CN109100309A

CN109100309A - 分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法

Info

Publication number: CN109100309A
Application number: CN201810932563.2A
Authority: CN
Inventors: 彭波; 周娟娟; 徐佳美; 黎凯; 樊祢祢
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2018-08-16
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2018-12-28
Anticipated expiration: 2038-08-16
Also published as: CN109100309B

Abstract

本发明公开了一种利用分散液液微萃取‑安卓手机比色测定微量钙离子的方法，是以乙二醛缩双作为显色剂，在pH为12.8的硼砂‑氢氧化钠缓冲液中与Ca离子反应产生橙红色疏水络合物；使用十四烷基二甲基苄基氯化铵作为表面活性剂，采用DLLME技术将络合物富集萃取到三氯甲烷和二氯甲烷的混合萃取剂中，通过安卓手机软件Color Grab获得溶液的RGB颜色强度值，确定样品的颜色强度与Ca²⁺浓度之间的定量关系，从而得出待测液中钙离子的含量。本发明方法检测灵敏度高，选择性高，手机测试盒操作简单、易于携带，可现场部署，适应于ppb级水质钙的的快速测定。

Description

分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法

技术领域

本发明涉及一种微量钙离子的检测方法，尤其涉及一种分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法，属于阳离子检测领域。

背景技术

钙元素是人体内最重要的元素成分之一，广泛存在于环境水体。目前有许多对钙的测定方法，常见的如络合滴定法、自动电位滴定法、分光光度法、原子吸收光谱、原子发射光谱法等。这些常规方法中，滴定法和光度法灵敏度低，重现性和选择性差，光谱法仪器存在成本高、检测时间较长、操作复杂，无法实时现场检测等缺陷。因此，开发一种操作简单、可现场部署、仪器成本低廉且检测灵敏度高、抗干扰能力强的检测钙离子的方法非常有意义。

样品前处理时研究分析方法是样品处理的首要环节，直接决定着研究分析结果的准确性。常见的前处理方法有液液萃取（LLE）、固相萃取（SPE）及分散液液微萃取（Dispersive liquid–liquid microextraction，DLLME）。DLLME基本过程是：萃取溶剂和分散溶剂的混合溶液通过微量注射器快速注入样品溶液中，加速振荡摇匀，出现萃取剂微珠，平均分布在水相-萃取剂相-分散剂相三者存在的浑浊溶液中。分析物转移至萃取相非常迅速，可以很快达到萃取平衡，这是分散液液微萃取最显著的特点。DLLME萃取技术适用于分离富集很多不同种类的有机化合物和无机化合物。有机化合物由于其本身的疏水性，所以很容易被萃取进有机相，萃取效率高。金属离子须要先和特定的络合剂或螯合剂反应生成疏水性金属络合物或离子缔合物，经过萃取进入有机相，达到萃取富集的目的。

有许多研究已将智能手机（Smart phone）等移动设备用于生物医学及分析化学进行快速检测，成为当前快速检测的一个热门领域，这些方法主要具备快速响应、分析过程简单、实时通信和现场检测的优点。智能手机数码比色法是基于手机摄像头获取待测物的参数值，建立颜色强度与目标物浓度的定量关系。常见的安卓手机取色软件中，Color Grab是一款功能强大，操作简易的免费取色软件，一次拍摄即可获得包括RGB、HSV、CMYK等十几种色彩空间数值，这些数值直接可用于定量测定，不需要进行一系列复杂电脑图像处理及数学变换，大大的简化了测定操作过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、可现场部署、检测灵敏度高、抗干扰能力强的检测钙离子的方法——分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法。

本发明分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法，包括以下步骤：

（1）待测样品的配制：将待测液和乙二醛缩双的乙醇溶液按混合于离心管中，用超纯水稀释；加入pH=12.0~13.0的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置2~4min；然后依次加入十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，三氯甲烷和二氯甲烷的混合液，剧烈震荡2~4min，离心10~15min；有色物富集于离心管底部。具体操作如下：准确移取0.1~1.0mL待测样品，加入50mL容量瓶，稀释定容至50mL；准确移取此溶液0.1~1.0mL到离心管中，依次加入0.3~0.5mL 1~1.25×10^-3mol/L的乙二醛缩双溶液，1.5~1.7mL乙醇，3~5mL pH为12.0~13.0的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置2~4min，超纯水定容至10mL，然后依次加入1.0~2.0mL 4~6×10^-4 mol/L的十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，250~350μL的三氯甲烷和二氯甲烷的混合液，剧烈震荡2~4min，然后离心10~15min；有色物富集于离心管底部。

