出所測環(huán)境水體或者食品中fe³⁺濃度。

所述納米纖維支架中姜黃素在支架中的負載量為30-200mg/g納米纖維，所述納米纖維支架中fe³⁺平衡吸附量(去除量)為65-515mg/g納米纖維膜。

本發(fā)明制備工藝簡單，制備成本低廉，易于推廣，可以用于現(xiàn)場快速檢測。

附圖說明

圖1為負載姜黃素的納米纖維制備流程圖。

圖2為負載姜黃素的納米纖維與fe³⁺導(dǎo)致納米纖維表面姜黃色顏色發(fā)生改變的示意圖。

曲線為聚合物分子，灰色y形圖為姜黃素，灰色柱為納米纖維，三角形圖為鐵離子，黑色y形圖為與鐵離子結(jié)合后導(dǎo)致顏色改變?yōu)樽厣?/p>

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

具體操作如下：

室溫下，將質(zhì)量分數(shù)為8％的聚丙烯腈高分子聚合物溶液(溶劑為n,n-二甲基甲酰胺等)在恒溫磁力攪拌器上攪拌至溶解，轉(zhuǎn)速為200-600rpm，攪拌時間2-6h；隨后，轉(zhuǎn)速調(diào)至50-100rpm，攪拌至溶液澄清、透明、無氣泡。用50-100rpm轉(zhuǎn)速攪拌使溶液澄清、透明、無氣泡；稱量30mg姜黃素/g高分子聚合物緩慢滴加至上述溶液中，錫箔紙避光處理，繼續(xù)50-100rpm轉(zhuǎn)速攪拌使姜黃素和高分子聚合物溶液混合至均勻，時間為40min。

然后，采用靜電紡絲技術(shù)制備摻雜姜黃素的納米纖維膜。反應(yīng)參數(shù)如下：控制溫度為25-40℃、濕度為30％-40％、接收器與噴絲頭的距離為15cm，靜電紡絲高壓范圍為20kv，注射器內(nèi)液體流速為20μl/min，接收時間為3h。

隨后，采用直徑為0.6cm打孔器在納米纖維膜上制作納米纖維支架，直徑或者邊長為0.6cm，厚度為1mm，質(zhì)量約為0.7mg。

納米纖維支架中，姜黃素分布在納米纖維內(nèi)部和表面上，表面光滑，顏色為明黃色，添加到fe³⁺溶液中后會吸附fe³⁺而快速變成棕色，肉眼最低檢測限為2mmol/l，其對fe³⁺的平衡吸附量(去除量)為65mg/g納米纖維膜。

納米纖維支架加入fe³⁺溶液在ph1-2時，30s內(nèi)即顏色從明黃變?yōu)樽厣?，肉眼對fe³⁺溶液的最低檢測限為1mmol/l。

納米纖維支架肉眼觀察顏色為明黃色，其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為426nm，納米纖維支架吸附fe³⁺后其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為461nm。

應(yīng)用該納米纖維支架進行環(huán)境水體和食品中fe³⁺檢測的方法如下：首先制備質(zhì)量相近約為0.7mg的數(shù)份載姜黃素納米纖維支架，制備一系列濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液(0.5，1，2，5，10，20，50，100，200，500，1000mmol/l)，移取1ml標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液加入到放置載姜黃素納米纖維支架的容器中，1min取出，干燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質(zhì)量修正，制作紫外可見吸收461nm時峰值與標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液濃度的曲線。隨后根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》和國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t5009.90-2003(食品中鐵、鎂、錳的測定)對所需測試樣品進行前處理制備成水相溶液，取1ml樣品，加入1片載姜黃素納米纖維支架，1min取出，干燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質(zhì)量修正，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線推算出該1ml樣品中fe³⁺濃度，再推算出所測環(huán)境水體或者食品中fe³⁺濃度。

實施例2

具體操作如下：

室溫下，將質(zhì)量分數(shù)為12％的乙酸纖維素高分子聚合物溶液(溶劑為n,n-二甲基甲酰胺等)在恒溫磁力攪拌器上攪拌至溶解，轉(zhuǎn)速為200-600rpm，攪拌時間2-6h；隨后，轉(zhuǎn)速調(diào)至50-100rpm，攪拌至溶液澄清、透明、無氣泡。用50-100rpm轉(zhuǎn)速攪拌使溶液澄清、透明、無氣泡；稱量200mg姜黃素/g高分子聚合物緩慢滴加至上述溶液中，錫箔紙避光處理，繼續(xù)50-100rpm轉(zhuǎn)速攪拌使姜黃素和高分子聚合物溶液混合至均勻，時間為30min。

然后，采用靜電紡絲技術(shù)制備摻雜姜黃素的納米纖維膜。反應(yīng)參數(shù)如下：控制溫度為25-40℃、濕度為30％-40％、接收器與噴絲頭的距離為15cm，靜電紡絲高壓范圍為20kv，注射器內(nèi)液體流速為20μl/min，接收時間為3h。