所述三氯甲烷和二氯甲烷的混合液中，三氯甲烷和二氯甲烷的体积比为1:3；所述立所述离心速度为2500~3500转/min。

（2）空白对照液的配制：将试剂空白（除钙离子外的其它试剂）在同样条件下混合，得到空白对照液。

（3）富集有色物的取色：用安卓智能手机软件Color Grab拍摄取色富集于离心管底部的橙红色络合物和空白对照液的颜色参数RGB值，根据下式计算得到G通道颜色值的相对变化值Y_G；

Y_G =(I_G- I_{G blank})/255

Y_G——反应混合液G通道颜色值的相对变化值

I_G ——反应混合液的G通道颜色值

I_{G blank}——空白对照液的G通道颜色值

为了保证拍摄取色的准确性，用安卓智能手机软件Color Grab拍摄取色是在手机测试盒中进行。手机测试盒的结构如下：包括测试暗盒，测试暗盒的上部设置有LED灯光源，LED光源自上而下垂直射入测试暗盒；测试暗盒的上部设置有离心管固定区域，离心管安放于固定区域内，且离心管底部在测试暗盒内；在测试暗盒内侧壁设置有安卓智能手机固定区域，且手机固定区域外侧透明；安卓智能手机安放其中后其摄像头正对离心管底部。所述LED光源与离心管水平间距为1.0cm，与离心管底部垂直间距为10.0cm；手机摄像头与离心管水平距离为12.5cm。

（4）钙离子的浓度的测定：将上述所得Y_G值代入钙离子的回归曲线进行比对，得到待测液中待检钙离子的浓度；

Ca²⁺在0.1~1.5 μg·mL^-1范围内与颜色强度呈线性关系，R²=0.9998，线性回归方程为：

Y_G =0.4896 C-0.0188

Y_G——反应混合液G通道颜色值的相对变化值

C——Ca²⁺浓度(μg·mL^-1)。

上述方法的检测限（LOD）=0.017 μg·mL^-1，定量限（LOQ）=0.0561μg·mL^-1；日内精密度为2.71%（n＝9），日间精密度为3.93%（n＝9）。

本发明以乙二醛缩双（GBHA）作为显色剂，在pH为12.8左右的强碱性介质中与Ca离子反应产生橙红色疏水络合物；使用十四烷基二甲基苄基氯化铵（Zephiramine）作为表面活性剂，采用DLLME技术将络合物富集萃取到三氯甲烷和二氯甲烷的混合萃取剂中，在手机测试盒内通过安卓手机软件 Color Grab获得溶液的RGB颜色强度值，确定样品的颜色强度与Ca²⁺浓度之间的定量关系，从而测得Ca²⁺浓度。本方法成功用于多种食品和水样中钙离子的测定，手机比色分析有着操作简单，仪器成本低廉，方法快速、准确、灵敏等优点，所采用的手机测试盒具有较强的便携性，易于现场部署，可作为便携式钙离子检测设备推广使用。

附图说明

图1为本发明手机测试盒的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明分散液液微萃取-安卓手机比色法测定微量钙离子的方法及检测效果做进一步说明。

实施例1、城市自来水中钙含量的检测

（1）样品的配置：准确移取1.0mL自来水样，加入50mL容量瓶，稀释定容至50mL；准确移取此溶液1.0mL到离心管中，依次加入0.3mL 1.25×10^-3mol/L的GBHA溶液，1.7mL的乙醇，3mL pH为12.8的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置3min，超纯水定容至10mL，然后依次加入1.4mL 5×10^-4 mol/L的十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，300μL的三氯甲烷和二氯甲烷（v/v=1/3）的混合液，剧烈震荡3min，然后离心12min（3000转/min）；有色物富集于离心管底部；

（2）空白对照液的配制：将试剂空白（除自来水外的其它试剂），在同样条件下混合，得到空白对照液，按相同步骤处理；

（3）Y_G的计算：在手机测试盒中，使用智能手机获取离心管底部富集相的RGB值：选取基于G通道的数据模型为颜色强度响应值，按下式计算富集相的颜色强度响应值：

Y_G =(I_G-I_{G blank})/255

（4）钙离子的浓度的计算：所得Y_G值代入待检钙离子的回归曲线进行比对，得到待测液中待检钙离子的浓度；

钙离子的标准曲线为：Y_G =0.4896 C-0.0188

结果见表1。钙离子浓度为0.300 μg·mL^-1。

实施例2、农夫山泉水中钙的检测

（1）样品的配置：准确移取农夫山泉水0.5mL到10mL离心管中，依次加入0.4mL，1.25×10^-3mol/L的GBHA溶液，1.6mL的乙醇，3mL pH=12.8的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置3min，定容至10.0mL。然后依次加入1.4mL5×10^-4 mol/L的十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，300μL的三氯甲烷和二氯甲烷（v/v=1/3）的混合液，剧烈震荡3min，然后离心12min（3000转/min），有色物富集于离心管底部；

（2）空白对照液的配制：将试剂空白（除农夫山泉外的其它试剂），在同样条件下混合，得到空白对照液，按相同步骤操作；

（3）Y_G的计算：在手机测试盒中，使用智能手机获取离心管底部富集相的RGB值，选取基于G通道的数据模型为颜色强度响应值，按下式计算富集相的颜色强度响应值：

Y_G =(I_G-I_{G blank})/255；

（4）钙离子的浓度的计算：所得Y_G值代入待检钙离子的标准曲线进行比对，得到待测液中待检钙离子的浓度；

钙离子的标准曲线为：Y_G =0.4896 C-0.0188

结果见表1。钙离子浓度为0.400 μg·mL^-1。

实施例3、国家标准物质水质钙（标样）（GSB07-1192-2000）中钙含量的检测

（1）样品的配置：准确移取水质钙溶液0.1mL到10mL离心管中，依次加入0.5mL，1.25×10^-3mol/L的GBHA溶液，1.5 mL的乙醇，3mL pH=12.8的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置3min，定容至10mL。然后依次加入1.4mL5×10^-4 mol/L的十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，300μL的三氯甲烷和二氯甲烷（v/v=1/3）的混合液，然后离心12min（3000转/min），有色物富集于离心管底部。

（2）空白对照液的配制：将试剂空白（除大理石消解液样品外的其它试剂），在同样条件下混合，得到空白对照液，空白对照液如以上操作；

（3）Y_G的计算：在手机测试盒中，使用智能手机获取离心管底部富集相的RGB值，选取基于G通道的数据模型为颜色强度响应值，按下式计算富集相的颜色强度响应值；

Y_G =(I_G-I_{G blank})/255

钙离子的标准曲线为：Y_G =0.4896 C-0.0188

结果见表1。钙离子浓度为0.450 μg·mL^-1。

实施例4、大理石中钙的检测

（1）样品的配置：准确称取0.0500g大理石，用0.3mL2moL/L的盐酸进行溶解，溶解液定容至250mL容量瓶。准确移取待测溶液0.1mL于10mL离心管，依次加入0.5mL，1.25×10^-3mol/L的GBHA溶液，1.5mL的乙醇，3mL pH=12.8的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置3min，定容至10mL，然后依次加入1.4mL5×10^-4 mol/L的十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，300μL的三氯甲烷和二氯甲烷（v/v=1/3）的混合液，然后离心12min（3000转/min），有色物富集于离心管底部；

（2）空白对照液的配制：将试剂空白（除口服液外的其它试剂），在同样条件下混合，得到空白对照液；

Y_G =(I_G- I_{G blank})/255

（4）钙离子的浓度的计算：所得Y_G值代入待检钙离子的标准曲线进行比对，得到待测液中待检钙离子的浓度。

钙离子的标准曲线为：Y_G =0.4896 C-0.0188

结果见表1。钙离子浓度为0.270 μg·mL^-1。

实施例5、扶娃牌葡萄糖酸钙锌口服液中钙含量的检测

（1）样品的配置：准确移取1.0mL扶娃牌葡萄糖酸钙锌口服液，定容至100mL容量瓶。准确移取上述溶液0.1mL到10mL离心管，依次加入0.6mL1.25×10^-3mol/L的GBHA溶液，1.4 mL的乙醇，3mL pH=12.8的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置3min，定容至10mL，然后依次加入1.4mL5×10^-4 mol/L的十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，300μL的三氯甲烷和二氯甲烷（v/v=1/3）的混合液，然后3000转离心12min，有色物富集于离心管底部。

Y_G =(I_G- I_{G blank})/255，

钙离子的标准曲线为：Y_G =0.4896 C-0.0188

结果见表1。钙离子浓度为0.280 μg·mL^-1。

实施例6、哈药六牌钙加锌口服液中钙含量的检测

（1）样品的配置：准确移取1mL哈药六牌钙加锌口服液，定容至250mL容量瓶。准确移取上述溶液0.1mL到10mL离心管，依次加入0.6mL1.25×10^-3mol/L的GBHA溶液，1.4mL的乙醇，3mL pH=12.8的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置3min，定容至10mL，然后依次加入1.4mL5×10^-4 mol/L的十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，300μL的三氯甲烷和二氯甲烷（v/v=1/3）的混合液，然后3000转离心12min，有色物富集于离心管底部。

（2）空白对照液的配制：将试剂空白（除奶粉消解液外的其它试剂），在同样条件下混合，得到空白对照液，

（3）Y_G的计算：在手机测试盒中，使用智能手机获取离心管底部富集相的RGB值，选取基于G通道的数据模型为颜色强度响应值，按下式计算富集相的颜色强度响应值:

Y_G =(I_G- I_{G blank})/255，

钙离子的标准曲线为：Y_G =0.4896 C-0.0188

结果见表1。钙离子浓度为0.400 μg·mL^-1。

实施例7、奶粉中钙含量的检测

（1）样品的配置：称取某品牌奶粉0.4000g，加入浓硝酸5mL及双氧水进行湿法消解，消解液定容至100mL容量瓶，准确移取上述溶液0.1mL到10mL离心管，依次加入0.4mL1.25×10^-3mol/L的GBHA溶液，1.6 mL的乙醇，3mL pH=12.8的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置3min，定容至10mL，然后依次加入1.4mL5×10^-4 mol/L的十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，300μL的三氯甲烷和二氯甲烷（v/v=1/3）的混合液，然后3000转离心12min，有色物富集于离心管底部。

（2）空白对照液的配制：将试剂空白（除水质钙外的其它试剂），在同样条件下混合，得到空白对照液；

Y_G =(I_G-I_{G blank})/255

（4）钙离子的浓度的计算：所得Y_G值代入待检钙离子的标准曲线进行比对，得到待测液中待检钙离子的浓度;

钙离子的标准曲线为：Y_G =0.4896 C-0.0188

结果见表1。钙离子浓度为0.460 μg·mL^-1。

上述各实施例中，使用智能手机获取离心管底部富集相的RGB值是在手机测试盒中进行。其中手机测试盒中的结构如下：

手机测试盒的结构如下：参照图1，包括测试暗盒1，测试暗盒的上部设置有LED灯光源2，LED光源自上而下垂直射入测试暗盒；测试暗盒的上部设置有离心管固定区域，离心管3安放于固定区域内，且离心管底部伸入测试暗盒内；在测试暗盒内侧壁设置有安卓智能手机固定区域，且手机固定区域外侧透明；安卓智能手机4安放其中后其摄像头5正对离心管底部。所述LED光源与离心管水平间距为1.0cm，与离心管底部垂直间距为10.0cm；手机摄像头与离心管水平距离为12.5cm。

Claims

1.分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）待测样品的配制：将待测液和乙二醛缩双的乙醇溶液按混合于离心管中，用超纯水稀释；加入pH=12.0~13.0的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置2~4min；然后依次加入十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，三氯甲烷和二氯甲烷的混合液，剧烈震荡2~4min，离心10~15min；有色物富集于离心管底部；

（2）空白对照液的配制：将试剂空白在上述同样条件下混合，得到空白对照液；

Y_G =(I_G- I_{G blank})/255

Y_G——反应混合液G通道颜色值的相对变化值

I_G ——反应混合液的G通道颜色值

I_{G blank}——空白对照液的G通道颜色值

Y_G =0.4896 C-0.0188

Y_G——反应混合液G通道颜色值的相对变化值

C——Ca²⁺浓度：单位：μg·mL^-1。

2.如权利要求1所述分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法，其特征在于：步骤（1）样品的配置为：准确移取0.1~1.0mL待测样品，加入50mL容量瓶，稀释定容至50mL；准确移取此溶液0.1~1.0mL到离心管中，依次加入0.3~0.5mL 1~1.25×10^-3mol/L的乙二醛缩双溶液，1.5~1.7mL乙醇，3~5mL pH为12.0~13.0的硼砂-氢氧化钠缓冲液，摇匀，静置2~4min，超纯水定容至10mL，然后依次加入1.0~2.0mL 4~6×10^-4 mol/L的十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液，250~350μL的三氯甲烷和二氯甲烷的混合液，剧烈震荡2~4min，然后离心10~15min；有色物富集于离心管底部。

3.如权利要求2所述分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法，其特征在于：所述离心速度为2500~3500转/min，时间为10~15min。

4.如权利要求2所述分散液液微萃取-安卓手机比色法测定微量钙离子的方法，其特征在于：步骤（1）中，表面活性剂十四烷基二甲基苄基氯化铵水溶液的浓度为4~6×10^-4 mol/L。

5.如权利要求2所述分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法，其特征在于：步骤（1）中，三氯甲烷和二氯甲烷的混合液中，三氯甲烷和二氯甲烷的体积比为1:3。

6.如权利要求1所述分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法，特征在于：步骤（2）中，用安卓智能手机软件Color Grab拍摄取色是在手机测试盒中进行；所述手机测试盒包括测试暗盒，测试暗盒的上部设置有LED灯光源，LED光源自上而下垂直射入测试暗盒；测试暗盒的上部设置有离心管固定区域，离心管安放于固定区域内，且离心管底部伸入测试暗盒内；在测试暗盒内侧壁设置有安卓智能手机固定区域，且手机固定区域外侧透明，安卓智能手机安放其中后其摄像头正对离心管底部。

7.如权利要求6所述分散液液微萃取-安卓手机比色测定微量钙离子的方法，特征在于：所述LED光源与离心管水平间距为1.0cm，与离心管底部垂直间距为10.0cm；手机摄像头与离心管水平距离为12.5cm。