隨后，采用直徑為0.8cm打孔器在納米纖維膜上制作納米纖維支架，直徑或者邊長為0.8cm，厚度為1mm，質(zhì)量約為0.9mg。

納米纖維支架中，姜黃素分布在納米纖維內(nèi)部和表面上，表面光滑，顏色為明黃色，添加到fe³⁺溶液中后會吸附fe³⁺而快速變成棕色，肉眼最低檢測限為2mmol/l，其對fe³⁺的平衡吸附量(去除量515)為80mg/g納米纖維膜。

納米纖維支架加入fe³⁺溶液在ph1-2時，30s內(nèi)即顏色從明黃變?yōu)樽厣?，肉眼對fe³⁺溶液的最低檢測限為1mmol/l。

納米纖維支架肉眼觀察顏色為明黃色，其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為426nm，納米纖維支架吸附fe³⁺后其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為461nm。

應(yīng)用該納米纖維支架進行環(huán)境水體和食品中fe³⁺檢測的方法如下：首先制備質(zhì)量相近約為0.9mg的數(shù)份載姜黃素納米纖維支架，制備一系列濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液(0.5，1，2，5，10，20，50，100，200，500，1000mmol/l)，移取1ml標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液加入到放置載姜黃素納米纖維支架的容器中，1min取出，干燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質(zhì)量修正，制作紫外可見吸收461nm時峰值與標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液濃度的曲線。隨后根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》和國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t5009.90-2003(食品中鐵、鎂、錳的測定)對所需測試樣品進行前處理制備成水相溶液，取1ml樣品，加入1片載姜黃素納米纖維支架，1min取出，干燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質(zhì)量修正，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線推算出該1ml樣品中fe³⁺濃度，再推算出所測環(huán)境水體或者食品中fe³⁺濃度。

實施例3

具體操作如下：

室溫下，將質(zhì)量分數(shù)為10％的玉米蛋白高分子聚合物溶液(溶劑為n,n-二甲基甲酰胺等)在恒溫磁力攪拌器上攪拌至溶解，轉(zhuǎn)速為200-600rpm，攪拌時間2-6h；隨后，轉(zhuǎn)速調(diào)至50-100rpm，攪拌至溶液澄清、透明、無氣泡。用50-100rpm轉(zhuǎn)速攪拌使溶液澄清、透明、無氣泡；稱量100mg姜黃素/g高分子聚合物緩慢滴加至上述溶液中，錫箔紙避光處理，繼續(xù)50-100rpm轉(zhuǎn)速攪拌使姜黃素和高分子聚合物溶液混合至均勻，時間為40min。

然后，采用靜電紡絲技術(shù)制備摻雜姜黃素的納米纖維膜。反應(yīng)參數(shù)如下：控制溫度為25-40℃、濕度為30％-40％、接收器與噴絲頭的距離為20cm，靜電紡絲高壓范圍為30kv，注射器內(nèi)液體流速為40μl/min，接收時間為3h。

隨后，采用直徑為0.6cm打孔器在納米纖維膜上制作納米纖維支架，直徑或者邊長為0.6cm，厚度為2mm，質(zhì)量約為1.5mg。

納米纖維支架中，姜黃素分布在納米纖維內(nèi)部和表面上，表面光滑，顏色為明黃色，添加到fe³⁺溶液中后會吸附fe³⁺而快速變成棕色，肉眼最低檢測限為2mmol/l，其對fe³⁺的平衡吸附量(去除量)為251mg/g納米纖維膜。

納米纖維支架加入fe³⁺溶液在ph1-2時，30s內(nèi)即顏色從明黃變?yōu)樽厣?，肉眼對fe³⁺溶液的最低檢測限為1mmol/l。

納米纖維支架肉眼觀察顏色為明黃色，其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為426nm，納米纖維支架吸附fe³⁺后其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為461nm。

應(yīng)用該納米纖維支架進行環(huán)境水體和食品中fe³⁺檢測的方法如下：首先制備質(zhì)量相近約為1.5mg的數(shù)份載姜黃素納米纖維支架，制備一系列濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液(0.5，1，2，5，10，20，50，100，200，500，1000mmol/l)，移取1ml標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液加入到放置載姜黃素納米纖維支架的容器中，1min取出，干燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質(zhì)量修正，制作紫外可見吸收461nm時峰值與標(biāo)準(zhǔn)fe³⁺溶液濃度的曲線。隨后根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》和國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t5009.90-2003(食品中鐵、鎂、錳的測定)對所需測試樣品進行前處理制備成水相溶液，取1ml樣品，加入1片載姜黃素納米纖維支架，1min取出，干燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質(zhì)量修正，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線推算出該1ml樣品中fe³⁺濃度，再推算出所測環(huán)境水體或者食品中fe³⁺濃度。

以上為本發(fā)明優(yōu)選實施例，應(yīng)當(dāng)指出的是，變換上述實施例中的參數(shù)范圍或者變換姜黃素為其它與鐵離子能反應(yīng)變色的物質(zhì)，本發(fā)明也是可以實現(xiàn)的，并不限于上述的實施例。本發(fā)明所提到的一種fe³⁺現(xiàn)場快速檢測的靜電紡絲支架可以用于環(huán)境分析和食品檢測中的現(xiàn)場快速分析，且制備工藝簡單，成本低廉，易于推廣。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當(dāng)認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。